[发明专利]n-i-n型电光调制器

说明书

技术领域

本发明涉及光通信中的光电子器件领域，特别涉及一种n-i-n型电光调制器。

背景技术

电光调制器在光纤通信领域，特别是在利用高级调制格式的高频谱效率光纤网络中起着至关重要的作用。驱动电压是电光调制器重要的参数之一，较低的驱动电压有助于改善系统特性，降低功率损耗。与LiNbO₃基电光调制器相比，III-V族电光调制器具有结构紧凑、半波电压低、易集成等优点，其在未来光通信领域可发挥越来越大的作用。

传统的III-V族半导体电光调制器采用反向偏置的p-i-n型结构，优点在于电压加载效率高，但p-i-n型结构的P区自由载流子吸收较大，导致p-i-n型波导结构的波导损耗较大。据文献报道，n型半导体中的光传输损耗是p型半导体的1/20，因此，用n型阻挡层代替p型阻挡层可大大减少波导结构的传输损耗，进而提高调制效率。

针对p-i-n型电光调制器波导损耗大的缺点，日本NTT公司在2003年左右提出n-SI-I-n结构材料的InP基电光调制器。其中，SI层为半绝缘InP层，起到阻抗和速度匹配以及阻挡漏电流的作用。该器件长度为3mm，采用类共面波导电极，在带宽为42GHz情况下，半波电压为2.2V，是近年来InP基电光调制器中较好的一种。但这种结构有一个缺陷：InP层要分掉很大一部分电压，降低了调制效率，从而使得半波电压难以进一步降低。

直接采用n-i-n型材料制作调制器波导，由于p区的自由载流子比n区的自由载流子吸收大很多，采用n型覆盖层可降低光场的波导损耗。但一般的n-i-n结构中不存在反偏PN结，不能形成电流阻挡，在加电压后形成电子电流，难以形成有效的电场进行电光调制。国内外还没有关于n-i-n型电光调制器的公开文献。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明所要解决的技术问题是：如何改善电光调制器的调制特性。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供了一种n-i-n型电光调制器，从下至上依次包括：衬底、下欧姆接触层、下限制层、下导波层、有源层、上导波层、上限制层和上欧姆接触层，上、下限制层为N型掺杂结构；所述有源层的禁带宽度为E_g1、折射率为n1，上、下导波层的禁带宽度为E_g2、折射率为n2，上、下限制层的禁带宽度为E_g3、折射率为n3，禁带宽度满足E_g1＞E_g3＞E_g2的关系，折射率满足n2＞n1＞n3的关系。

优选地，所述衬底为InP材料，所述有源层和上、下导波层的材料均与所述衬底的材料晶格匹配，且上、下限制层为N型InP材料。

优选地，所述有源层为InAlAs体材料，上、下导波层为InGaAsP材料。

优选地，所述有源层为N型掺杂的多量子阱结构，所述多量子阱结构的势阱层的禁带宽度为E_g4，所述多量子阱结构的势垒层的禁带宽度为E_g5，所述多量子阱结构的等效折射率为n6，禁带宽度满足E_g5＞E_g3＞E_g2＞E_g4的关系，折射率满足n2＞n6＞n3的关系。

优选地，所述衬底为InP材料，所述有源层和上、下导波层的材料均与所述衬底的材料晶格匹配，且上、下限制层为N型InP材料。

优选地，所述有源层为InGaAsP/InAlAs多量子阱结构，上、下导波层为InGaAsP材料。

(三)有益效果

本发明通过特定的能带结构可形成有源层与限制层之间的较大导带不连续性，在加上电场后可阻挡电子的漂移运动，进而阻挡漏电流的形成，降低漏电流对微波信号的影响，且特定的折射率关系可以同时有效地限制光场。若有源区采用特定材料的量子阱结构，不仅可以提高二次电光效应，而且可以进一步降低漏电流的影响。因此，本发明能够改善电光调制器的调制特性。

附图说明

图1a和图1b分别是本发明的n-i-n型半导体电光调制器结构图及能带结构图；

图2a和图2b分别是本发明的另一种n-i-n型半导体电光调制器结构图及能带结构图，图2c为图2b中A部分的局部放大图；

图3a和图3b分别是依据本发明实施例一的n-i-n型半导体电光调制器结构图及能带结构图；