[发明专利]一种硅基电光材料

说明书

技术领域

本发明涉及半导体材料技术领域，尤其涉及一种在硅衬底上制备的具有较大线性电光系数的硅基电光材料。

背景技术

随着数字化、信息化社会的来临，高速率、大容量信息网络体系的发展将是国家信息基础设施的核心内容。光子器件及其集成芯片将在高速率大容量信息网络系统中发挥不可替代的关键作用，成为光网络发展的基础，而光网络的发展又对光子集成不断提出新的要求。

电光开关和电光调制器件在计算机、通信、光信息处理等领域里将会得到越来越广泛的应用，这些电光器件性能的不断改进，对提高整个光电子集成系统的效率和稳定性将起到十分关键的作用。这些电光器件利用的是材料的电光效应。

电光效应是指在直流电场或低频电场的作用下引起材料介质折射率明显变化的一种现象。其中，线性电光效应，即材料折射率的变化与所施加的电场成正比的效应具有较大的电光系数，利用这种效应，可以实现光开关的快速响应和调制器件的快速调制。只有不具有对称中心的材料才具有线性电光效应。

硅是目前最重要的，也是应用最广的半导体材料。在微电子领域，硅工艺已经相当成熟，然而，遗憾的，硅由于其自身结构的立方反演对称性，并不具有线性电光效应。因此，目前绝大多数电光器件都是用化合物半导体材料制作的，工艺复杂，价格昂贵，而且基本上不能与现有的硅工艺兼容。

随着硅基光电子技术的发展，也出现了一些硅基的光开关和光调制器。它们都是基于硅所具有的热光效应或者自由载流子的等离子色散效应，要么响应速度慢，要么结构复杂，制作成本很高，无法满足硅基光电子技术发展对硅基电光材料要求具有较大线性电光系数的需求。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种硅基电光材料，以满足硅基光电子技术发展对硅基电光材料要求具有较大线性电光系数的需求。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种硅基电光材料，该硅基电光材料是一种多周期结构的量子阱或超晶格材料，所述量子阱或超晶格材料的每个周期结构至少包括三个组分彼此不同的层，所述每个层含有硅或者硅和至少一种除硅以外的其它IV族元素。

所述量子阱或超晶格材料每个周期结构的三个层中，至少一个层采用非金属元素硼B和/或非金属元素磷P掺杂。

所述量子阱或超晶格材料每个周期结构的三个层中，每个层的厚度小于10nm。

所述除硅以外的其它IV族元素为锗，或为碳，或为锡。

所述硅基电光材料采用外延方法在硅衬底上外延制备，或采用涂层方法在硅衬底上涂覆制备。

所述外延方法包括分子束外延(MBE)或超高真空化学气相淀积(UHV/CVD)，所述涂层方法包括离子溅射、溶胶凝胶、旋涂或热处理。

该硅基电光材料进一步包括至少一层预先生长在硅衬底上的缓冲层结构，用于消除或者减小这种材料与硅衬底之间可能存在的晶格失配。

所述量子阱或超晶格材料结构上进一步包括至少一个表面保护层，用于消除表面效应。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：

1、本发明提供的这种硅基电光材料，是一种多周期结构的量子阱或超晶格材料，该量子阱或超晶格材料的每个周期结构至少包括三个组分彼此不同的层，每个层含有硅或者硅和至少一种除硅以外的其它IV族元素，在亚微观结构上打破了硅材料的空间反演对称性，从而具有了较大的线性电光系数，满足了硅基光电子技术发展对硅基电光材料要求具有较大线性电光系数的需求。

2、本发明提供的这种硅基电光材料，是制备在硅衬底上的，并且含有硅作为其主要的成分之一，因此容易实现与硅基材料和器件的光电子集成。

3、本发明提供的这种硅基电光材料，可以采用与当前的硅微电子加工相兼容的工艺制备各种电光器件，制备成本低。

4、本发明提供的这种硅基电光材料，与硅衬底之间，具有相容的热稳定性和机械稳定性，可以保证后续电光器件的性能稳定性，延长使用寿命。

附图说明

图1为本发明提供的硅基电光材料的结构示意图；

图2为依照本发明实施例提供的硅基电光材料的显微结构图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。