[发明专利]电极分层爬坡的薄膜铌酸锂调制器及其制备方法

说明书

本发明提供一种电极分层爬坡的薄膜铌酸锂调制器及其制备方法，属光电子集成器件技术领域，薄膜铌酸锂调制器包括衬底层，二氧化硅层，铌酸锂薄膜层；铌酸锂薄膜层上制备有马赫‑曾德尔结构，包括：输入端，用于输入光的注入，并将输入光分为两路光；两条光波导，形成于铌酸锂薄膜层表面，用于分别传输上述两路光并在外部电场作用下进行电光调制；输出端，用于将经过调制后的两路光进行合束并输出；电极层，包括多条设置于每条光波导旁的条形电极，使得条形电极在通电后形成电场对两条光波导内的光进行调制，条形电极和光波导存在交叠区域；多层介质隔离层，设置于条形电极和光波导交叠的区域且夹设于光波导和条形电极之间，以产生隔离作用。

技术领域

本发明涉及光电子集成器件技术领域，尤其涉及一种电极分层爬坡的薄膜铌酸锂调制器及其制备方法。

背景技术

随着5G、多媒体等技术的崛起和普及，物联网、高清视频业务、虚拟现实（VirtualReality，VR）、增强现实（Augmented Reality，AR）等应用正在逐渐走进我们的生活，信息容量和数据通业务会持续爆发性增长。高性能电光调制器作为通信链路中的核心件，在数字及模拟微波光子链路中扮演着极其重要的角色，一直以来是国内外研究热点。

铌酸锂由于其优异的电光、非线性和从可见光到中红外的大透明窗口，被广泛作为电光调制器的材料。近年来，绝缘体上铌酸锂（LN-on-insulator，LNOI）平台已成为集成高性能电光调制器的一个有前途的平台，基于LNOI平台的方法中，在低折射率衬底(如SiO₂)的顶部粘结一层单晶、亚微米厚的铌酸锂薄膜，通过干法蚀刻铌酸锂器件层形成波导，使得一系列薄膜铌酸锂光子器件具有高折射率对比度和紧密的光学模式限制。目前，基于LNOI的集成电光调制器因其小体积，高性能的特点已有许多科研人员投入研究。

然而现有的电光调制器采用的是共面电极结构，即电极下沿与光波导下沿在同一平面上。通过外加电场与光场的相互作用，实现将电信号转换为光信号，但是电极不能转弯，不利于后端封装测试，通常直接采用压探针的测试方法。此外，也有部分技术通过在薄膜铌酸锂表面沉积一层二氧化硅，再在二氧化硅上通过沉积与剥离工艺形成金电极，利用此种方法可以使电极弯曲便于封装，但是因为在电光相互作用区电极与波导间有一层二氧化硅，外加电场与波导内光场相互作用强度有限，需要较高的驱动电压，增大了电光调制器功耗，不能与CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体）兼容，限制了光电子器件的集成。

发明内容

基于上述问题，本发明提供了一种电极分层爬坡的薄膜铌酸锂调制器及其制备方法，以缓解现有技术中的上述技术问题。

（一）技术方案

本发明的一个方面，提供一种电极分层爬坡的薄膜铌酸锂调制器，包括：衬底层；二氧化硅层，制备于衬底上；铌酸锂薄膜层，制备于二氧化硅层上，铌酸锂薄膜层上制备有马赫-曾德尔结构，马赫-曾德尔结构包括：输入端，用于输入光的注入，并将输入光分为两路光；两条光波导，形成于铌酸锂薄膜层表面，两条光波导用于分别传输上述两路光并在外部电场作用下进行电光调制；以及输出端，用于将经过调制后的两路光进行合束并输出；电极层，包括多条设置于每条光波导旁的条形电极，使得条形电极在通电后形成电场对两条光波导内的光进行调制，条形电极和光波导存在交叠区域；以及多层介质隔离层，设置于条形电极和光波导的交叠区域且夹设于光波导和条形电极之间，以在条形电极和光波导之间产生隔离作用。

根据本发明实施例，多层介质隔离层上下堆叠设置，位于上方的介质隔离层的面积小于该介质隔离层下方的介质隔离层的面积。

根据本发明实施例，条形电极在经过交叠区域时由于多层介质隔离层的设置使得条形电极存在分层逐级爬坡抬高的结构。

根据本发明实施例，条形电极在经过交叠区域时存在转弯的结构。

根据本发明实施例，多层介质隔离层的制备材料选自二氧化硅或者氮化硅。