基于透明导电氧化物的电光调制器及其制备方法及应用与流程

本发明涉及光通信，具体涉及一种基于透明导电氧化物的电光调制器及其制备方法及应用。

背景技术：

1、基于透明导电氧化物（transparent conductive oxide-tco）的电光调制器，可以在非常紧凑的系统架构中实现高速信息技术的要求，解决在其以前的电光调制器存在的热稳定性差、带宽和调制速度不够快、器件体积较大等缺陷。这要归功于tco的独特特性——光学特性的近零介电常数调谐，以及其潜在的低损耗，基于tco的电光调制器可以单独进行幅度调制、相位调制，或两者同时进行。

2、然而，目前用于电光调制器的tco材料具有高载流子浓度、低迁移率，导致其在电信波段易产生显著的光损耗。

技术实现思路

1、鉴于上述现有技术的不足，本发明提出一种基于透明导电氧化物的电光调制器及其制备方法，旨在解决目前用于电光调制器的tco材料具有高载流子浓度、低迁移率，导致其在电信波段易产生显著的光损耗的问题。

2、为实现上述目的，本发明提出一种基于透明导电氧化物的电光调制器，所述电光调制器包括透明导电氧化物层，所述透明导电氧化物层由沉积、注入氢原子或氢离子和退火的步骤制备得到，所述退火包括热退火、等离子体退火、激光退火中的至少一种。

3、可选地，所述透明导电氧化物包括主体材料和掺杂材料，所述主体材料包括氧化铟、氧化锌、氧化锡中的一种或多种，所述掺杂材料包括氧化锡、氧化钨、氧化锌、氧化钛、氧化钇、氧化铈、氧化锰、氧化钒、氧化锆、氧化铪、氧化钽、氧化锗、氧化镁、氧化铌、氧化镓、氧化锗、氧化铝、氧化铕、氧化铋、氧化锑、氧化镉、氧化镨、氟化铈、氟化镨、氟化铕中的一种或多种。

4、可选地，所述掺杂材料占所述的透明导电氧化物的质量比为0.01wt％～10wt％。

5、可选地，所述基于透明导电氧化物的电光调制器依次包括半导体基底、绝缘层、波导层、透明导电氧化物层、隔离层和电极；或者，所述基于透明导电氧化物的电光调制器依次包括半导体基底、第一绝缘层、波导层、第二绝缘层、调制层、透明导电氧化物、隔离层和电极。

6、可选地，所述绝缘层、所述第一绝缘层和所述第二绝缘层的材料分别选自二氧化硅、氧化铪、氧化锆、苯并环丁烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚甲基丙烯酸甲酯和聚(偏氟乙烯-三氟乙烯)中的至少一种。

7、可选地，所述波导层的材料包括硅、氮化硅、硼硅、聚甲基丙烯酸甲酯、聚二甲基硅氧烷、氮化铝、磷化铟、砷化镓、氮化镓、铌酸锂、铌酸锂铌、铌酸铷、铌酸钠、钽酸锂、锆钛酸铅、二硫化钨、二硫化钼中的至少一种。

8、可选地，所述隔离层的材料包括二氧化硅、氧化硅、氧化铝、氧化铪、氧化锆、氧化钽、氮化硅、苯并环丁烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚甲基丙烯酸甲酯和聚(偏氟乙烯-三氟乙烯)中的至少一种。

9、可选地，所述调制层的材料包括硅、氮化硅、硼硅、聚甲基丙烯酸甲酯、聚二甲基硅氧烷、氮化铝、磷化铟、砷化镓、氮化镓、铌酸锂、铌酸锂铌、铌酸铷、铌酸钠、钽酸锂、锆钛酸铅、二硫化钨、二硫化钼中的至少一种。

