一种电光调制器及其制备方法

本申请涉及半导体光电，特别涉及一种电光调制器及其制备方法。

背景技术：

1、电光调制器是利用某些电光晶体的电光效应制成的调制器。电光效应即当把电压加到电光晶体上时，电光晶体的折射率将发生变化，结果引起通过该晶体的光波特性的变化，实现对光信号的相位、幅度、强度以及偏振状态的调制。继硅材料和三五族半导体材料之后，铌酸锂因其优良的线性电光特性而被认为是目前制造电光调制器的候选电光晶体之一。

2、目前，传统铌酸锂块体调制器已被商业化，但块体调制器的大体积、高驱动电压使其难以大规模运用在数据中心、云计算，因此也难以满足大模型数据激增对于高速光电转换与收发的需求，并且基于钛扩散和质子交换制备的块体铌酸锂上波导的光场束缚较弱，这直接造成了相关调制器高光学损耗、高半波电压的缺点。近几年来，绝缘体上铌酸锂打破了上述阻碍，通过传统刻蚀技术获得强光场约束性、低损耗的单晶波导，并基于此实现了低驱动电压、大带宽、小体积的片上铌酸锂调制器，证明了其在光通信、微波光子学的巨大潜力。

3、然而，铌酸锂材料严重的本征双折射效应阻碍了铌酸锂平台上弯曲波导的光场稳定性，这导致基于环形谐振器的滤波功能和基于阵列波导光栅的波分复用功能较难获得高效、低插入损耗的片上应用，且现如今铌酸锂晶圆量产化成本较高，相关研究仍停留在实验室阶段。

技术实现思路

1、为能解决上述现有技术的至少一个缺点，本申请提供了一种电光调制器，包括：

2、基底，所述基底包括异质衬底和形成在所述异质衬底上的钽酸锂波导层；所述钽酸锂波导层包括多个钽酸锂波导；

3、位于所述钽酸锂波导层上的波导保护层；所述波导保护层覆盖所述基底；

4、位于所述波导保护层上的金属电极层；所述金属电极层包括至少一个信号电极和至少一个接地电极。

5、可选的，所述信号电极和所述接地电极为行波电极；所述信号电极设置在所述多个钽酸锂波导之间，所述多个钽酸锂波导的两侧分别设置有所述接地电极。

6、可选的，所述信号电极和所述接地电极为驱动电极；所述钽酸锂波导包括环形波导和直波导，所述直波导分布在所述环形波导的两侧；所述信号电极设置在所述环形波导的外环一侧，所述接地电极设置在所述环形波导的内环一侧。

7、可选的，所述钽酸锂波导层为x切。

8、可选的，所述钽酸锂波导为脊型波导，所述钽酸锂波导的高度包括300纳米～500纳米。

9、可选的，所述钽酸锂波导为条形波导，所述钽酸锂波导的高度包括400纳米～800纳米。

10、可选的，所述钽酸锂波导侧壁的倾角包括65度～85度，所述钽酸锂波导的宽度包括1微米～2微米。

11、可选的，所述钽酸锂波导层的表面粗糙度小于0.5纳米。

12、另一方面，本申请提供了一种电光调制器的制备方法，包括：

13、提供基底，所述基底包括异质衬底和形成在所述异质衬底上的钽酸锂层；

14、基于光刻工艺和刻蚀工艺在所述钽酸锂层上形成钽酸锂波导层；所述钽酸锂波导层包括多个钽酸锂波导；

15、在所述钽酸锂波导层上形成波导保护层；所述波导保护层覆盖所述基底；

16、在所述波导保护层上形成金属电极层；所述金属电极层包括至少一个信号电极和至少一个接地电极。

17、可选的，所述在所述钽酸锂层上形成钽酸锂波导层之后，所述方法还包括：

18、基于钽酸锂对应的腐蚀性溶剂，去除所述刻蚀工艺在所述钽酸锂波导的侧壁形成的再沉积物。

19、可选的，所述基于光刻工艺和刻蚀工艺在所述钽酸锂层上形成钽酸锂波导层，包括：

20、获取掩膜；所述掩膜包括透光区域和不透光区域，所述不透光区域与预设波导图案相匹配；

21、在所述钽酸锂层的表面涂覆第一粘合物质；所述第一粘合物质对预设曝光物质可感光；

22、将所述掩膜的不透光区域与所述钽酸锂层的第一预设区域对准；

23、基于预设曝光物质透过所述掩膜对所述第一粘合物质进行曝光显影，以使得所述第一粘合物质在所述第一预设区域形成所述预设波导图案；

24、按照预设刻蚀深度对所述钽酸锂层进行刻蚀，得到所述钽酸锂波导层。

25、可选的，所述异质衬底包括第一衬底和第二衬底，所述第一衬底设置在所述第二衬底和所述钽酸锂层之间；

26、所述在所述钽酸锂波导层上形成波导保护层，包括：

27、基于等离子体激发反应气体的化学活性，以使得所述反应气体与所述第一衬底的表面发生化学反应，所述第一衬底外延覆盖所述基底，形成所述波导保护层；所述化学反应的温度小于380摄氏度。

