硅基光調(diào)制器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種硅基光調(diào)制器。
【背景技術(shù)】
[0002]硅基光調(diào)制器是片上光邏輯、光互聯(lián)和光處理器的核心器件之一，用于將射頻電信號轉(zhuǎn)化為高速光信號。它可以與激光器、探測器和其他波分復(fù)用器件構(gòu)成一個(gè)完整的功能性網(wǎng)絡(luò)。近年來，通過大量的技術(shù)手段，硅基調(diào)制器已經(jīng)在多種硅基、混合硅基、兼容硅基材料上面實(shí)現(xiàn)，包括絕緣體上硅(SOI)材料、SOI與三五族化合物混合材料、應(yīng)變硅材料等。其中，由于在SOI材料上制作的基于等離子體色散效應(yīng)的硅基調(diào)制器其制造工藝與現(xiàn)有電子工業(yè)中使用的CMOS工藝可完全兼容，為低成本，大批量的生產(chǎn)提供了可能性，受到業(yè)界的廣泛關(guān)注。
[0003]基于等離子體色散效應(yīng)的硅基調(diào)制器分為三種，分別利用了經(jīng)過離子注入后的SOI脊型波導(dǎo)中載流子的積聚、注入和耗盡效應(yīng)。在這三種之中，工作于反偏電壓下的耗盡型調(diào)制器被公認(rèn)為是能夠提供最快調(diào)制速率的解決方案之一。所述耗盡型調(diào)制器的工作原理為:在SOI脊型波導(dǎo)中形成PN結(jié)，所述PN結(jié)被施加反偏電壓后，載流子會(huì)向兩邊移動(dòng)，在PN結(jié)交界面上面形成一個(gè)耗盡區(qū)。由于硅材料的折射率與載流子濃度有關(guān)，所以在上述過程中，脊型波導(dǎo)的折射率會(huì)發(fā)生變化。如果將這樣的SOI脊型波導(dǎo)做成馬赫曾德爾干涉儀或者微環(huán)諧振器結(jié)構(gòu)，那么折射率的變化會(huì)導(dǎo)致光譜發(fā)生變化。如果在所述PN結(jié)兩端施加的是一個(gè)高速變化的電信號，那么光譜也會(huì)快速變化，特別是在工作波長處的光功率也發(fā)生了快速變化，實(shí)際上就發(fā)生了電信號到光信號的轉(zhuǎn)變，完成了調(diào)制。
[0004]而現(xiàn)有技術(shù)中的硅基調(diào)制器的光電調(diào)制效率仍然不是很高，需要相應(yīng)的技術(shù)來進(jìn)行改進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種硅基調(diào)制器，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中提聞5圭基調(diào)制器的光電調(diào)制效率的問題。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種硅基光調(diào)制器，所述硅基調(diào)制器至少包括:
[0007]脊型波導(dǎo)，所述脊型波導(dǎo)包括平板部和位于所述平板部中間，且高于所述平板部的凸條；
[0008]所述脊型波導(dǎo)中包括第一輕摻雜區(qū)和第二輕摻雜區(qū)，所述第一輕摻雜區(qū)包括縱向第一輕摻雜區(qū)和至少一個(gè)橫向第一輕摻雜區(qū)，所述縱向第一輕摻雜區(qū)形成在凸條中間，且沿著所述凸條的延伸方向，所述橫向第一輕摻雜區(qū)形成在所述凸條和所述平板部上，且與所述凸條相交；所述第二輕摻雜區(qū)和所述第一輕摻雜區(qū)的摻雜類型相反，且形成于所述第一輕摻雜區(qū)外側(cè)的凸條和平板部中，以與所述第一輕摻雜區(qū)構(gòu)成橫向和縱向的PN結(jié)。優(yōu)選地，所述縱向第一輕摻雜區(qū)的寬度為10nm?250nm。
[0009]優(yōu)選地，所述橫向第一輕摻雜區(qū)的寬度為300nm?lOOOnm。
[0010]優(yōu)選地，所述脊型波導(dǎo)中，所述平板區(qū)的高度為50nm?200nm，所述凸條的高度為220nm?340nm,所述凸條的寬度為300nm?700nm。
[0011]優(yōu)選地，所述平板部中還包括第一重?fù)诫s區(qū)和第二重?fù)诫s區(qū)，所述第一重?fù)诫s區(qū)形成于所述第二輕摻雜區(qū)的兩外側(cè)，所述第二重?fù)诫s區(qū)形成于其中第一重?fù)诫s區(qū)的外側(cè)；所述橫向第一輕摻雜區(qū)為多個(gè)并排的長條型區(qū)域，每一所述橫向第一輕摻雜區(qū)穿過所述第一重?fù)诫s區(qū)連接至所述第二重?fù)诫s區(qū)；所述第一重?fù)诫s區(qū)與所述第二輕摻雜區(qū)的摻雜類型相同；所述第二重?fù)诫s區(qū)和所述第一輕摻雜區(qū)的摻雜類型相同；所述第一重?fù)诫s區(qū)和第二重?fù)诫s區(qū)中形成有金屬電極，所述處于第一重?fù)诫s區(qū)中的金屬電極連接在一起，所述處于第二重?fù)诫s區(qū)的金屬電極連接在一起。