10、为实现上述目的，本发明提出一种上述基于透明导电氧化物的电光调制器的制备方法，包括以下步骤：

11、s1:在半导体基底上沉积绝缘层；

12、s2:在所述绝缘层上沉积波导层；

13、s3:在所述波导层上沉积透明导电氧化物层，在所述沉积的过程中或在所述沉积完成后向所述透明导电氧化物层中注入氢原子或氢离子，再经过退火处理和图案化处理；

14、s4:在所述透明导电氧化物层上沉积和图案化处理隔离层；

15、s5:在所述隔离层上沉积电极，得到电光调制器。

16、可选地，在步骤s2以后，在所述波导层上还依次沉积另一个绝缘层和调制层，然后再在所述调制层上沉积所述透明导电氧化物层，再进行步骤s3中的后续操作。

17、可选地，在s3的步骤中，所述氢原子或氢离子来源于高纯水蒸汽。

18、可选地，在s3的步骤中，所述退火包括热退火、等离子体退火、激光退火中的一种。

19、可选地，所述热退火的温度为50℃~800℃；和/或，所述激光退火包括：采用krf准分子激光器以每秒2500次~30000次的激光脉冲照射透明导电氧化物层。

20、为了实现上述目的，本发明还提出一种基于透明导电氧化物的电光调制器的应用，所述基于透明导电氧化物的电光调制器应用于光通信或光传感设备中。

21、本发明的有益效果：本发明针对基于透明导电氧化物的电光调制器的透明导电氧化物层进行了改进，有针对性地采用主体材料和掺杂材料，配合热退火、等离子体退火、激光退火的制备方法，能够调控透明导电氧化物薄膜中的晶粒大小和排列，减少表面缺陷和杂质，从而改善薄膜的结晶性和导电性能，降低电阻率，提高的载流子迁移率。综合上述优势，本发明提供的基于透明导电氧化物的电光调制器由于透明导电氧化物的高迁移率，可以有效降低电光调制器中金属电极的光吸收，提高调制带宽，降低驱动电压和vpl，进而得到小尺寸紧凑型、高带宽、低能耗的电光调制器。

技术特征：

1.一种基于透明导电氧化物的电光调制器，其特征在于，所述电光调制器包括透明导电氧化物层，所述透明导电氧化物层由沉积、注入氢原子或氢离子和退火的步骤制备得到，所述退火包括热退火、等离子体退火、激光退火中的至少一种。

2.如权利要求1所述的基于透明导电氧化物的电光调制器，其特征在于，所述透明导电氧化物包括主体材料和掺杂材料，

3.如权利要求2所述的基于透明导电氧化物的电光调制器，其特征在于，所述掺杂材料占所述的透明导电氧化物的质量比为0.01wt％～10wt％。

4.如权利要求1所述的基于透明导电氧化物的电光调制器，其特征在于，所述基于透明导电氧化物的电光调制器依次包括半导体基底、绝缘层、波导层、透明导电氧化物层、隔离层和电极；

5.如权利要求4所述的基于透明导电氧化物的电光调制器，其特征在于，所述绝缘层、所述第一绝缘层和所述第二绝缘层的材料分别选自二氧化硅、氧化铪、氧化锆、苯并环丁烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚甲基丙烯酸甲酯和聚(偏氟乙烯-三氟乙烯)中的至少一种。

6.如权利要求4所述的基于透明导电氧化物的电光调制器，其特征在于，所述波导层的材料包括硅、氮化硅、硼硅、聚甲基丙烯酸甲酯、聚二甲基硅氧烷、氮化铝、磷化铟、砷化镓、氮化镓、铌酸锂、铌酸锂铌、铌酸铷、铌酸钠、钽酸锂、锆钛酸铅、二硫化钨、二硫化钼中的至少一种。

7.如权利要求4所述的基于透明导电氧化物的电光调制器，其特征在于，所述隔离层的材料包括二氧化硅、氧化硅、氧化铝、氧化铪、氧化锆、氧化钽、氮化硅、苯并环丁烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚甲基丙烯酸甲酯和聚(偏氟乙烯-三氟乙烯)中的至少一种。

8.如权利要求4所述的基于透明导电氧化物的电光调制器，其特征在于，所述调制层的材料包括硅、氮化硅、硼硅、聚甲基丙烯酸甲酯、聚二甲基硅氧烷、氮化铝、磷化铟、砷化镓、氮化镓、铌酸锂、铌酸锂铌、铌酸铷、铌酸钠、钽酸锂、锆钛酸铅、二硫化钨、二硫化钼中的至少一种。

9.一种如权利要求1~8中任意一项所述的基于透明导电氧化物的电光调制器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

10.如权利要求9所述的基于透明导电氧化物的电光调制器的制备方法，其特征在于，在步骤s2以后，在所述波导层上还依次沉积另一个绝缘层和调制层，然后再在所述调制层上沉积所述透明导电氧化物层，再进行步骤s3中的后续操作。

11.如权利要求9所述的基于透明导电氧化物的电光调制器的制备方法，其特征在于，在s3的步骤中，所述氢原子或氢离子来源于高纯水蒸汽。

12.如权利要求9所述的基于透明导电氧化物的电光调制器的制备方法，其特征在于，在s3的步骤中，所述退火包括热退火、等离子体退火、激光退火中的一种。

13.如权利要求12所述的基于透明导电氧化物的电光调制器的制备方法，其特征在于，所述热退火的温度为50℃~800℃；

14.一种如权利要求1~8中任意一项所述的基于透明导电氧化物的电光调制器的应用，其特征在于，所述基于透明导电氧化物的电光调制器应用于光通信或光传感设备中。

技术总结本发明公开了一种基于透明导电氧化物的电光调制器及其制备方法及应用，属于光通信技术领域。所述电光调制器包括透明导电氧化物层，所述透明导电氧化物层由沉积、注入氢原子或氢离子和退火的步骤制备得到，所述退火包括热退火、等离子体退火、激光退火中的至少一种。本发明提供的基于透明导电氧化物的电光调制器提升了透明导电氧化物材料的迁移率，进而降低了光损耗、减小了电光调制器的能耗。技术研发人员：张楠,谢启杰,纳全鑫,王磊受保护的技术使用者：鹏城实验室技术研发日：技术公布日：2024/6/11