[发明专利]基于斯塔克效应的SOUP结构光电调制器及制作方法

说明书

一种基于斯塔克效应的SOUP结构光电调制器及制作方法，主要解决现有光电调制器中红外光易泄露，晶格失配和制作方法复杂的问题。光电调制器包括：衬底(1)、氧化下包络基座上的硅SOUP结构波导(2)、吸收区(3)、左电极(4)和右电极(5)。制作方法包括：注氧隔离、刻蚀硅波导、刻蚀SOUP结构、刻蚀量子阱、低压化学气相沉积和淀积电极。本发明通过氧化下包络基座上的硅SOUP结构以及晶格适配的量子阱和势垒层使光的损耗减小，吸收谱波长范围变大，同时，本发明通过低压化学气相沉积方法沉积薄膜使制备工艺简单，可用于制备中红外光电调制器。

技术领域

本发明属于电子技术领域，更进一步涉及微电子器件技术领域中的一种基于斯塔克效应的氧化下包络基座上的硅(Silicon on Oxide Undercladding Pedestal：SOUP)结构光电调制器及制作方法。本发明可用于控制光通信的光发射、传输、接受过程中光的强度。

背景技术

光电调制器是高速、短距离光通信的关键器件，也是最重要的集成光学器件之一。光调制器按照其调制原理来讲，可分为电光、热光、声光、全光等，它们所依据的基本理论是各种不同形式的电光效应、声光效应、磁光效应、Franz-Keldysh效应、斯塔克效应、载流子色散效应等。在整体光通信的光发射、传输、接收过程中，光调制器被用于控制光的强度，其作用是非常重要的。到目前为止，由III-V族半导体构成的薄量子阱结构，表现出了很强的斯塔克效应，使得调制器的光学路径长度只有几微米。然而，由III-V族半导体集成的光电调制器工作波长被限制在近红外范围。

硅是应用于电子产品的主要半导体，现在有越来越多的需要将这些组件与光电集成，用于电信和计算机互连。硅光调制器最近已经成功地被研制出来，Soref R.等人在“Mid-infrared photonics in silicon and germanium.”(Nature Photonics.2010)中公开发表了中红外范围的硅基光电子器件。该文章中硅光子器件大多基于绝缘体上硅(SOI)衬底。虽然SOI技术已经推进近红外仪器(近红外)集成光子学，但由于二氧化硅产生光的损耗已超出3.6μm，中红外光易泄露到高折射率的硅衬底中，SOI技术在中红外设备的应用中存在挑战。

西安电子科技大学在其申请的专利“横向IV族元素量子阱光电探测器及制备方法”(申请号：CN201510340409.2，公开号：CN105006500A)中公开了一种基于GeSn-SiGeSn多量子阱的光电探测器。该光电探测器涉及GeSn-SiGeSn多量子阱结构，该结构包括衬底、下电极、吸收区和上电极。该光电探测器通过SiGeSn单晶材料在外延过程中体积改变而在GeSn量子阱材料中产生横向张应变，从而改变GeSn材料带隙，提高了探测器的光谱响应范围。但是，该光电探测器仍然存在的不足之处在于，应变量子阱由于材料间晶格失配，进而产生晶体缺陷——失配位错，这些缺陷导致制备工艺需要复杂的高压工艺条件，影响晶体的外延生长，最终会影响器件的整体光电性能。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术存在的不足，利用斯塔克效应，提供一种氧化下包络基座上的硅SOUP的晶格适配的光电调制器，以减小光的损耗，增大调制器的吸收谱波长范围。

本发明的具体思路是：到目前为止，硅光调制器已经成功地被研制出来。但传统工艺中根据斯塔克效应制备的硅光调制器还少有先例。在量子阱材料两端加上电压产生的斯塔克效应可以导致半导体能带发生倾斜，电子-空穴对发生空间分离、波函数交叠量减少，并有利于材料发光峰吸收边红移，故斯塔克效应可增大调制器的吸收谱波长范围。氧化下包络基座上的硅SOUP结构，同现有的绝缘体上硅SOI结构相比，SiO2基座间存在空气间隙，在硅波导与基座之间得到一个大的折射率之比可以有效防止引入的中红外光泄露到硅衬底中。根据此原理，本发明依据斯塔克效应制备氧化下包络基座上的硅SOUP结构光电调制器。