[0012]優(yōu)選地，相鄰兩所述橫向第一輕摻雜區(qū)的間距為300nm?700nm。
[0013]優(yōu)選地，每兩相鄰的所述橫向第一輕摻雜區(qū)之間的第一重?fù)诫s區(qū)中形成有一金屬電極。
[0014]優(yōu)選地，所述橫向第一輕摻雜區(qū)和所述第一重?fù)诫s區(qū)、所述第一重?fù)诫s區(qū)和第二重?fù)诫s區(qū)之間還具有無摻雜區(qū)。
[0015]優(yōu)選地,所述無摻雜區(qū)的寬度為I μ m。
[0016]優(yōu)選地，所述第一重?fù)诫s區(qū)與所述凸條的距離為I μ m?2 μ m。
[0017]優(yōu)選地,與第二重?fù)诫s區(qū)緊鄰的所述第一重?fù)诫s區(qū)的寬度為Ιμπι?10 μ m,另一所述第一重?fù)诫s區(qū)和所述第二重?fù)诫s區(qū)的寬度為I μ m?50 μ m。
[0018]優(yōu)選地，所述第一輕摻雜區(qū)的摻雜類型為P型。
[0019]優(yōu)選地，所述第一輕摻雜區(qū)中摻雜濃度為I X 117Cm 3至5 X 118Cm 3，所述第二輕摻雜區(qū)中摻雜濃度為I X 117Cm 3至5X 118Cm 3，所述第一重?fù)诫s區(qū)中摻雜濃度為IXlO19Cm3至5X 120Cm 3，所述第二重?fù)诫s區(qū)中摻雜濃度為IX 119Cm 3至5X 120Cm 3。
[0020]如上所述，本發(fā)明的硅基光調(diào)制器，具有以下有益效果:
[0021 ] 本發(fā)明的技術(shù)方案中提供的娃基光調(diào)制器利用多個(gè)橫向第一輕摻雜區(qū)與第二輕摻雜區(qū)在脊型波導(dǎo)的模場傳播方向同時(shí)形成多個(gè)PN結(jié)結(jié)構(gòu)，利用縱向第一輕摻雜區(qū)與第二輕摻雜區(qū)在脊型波導(dǎo)的凸條中形成兩個(gè)背靠背的PN結(jié)結(jié)構(gòu)，工作時(shí)候可以形成兩個(gè)耗盡區(qū)，增加了模場中耗盡區(qū)的面積，從而提高了硅基光調(diào)制器的調(diào)制效率。
【附圖說明】
[0022]圖1和圖2顯示為本發(fā)明提供的硅基光調(diào)制器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]元件標(biāo)號說明
[0024]400脊型波導(dǎo)
[0025]50平板部
[0026]70凸條
[0027]Hl高度
[0028]H2高度
[0029]LI寬度
[0030]L2寬度
[0031]Kl寬度
[0032]K2寬度
[0033]Κ3寬度
[0034]Wl寬度
[0035]W2間距
[0036]W3寬度
[0037]W4間距
[0038]W5寬度
[0039]W6寬度
[0040]100無摻雜區(qū)
[0041]111縱向第一輕摻雜區(qū)
[0042]112橫向第一輕摻雜區(qū)
[0043]211,212第二輕摻雜區(qū)
[0044]221、222第一重?fù)诫s區(qū)
[0045]123第二重?fù)诫s區(qū)
[0046]300金屬電極
【具體實(shí)施方式】
[0047]發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，為了使一定電壓情況下，光譜發(fā)生較多的位移(即硅基調(diào)制器有著較高的調(diào)制效率)，PN結(jié)分界面的位置很重要，一方面是由于相同濃度的電子和空穴對折射率的改變不一致，另一方面是脊型波導(dǎo)中模場在不同的位置處的強(qiáng)度并不均勻。對于提高調(diào)制器的調(diào)制效率尤為重要，也是業(yè)內(nèi)關(guān)注的重點(diǎn)。
[0048]而傳統(tǒng)的PN結(jié)設(shè)計(jì)包括三種，分別在水平、豎直和模場傳播方向形成PN結(jié)。對于水平PN結(jié)來說，制作工藝較為復(fù)雜；對于豎直PN結(jié)來說，需要很大的對準(zhǔn)精度，雖然通過優(yōu)化可以使耗盡區(qū)位于模場最大處，但是耗盡區(qū)的寬度一般只有10nm左右，對于整體寬度一般為500nm的脊型波導(dǎo)來說，仍會(huì)有很多模場沒有與耗盡區(qū)重合；而對于在模場傳播方向的PN結(jié)雖然具有較大的工藝容差，但是周期性的排列使它忽略了周期內(nèi)部單一摻雜濃度波導(dǎo)的模場。因此提高耗盡區(qū)與模場的接觸面，對于提高調(diào)制器的調(diào)制效率尤為重要。
