[发明专利]一种基于透明导电氧化物的偏振不敏感的电光强度调制器

说明书

技术领域

本发明涉及光通信、光互联以及光器件集成领域，具体说，涉及一种基于透明导电氧化物(Transparent-Conducting-Oxide,TCO)的偏振不敏感的电光强度调制器。

背景技术

在未来的光互联和光通信的芯片中，高容量，尺寸紧凑，成本低的光电子集成电路(PIC)将成为人们的首选。目前有几种方法实现容量的增加，其中偏振复用因其可将通信容量翻倍成为一种有效的方案。然而大部分的电光调制器是偏振敏感的，目前实现偏振复用光通信系统一般需要偏振分束器分为TE和TM模，而后利用偏振旋转器或波片将TE(TM)模转换为TM(TE)模，分别送入两个支持TE或TM模的电光调制器中进行调制，最后将两个偏振的调制信号进行合束。在该种方案中需要偏振旋转器，不但导致系统复杂，而且成本高，限制了偏振复用在高密度，高速率光互联中的应用。

透明导电氧化物具有光透明特性和良好的导电性，在集成光电子领域得到广泛应用，例如铝掺杂氧化锌(AZO)，镓掺杂氧化锌(GZO)，锡铟氧化物(ITO)。例如ITO由于其较低的电阻率，与金属相比较小的损耗，相对介电常数近零(Epsilon-Near-Zero,ENZ)区域在通信波段成为制作电光调制器最有潜力的有源材料。TCO的光学特性受其载流子浓度的影响，利用TCO构成类似于金属-氧化物-半导体(Metal-oxide-semiconductor,MOS)电容型结构时，通过改变外加电压使载流子浓度发生变化，当相对介电常数调制到ENZ区域时，场被限制在损耗较大的TCO中从而实现调制。基于TCO的调制器往往具有尺寸小，调制深度大的特点。另外TCO与传统的CMOS制作工艺兼容，使其在光电子领域具有广阔的应用空间。

目前也有一系列的基于TCO的电光调制器的报道。但是由于边界条件的限制，这些调制器大部分是偏振敏感的，只能对特定方向偏振的光进行调制，这使得偏振复用系统中需要偏振旋转器。虽然也有一些可以实现TE模和TM模同时调制，但是两个偏振方向的调制深度不同，这对应用中偏振控制提出了较高的要求。

正如前所述的基于TCO的电光调制器所面临的偏振敏感问题，限制了该种调制器的应用场景，是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

针对现有技术存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种基于TCO偏振不敏感的电光强度调制器。

本发明的技术方案为：

一种基于透明导电氧化物的偏振不敏感的电光强度调制器，其特征在于，包括基底层，所述基底层上设置有波导层，所述波导层为脊型波导；所述脊型波导的脊型凸起区覆盖介质层；所述波导层的波导区两侧上表面分别设置一电极，即第一电极、第二电极；所述介质层上覆盖透明导电氧化物层，所述透明导电氧化物层上设置第三电极。

进一步的，所述介质层由绝缘材料制成。

进一步的，所述第一电极、第二电极为能与所述波导层形成欧姆接触的金属。

进一步的，所述第三电极为能与所述透明导电氧化物层形成欧姆接触的金属。

进一步的，所述基底层为氧化硅，所述波导层为硅，所述脊型波导的平板厚度为30nm，脊型区高度为195nm，脊型区宽度为270nm。

进一步的，所述介质层为氧化铪，厚度为5nm。

进一步的，所述第一电极、第二电极、第三电极均为铝电极。

本发明的电光强度调制器，包括基底层；基底层上设置有波导层，所述波导层为脊型波导；所述脊型波导的脊型凸起区覆盖介质层；所述波导层的波导区两侧上表面分别设置一电极，即第一电极、第二电极；所述介质层上覆盖透明导电氧化物层；所述透明导电氧化物层上设置第三电极。其中，所述介质层由绝缘材料制成。所述第一电极、第二电极为能与所述波导层形成欧姆接触的金属。所述第三电极为能与所述透明导电氧化物层形成欧姆接触的金属。

与现有技术相比，本发明的积极效果为：

本发明利用ITO构成MOS电容结构，通过电压控制载流子变化实现双偏振(TE与TM)动态一致的损耗变化，从而实现偏振不敏感的电光强度调制功能。本发明具有结构简单，尺寸小，CMOS兼容的优点。

附图说明

图1为本发明的调制器横截面图；

图2为TE模与TM模在不同调制电压下的损耗曲线与偏振相关损耗图；

其中，1-基底层，2-波导层，31-第一电极，32-第二电极，33-第三电极，4-介质层，5-透明导电氧化物层。

具体实施方式