[发明专利]光波导放大器及其制作方法

说明书

本公开实施例公开了一种光波导放大器及其制作方法，所述光波导放大器包括：衬底；位于所述衬底上、且沿平行于所述衬底的第一方向并列排布的至少两个光波导；其中，相邻的两个所述光波导之间具有间隙；位于所述间隙内的、掺杂稀土元素的掺杂介质层；其中，在垂直于所述衬底的第二方向上，所述掺杂介质层的高度大于或者等于所述光波导的高度；所述掺杂介质层的折射率小于所述光波导的折射率；石墨烯层，覆盖并接触所述掺杂介质层；第一电极，与所述石墨烯层电连接；第二电极，与所述衬底接触。

技术领域

本公开实施例涉及光电子技术领域，特别涉及一种光波导放大器及其制作方法。

背景技术

随着片上光通信技术的快速发展和大规模光子电路集成度的不断提高，光电子器件越来越多地集成在硅基平台上，实现了丰富的片上系统功能。然而，随着片上器件的日益普及，器件之间的传输和耦合损耗已成为一个日益严重的问题，迫切需要高效片上放大器来补偿这些损失。

近年来，掺杂稀土元素的光波导放大器逐渐成为硅光系统中放大器件的一大核心竞争力。相较于混合集成的半导体材料，硅基掺杂稀土元素的光波导放大器可单片集成，具有更好的工艺兼容性。由于稀土离子具有较长的激发态寿命，因此，在光放大过程中，掺杂稀土元素的光波导放大器具有较长的增益恢复时间，在数据传输时，可以使放大器保持在非饱和小信号增益模式下工作，进而使放大器拥有更高的速率，更适用于当今光通信的高速、大带宽需求。

然而，掺杂稀土元素的增益材料本身为绝缘介质，导电性较差，很难直接对其进行电驱动，限制了该类光波导在高速光传输系统中的应用。因此，如何实现对掺杂稀土元素的光波导放大器的高速电调制，成为亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本公开实施例提供一种光波导放大器及其制作方法。

根据本公开实施例的第一方面，提供一种光波导放大器，所述光波导放大器包括：

衬底；

位于所述衬底上、且沿平行于所述衬底的第一方向并列排布的至少两个光波导；其中，相邻的两个所述光波导之间具有间隙；

位于所述间隙内的、掺杂稀土元素的掺杂介质层；其中，在垂直于所述衬底的第二方向上，所述掺杂介质层的高度大于或者等于所述光波导的高度；所述掺杂介质层的折射率小于所述光波导的折射率；

石墨烯层，覆盖并接触所述掺杂介质层；

第一电极，与所述石墨烯层电连接；

第二电极，与所述衬底接触。

在一些实施例中，掺杂的所述稀土元素包括以下至少之一：

铒；镨；铥；镱；钇；镥；钕；镧。

在一些实施例中，所述光波导为条形光波导，所述光波导的延伸方向为平行于所述衬底的第三方向，所述第三方向与所述第一方向垂直；其中，所述光波导在垂直于所述第三方向的平面上的截面为矩形。

在一些实施例中，所述掺杂介质层包覆所述光波导，并覆盖所述衬底的部分表面。

在一些实施例中，所述第一电极位于所述石墨烯层表面，覆盖至少部分所述石墨烯层表面。

在一些实施例中，所述第二电极位于所述衬底表面，且位于所述光波导的一侧，并与所述掺杂介质层相隔离。

在一些实施例中，所述石墨烯层为单层碳原子排列形成的膜层。

在一些实施例中，所述光波导的组成材料为含硅的硅基光波导材料，包括：

硅或者氮化硅。

根据本公开实施例的第二方面，提供一种光波导放大器的制作方法，包括：

提供衬底；