[发明专利]一种双异质结PIN电光调制器结构

说明书

本发明公开了一种双异质结PIN电光调制器结构，包括有N‑Sub型衬底，N‑Sub型衬底的上部设置有SiO₂埋层，SiO₂埋层上部的两侧分别设置有P+阱区、N+阱区，P+阱区、N+阱区之间设置有本征N型锗硅调制区，P+阱区的上部设置有第一电极，N+阱区的上部设置有第二电极，第一电极、本征N型锗硅调制区及第二电极的上部覆盖有SiO₂覆盖层。本发明的双异质结PIN电光调制器结构是一种高载流子注入，低调制功耗的PIN电光调制器，可代替常规硅基PIN电光调制器结构，在电光调制时能够获得更小的调制功耗，提升了光电转换效率，减小了光电集成中电学元件的比重，便于光电集成向更小尺寸的发展。

技术领域

本发明属于光电子器件技术领域，具体涉及一种双异质结PIN电光调制器结构。

背景技术

硅基电光调制器是一种利用电光效应、热光效应、等离子色散效应等方式来改变光波导折射率的微纳调制器。对于现有的光电子器件而言，其横截面尺寸都在微米数量级，长度则达到几个厘米；由于尺寸较大，不能满足大规模光光子集成的要求。

随着光电子工艺的进步，硅基调制器已进入了微纳尺寸，硅基电光调制器能够传输单模光波，具有速度高、损耗低及尺寸小的优点，并且与集成电路制作工艺相兼容，如今已经成为了硅基光电子器件的核心。

等离子色散效应是通过改变光波导中的自由载流子浓度，从而引起折射率和吸收系数的改变，硅基材料的等离子色散效应十分显著，能够实现高速的光波导调制，是目前硅基电光调制器的主要工作基础。

现有的硅基电光调制器结构主要有三种：PIN结构、PN结构和MOS电容结构；其中，PIN结构具有结构简单，调制效率高，易于工艺实现等特点，因此采用该结构的硅基电光调制器较多；但是，PIN结构是一种直流注入的工作方式，在调制的同时也增加了器件的调制功耗，如何降低器件的调制功耗一直是基于PIN电学调制结构的硅基电光调制器需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双异质结PIN电光调制器结构，不仅能大幅度提高调制器中调制区的载流子浓度，还能减小调制电压、降低调制功耗。

本发明所采用的技术方案是，一种双异质结PIN电光调制器结构，包括有N-Sub型衬底，N-Sub型衬底的上部设置有SiO₂埋层，SiO₂埋层上部的两侧分别设置有P+阱区、N+阱区，P+阱区、N+阱区之间设置有本征N型锗硅调制区，P+阱区的上部设置有第一电极，N+阱区的上部设置有第二电极，第一电极、本征N型锗硅调制区及第二电极的上部覆盖有SiO₂覆盖层。

本发明的特点还在于，

P+阱区的掺杂浓度为1×10¹⁹cm^-3～1×10²⁰cm^-3，掺杂剂为B离子，P+阱区的高度为0.17μm，宽度为0.1μm～1μm。

N+阱区的掺杂浓度为1×10¹⁹cm^-3～1×10²⁰cm^-3，掺杂剂为P离子，N+阱区高度为0.17μm，宽度为0.1μm～1μm。

本征N型锗硅调制区采用锗硅材料制成，其掺杂浓度为1×10¹⁵cm^-3，掺杂剂为P离子，本征N型锗硅调制区的中心高度为0.22μm，两侧高度为0.17μm，上部宽度为0.4μm～0.6μm，下部宽度为1μm～1.8μm。

SiO₂覆盖层的高度为0.5μm～1μm，宽度为1.2μm～3.8μm。

SiO₂埋层的高度为0.5μm～1μm，宽度为1.2μm～3.8μm。