[0049]以下由特定的具體實(shí)施例說明本發(fā)明的實(shí)施方式，熟悉此技術(shù)的人士可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)及功效。
[0050]請參閱圖1至圖2。須知，本說明書所附圖式所繪示的結(jié)構(gòu)、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示的內(nèi)容，以供熟悉此技術(shù)的人士了解與閱讀，并非用以限定本發(fā)明可實(shí)施的限定條件，故不具技術(shù)上的實(shí)質(zhì)意義，任何結(jié)構(gòu)的修飾、比例關(guān)系的改變或大小的調(diào)整，在不影響本發(fā)明所能產(chǎn)生的功效及所能達(dá)成的目的下，均應(yīng)仍落在本發(fā)明所揭示的技術(shù)內(nèi)容得能涵蓋的范圍內(nèi)。同時(shí)，本說明書中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中間”及“一”等的用語，亦僅為便于敘述的明了，而非用以限定本發(fā)明可實(shí)施的范圍，其相對關(guān)系的改變或調(diào)整，在無實(shí)質(zhì)變更技術(shù)內(nèi)容下，當(dāng)亦視為本發(fā)明可實(shí)施的范疇。
[0051]如圖1所示，本發(fā)明提供了一種硅基調(diào)制器，所述硅基調(diào)制器至少包括:
[0052]脊型波導(dǎo)400，所述脊型波導(dǎo)400包括平板部50和位于所述平板部50中間，且高于所述平板部50的凸條70。
[0053]本實(shí)施例中，所述脊型波導(dǎo)400形成在SOI襯底的頂層硅中(未圖示)，所述脊型波導(dǎo)400周圍還被其它的低折射率材料包圍。具體可以為，所述脊型波導(dǎo)400的下面為SOI襯底的埋氧層，所述脊型波導(dǎo)400的上面為二氧化硅包層。
[0054]本實(shí)施例中的脊型波導(dǎo)400中，由于所述脊型波導(dǎo)400的材質(zhì)為硅，下面或者上面包圍所述脊型波導(dǎo)400的材質(zhì)為二氧化硅。硅折射率比二氧化硅的折射率大，所以，在工作的時(shí)候，需要傳輸?shù)碾姶挪?光)就沿著所述脊型波導(dǎo)400中凸條70的延伸方向傳播。確定了所述脊型波導(dǎo)中各部分的尺寸，根據(jù)麥克斯韋方程組、邊界條件還有光波導(dǎo)具體的尺寸，可以解出可以在所述脊型波導(dǎo)400中傳播的電磁波(光)電磁場的具體情況(包括電場和磁場強(qiáng)度，方向，速度，衰減等)。
[0055]具體的，本實(shí)施例中，平板部50的高度Hl為50nm?200nm，所述脊型波導(dǎo)400的高度(所述凸條70的高度)H2為220nm?340nm，所述凸條70的寬度LI為300nm?700nm，所述波導(dǎo)寬度L2為450nm?600nm。
[0056]另外，在所述脊型波導(dǎo)400中還形成多個(gè)摻雜區(qū)。所述摻雜區(qū)通過多次離子注入形成。具體的，所述脊型波導(dǎo)400中包括第一輕摻雜區(qū)111、112和第二輕摻雜區(qū)211、212，所述第一輕摻雜區(qū)包括縱向第一輕摻雜區(qū)111和至少一個(gè)橫向第一輕摻雜區(qū)112，所述縱向第一輕摻雜區(qū)111形成在凸條70中間，且沿著所述凸條70的延伸方向，所述橫向第一輕摻雜區(qū)112形成在所述凸條70和所述平板部50上，且與所述凸條70相交；所述第二輕摻雜區(qū)211和所述第一輕摻雜區(qū)111、112的摻雜類型相反，且形成于所述第一輕摻雜區(qū)111、112外側(cè)的凸條70和平板部50中，以與所述第一輕摻雜區(qū)111、112構(gòu)成橫向和縱向的PN結(jié)。
[0057]本實(shí)施例中，所述硅基調(diào)制器的原理為:PN結(jié)兩端的電壓改變會(huì)引起PN結(jié)的耗盡區(qū)寬度的改變，而PN結(jié)的耗盡區(qū)寬度的改變可以引起波導(dǎo)的折射率分布改變，波導(dǎo)的折射率分布改變可以引起其中電磁波的模場改變，進(jìn)而導(dǎo)致傳播的電磁波發(fā)生改變，從而實(shí)現(xiàn)了調(diào)制器的電光調(diào)制的功能。
[0058]其中，電磁波的模場是指在所述脊型波導(dǎo)400中，傳播的電磁波(光)電磁場強(qiáng)度的空間分布。
[0059]本實(shí)施例中，多個(gè)橫向第一輕摻雜區(qū)112與第二輕摻雜區(qū)211、212在脊型波導(dǎo)400的模場傳播方向同時(shí)形成多個(gè)PN結(jié)結(jié)構(gòu)，提高了硅基光調(diào)制器的調(diào)制效率。
[0060]本實(shí)施例中，縱向第一輕摻雜區(qū)111與第二輕摻雜區(qū)211、212在