28、可选的，所述在所述波导保护层上形成金属电极层，包括：

29、在所述波导保护层的第二预设区域涂覆第二粘合物质；

30、在所述第二粘合物质的表面涂覆第三粘合物质；所述第三粘合物质对电子束可感光；

31、按照预设电子束路径，基于电子束对所述第三粘合物质进行曝光；所述预设电子束路径所覆盖的区域与预设电极图案相匹配；

32、基于显影液去除所述第三粘合物质的曝光部分以及所述曝光部分对应的第二粘合物质，以使得所述第三粘合物质和所述第二粘合物质在所述第二预设区域形成与所述预设电极图案互补的图案；所述第三粘合物质在所述显影液中的溶解速率小于所述第二粘合物质在所述显影液中的溶解速率；

33、在所述第二预设区域沉积金属层；

34、剥离所述第二粘合物质和所述第三粘合物质，得到所述金属电极层。

35、可选的，所述方法还包括：

36、对所述钽酸锂层进行化学机械抛光处理。

37、采用上述技术方案，本申请提供的电光调制器具有如下有益效果：

38、电光调制器包括：基底，所述基底包括异质衬底和形成在所述异质衬底上的钽酸锂波导层；所述钽酸锂波导层包括多个钽酸锂波导；位于所述钽酸锂波导层上的波导保护层；所述波导保护层覆盖所述基底；位于所述波导保护层上的金属电极层；所述金属电极层包括至少一个信号电极和至少一个接地电极。利用钽酸锂优良的微波特性和电光属性，基于钽酸锂的电光调制器具备低损耗、高调制速率的优点；并且钽酸锂晶圆的大规模量产使其具备高性价比的优势，因而基于钽酸锂的电光调制器同时具备低成本的优势。

39、本申请其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。

技术特征：

1.一种电光调制器，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的电光调制器，其特征在于，所述信号电极和所述接地电极为行波电极；所述信号电极设置在所述多个钽酸锂波导之间，所述多个钽酸锂波导的两侧分别设置有所述接地电极。

3.根据权利要求1所述的电光调制器，其特征在于，所述信号电极和所述接地电极为驱动电极；所述钽酸锂波导包括环形波导和直波导，所述直波导分布在所述环形波导的两侧；所述信号电极设置在所述环形波导的外环一侧，所述接地电极设置在所述环形波导的内环一侧。

4.根据权利要求1～3任一项所述的电光调制器，其特征在于，所述钽酸锂波导层为x切。

5.根据权利要求4所述的电光调制器，其特征在于，所述钽酸锂波导为脊型波导，所述钽酸锂波导的高度包括300纳米～500纳米。

6.根据权利要求4所述的电光调制器，其特征在于，所述钽酸锂波导为条形波导，所述钽酸锂波导的高度包括400纳米～800纳米。

7.根据权利要求4所述的电光调制器，其特征在于，所述钽酸锂波导侧壁的倾角包括65度～85度，所述钽酸锂波导的宽度包括1微米～2微米。

8.根据权利要求4所述的电光调制器，其特征在于，所述钽酸锂波导层的表面粗糙度小于0.5纳米。

9.一种电光调制器的制备方法，其特征在于，所述方法包括：

10.根据权利要求9所述的电光调制器的制备方法，其特征在于，所述方法还包括：

11.根据权利要求9所述的电光调制器的制备方法，其特征在于，所述基于光刻工艺和刻蚀工艺在所述钽酸锂层上形成钽酸锂波导层，包括：

12.根据权利要求9所述的电光调制器的制备方法，其特征在于，所述异质衬底包括第一衬底和第二衬底，所述第一衬底设置在所述第二衬底和所述钽酸锂层之间；

13.根据权利要求9所述的电光调制器的制备方法，其特征在于，所述在所述波导保护层上形成金属电极层，包括：

14.根据权利要求9所述的电光调制器的制备方法，其特征在于，所述方法还包括：

技术总结本申请提供一种电光调制器，具体涉及半导体光电技术领域，该电光调制器包括：基底，所述基底包括异质衬底和形成在所述异质衬底上的钽酸锂波导层；所述钽酸锂波导层包括多个钽酸锂波导；位于所述钽酸锂波导层上的波导保护层；所述波导保护层覆盖所述基底；位于所述波导保护层上的金属电极层；所述金属电极层包括至少一个信号电极和至少一个接地电极。本申请利用钽酸锂优良的微波特性和电光属性，基于钽酸锂波导的电光调制器具备低损耗、高调制速率的优点；并且钽酸锂晶圆的大规模量产使其具备高性价比的优势，因而基于钽酸锂波导的电光调制器同时具备低成本的优势。技术研发人员：欧欣,王成立,蔡佳辰受保护的技术使用者：中国科学院上海微系统与信息技术研究所技术研发日：技术公布日：2024/5/29