一种电吸收调制器及其制备方法

本发明涉及半导体，尤其涉及一种电吸收调制器及其制备方法。

背景技术：

1、硅光技术是一种将半导体技术与光学技术相结合的技术，它是突破电气连接带宽和功耗上限的重要技术，是未来信息技术发展的重要方向。

2、在光通信链路中，调制器是实现电信号到光信号转换的关键有源器件。在诸多类型的调制器中，基于franz-keldysh效应的电吸收调制器具有功耗低、尺寸小和结构简单易于集成等优势。franz-keldysh效应是指在外加电场的作用下，材料的能带发生倾斜，导带和价带波函数的倏逝尾延伸到禁带中，使得能量低于带隙的光子也能被吸收，有效带隙减小，引起材料吸收边发生红移；通过给材料施加电压可以改变材料的吸收系数，控制光的通断，从而实现对光波的调制。

3、在现有的基于franz-keldysh效应的电吸收调制器中，硅波导中的光是通过倏逝耦合的方式进入有源区。但是，通过倏逝耦合进入有源区的光不会一直在有源区传播，而是在有源区和硅波导之间来回震荡，影响调制效率。并且，由于电极通常加载在硅上，这会使有源区和硅波导之间的交界面成为漏电通道，产生较大的漏电流，会影响功耗和稳定性。

技术实现思路

1、鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种电吸收调制器及其制备方法，用以解决现有的电吸收调制器调制效率低的问题。

2、一方面，本发明实施例提供了一种电吸收调制器，包括：

3、第一脊波导、第二脊波导和楔形波导；其中，

4、所述第一脊波导与所述第二脊波导为对接耦合；

5、所述第一脊波导的平板区和脊区分别高于所述第二脊波导的平板区和脊区；

6、所述楔形波导的底面与所述第一脊波导的脊区的端面对接，且所述楔形波导还位于所述第二脊波导的脊区上；

7、所述第一脊波导为有源区波导，所述第二脊波导为硅波导。

8、基于上述电吸收调制器的进一步改进，所述有源区波导的材料为以下中的任一项及其任意组合：

9、硅-锗合金；

10、锗；以及

11、三五族化合物。

12、基于上述电吸收调制器的进一步改进，所述楔形波导的厚度由所述第一脊波导和所述第二脊波导的高度差确定。

13、基于上述电吸收调制器的进一步改进，所述楔形波导的材料为以下中的任一项及其任意组合：

14、多晶硅；

15、硅-锗合金；

16、锗；以及

17、三五族化合物。

18、基于上述电吸收调制器的进一步改进，所述第一脊波导的脊区的宽度和所述第二脊波导的脊区的宽度相同。

19、基于上述电吸收调制器的进一步改进，所述电吸收调制器包括两个所述第二脊波导和两个所述楔形波导，所述第一脊波导位于两个所述第二脊波导之间。

20、另一方面，本发明实施例还提供了一种电吸收调制器的制备方法，包括：

21、在绝缘体上硅晶圆上形成楔形波导；

22、刻蚀所述绝缘体上硅晶圆的顶硅形成硅脊波导，所述楔形波导位于所述硅脊波导的脊区上；

23、在所述绝缘体上硅晶圆的顶硅上形成有源区脊波导，所述有源区脊波导和所述硅脊波导为对接耦合，且所述有源区脊波导的平板区和脊区分别高于所述硅脊波导的平板区和脊区，且所述楔形波导的底面与所述第一脊波导的脊区的端面对接。

24、基于上述方法的进一步改进，所述在绝缘体上硅晶圆上形成楔形波导包括：

25、在绝缘体上硅晶圆的顶硅上沉积楔形波导材料，所述楔形波导材料的厚度由所述有源区脊波导和所述硅脊波导的高度差确定；

26、刻蚀所述楔形波导材料形成楔形波导。

27、基于上述方法的进一步改进，在所述绝缘体上硅晶圆的顶硅上形成有源区脊波导包括：

28、在所述硅脊波导和所述绝缘体上硅晶圆的顶硅上沉积绝缘材料；

29、刻蚀所述绝缘材料和所述绝缘体上硅晶圆的顶硅并停留在所述绝缘体上硅晶圆的顶硅上，以在所述硅脊波导之间形成有源区凹槽；

30、在所述有源区凹槽上沉积有源区材料并使用化学机械平坦化工艺磨平；

31、刻蚀所述有源区材料形成有源区脊波导。

32、基于上述方法的进一步改进，所述楔形波导材料为以下中的任一项及其任意组合：

33、多晶硅；

34、硅-锗合金；

35、锗；以及

36、三五族化合物。

37、基于上述方法的进一步改进，所述有源区材料为以下中的任一项及其任意组合：

38、硅-锗合金；

39、锗；以及

40、三五族化合物。

41、与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：

42、1、使用对接耦合方案，避免了光在通过有源区时在有源区界面来回振荡，增大了电场与光场的重叠度，提高了调制效率，可在更小的尺寸下实现更高的消光比。而且对接耦合方案对波长敏感性低，具有更好的光学稳定性。

43、2、在对接端面引入楔形波导，可有效减少由于尺寸和折射率失配引起的反射和损耗，有利于减小插入损耗，提高调制器品质因数。

44、3、有源区使用ge(1-x)si(x)材料，通过调节材料配比，可实现对不同波长的调制，调制范围可覆盖光通信中的l波段和c波段。

45、本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

技术特征：

1.一种电吸收调制器，包括：

2.根据权利要求1所述的电吸收调制器，其特征在于，所述有源区波导的材料为以下中的任一项及其任意组合：

3.根据权利要求1所述的电吸收调制器，其特征在于，所述楔形波导的厚度由所述第一脊波导和所述第二脊波导的高度差确定。

4.根据权利要求1所述的电吸收调制器，其特征在于，所述楔形波导的材料为以下中的任一项及其任意组合：

5.根据权利要求1所述的电吸收调制器，其特征在于，所述第一脊波导的脊区的宽度和所述第二脊波导的脊区的宽度相同。

6.根据权利要求1所述的电吸收调制器，其特征在于，所述电吸收调制器包括两个所述第二脊波导和两个所述楔形波导，所述第一脊波导位于两个所述第二脊波导之间。

7.一种电吸收调制器的制备方法，包括：

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述在绝缘体上硅晶圆上形成楔形波导包括：

9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，在所述绝缘体上硅晶圆的顶硅上形成有源区脊波导包括：

10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述楔形波导材料为以下中的任一项及其任意组合：

技术总结本发明涉及一种电吸收调制器及其制备方法。该电吸收调制器包括第一脊波导、第二脊波导和楔形波导；其中，所述第一脊波导与所述第二脊波导为对接耦合；所述第一脊波导的平板区和脊区分别高于所述第二脊波导的平板区和脊区；所述楔形波导的底面与所述第一脊波导的脊区的端面对接，且所述楔形波导还位于所述第二脊波导的脊区上；所述第一脊波导为有源区波导，所述第二脊波导为硅波导。本发明提高了电吸收调制器的调制效率。技术研发人员：李志华,周国奇,李彬,尹旺旺受保护的技术使用者：中国科学院微电子研究所技术研发日：技术公布日：2024/6/13