[发明专利]一种硅基电光调制器及其制备方法

说明书

本发明涉及一种硅基电光调制器及其制备方法，硅基电光调制器包括：衬底，其包括埋氧层和位于所述埋氧层上的脊形波导结构，所述脊形波导结构包括条形波导；绝缘层，位于所述脊形波导结构的上表面；表面等离子激元结构，位于所述条形波导上，在所述表面等离子激元结构的两侧分别具有第一电极和第二电极，所述第一电极和第二电极位于所述绝缘层上的电极过孔中。本发明采用表面等离子激元结构，能够有效增强场能量的性质，增加电光相互作用与调制能力，实现了调制器长度的降低，同时解决了长度尺寸与消光比之间的相互限制的矛盾，最终实现调制器的长度在30um以下，提高消光比在50dB以上。

技术领域

本发明涉及光电子集成技术领域，具体涉及一种硅基电光调制器及其制备方法。

背景技术

硅基电光调制器是光互联、光通信系统中的重要部件之一，是完成电信号到光信号的转换，实现高速信息在光电子集成芯片上传输和处理的前提，随着芯片的集成度越来越高，硅基电光调制器也从分立部件逐渐走向集成化。传统的硅基电光调制器长度较大，从工艺节点、芯片集成度和成本的角度不利于光电集成。

在现有技术中，常用的硅基电光调制器是载流子注入型MZI(马赫-曾德尔干涉仪)调制器，其基本工作原理是通过正偏电压，由P区与N区向I区注入少数载流子，最终实现MZI出口端两列光相位相反，进行消光，从而利用电信号实现对光信号的调制。但是，载流子注入型MZI调制器存在以下两个问题：一、调制器的长度受到焦耳热的影响而难以进一步降低，影响光电集成化；二、长度与消光比存在相互制约的关系，因而难以获得较大的消光比。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的主要目的在于提供一种硅基电光调制器及其制备方法，对现有硅基电光调制器的电学结构进行改进，设计了一种新型的硅基电光调制器，可以有效减少器件尺寸，提高光电集成度，同时，可以实现较大的消光比。

为了实现以上目的，本发明提供了以下技术方案。

根据本发明的一个方面，提供了一种硅基电光调制器，包括：

衬底，其包括埋氧层和位于埋氧层上的脊形波导结构，脊形波导结构包括条形波导；

绝缘层，位于脊形波导结构的上表面；

表面等离子激元结构，位于条形波导上，在表面等离子激元结构的两侧分别具有第一电极和第二电极，第一电极和第二电极位于绝缘层上的电极过孔中。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种硅基电光调制器的制备方法，包括以下步骤：

提供一衬底，衬底包括埋氧层和位于埋氧层上的顶层硅；

刻蚀顶层硅形成脊形波导结构，脊形波导结构包括条形波导；

在脊形波导结构的上表面形成绝缘层结构；

在条形波导上，形成表面等离子激元结构；

在绝缘层上形成电极过孔，在电极过孔内沉积金属材料，形成第一电极和第二电极；其中，表面等离子激元结构位于第一电极与第二电极之间。

与现有技术相比，本发明达到了以下技术效果：

(1)本发明采用表面等离子激元结构，能够有效增强表面电场场能量的性质，增加电光相互作用与调制能力，实现了调制器长度的降低，同时解决了长度尺寸与消光比之间的相互限制的矛盾，最终实现调制器的长度在30um以下，提高消光比在50dB以上；

(2)等离子激元结构包括金属结构，在工作电压下，利用金属结构实现工作臂(载流子注入的区域)与非工作臂输出相同振幅，相位相反的电磁场，从而实现最大的消光比；

(3)金属具有良好的散热性，良好的散热效果可以消除温度升高带来的负面影响，实现更大剂量载流子的注入，增加调制效果，减少调制器长度。

附图说明