[发明专利]一种基于透明导电氧化物的偏振不敏感的电光调制器

说明书

本发明公开了一种基于透明导电氧化物的偏振不敏感的电光调制器，包括基底层和设置于所述基底层上的硅波导层，所述硅波导层上表面设有多个介质层；从与所述硅波导层邻接的介质层起算，所有单数介质层上表面均设有透明导电氧化物层，所有双数介质层上表面均设有硅层；所述硅波导层和各所述硅层均设有第一电极，各所述透明导电氧化物层均设有第二电极。本发明采用多层MOS电容结构，实现偏振不敏感性。

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将偏振分束器分为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，与金属相比具有较小的损耗，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的电光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透明导电氧化物的偏振不敏感的电光调制器，采用多层MOS电容结构，实现偏振不敏感性。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于透明导电氧化物的偏振不敏感的电光调制器，包括基底层和设置于所述基底层上的硅波导层，所述硅波导层上表面设有多个介质层；从与所述硅波导层邻接的介质层起算，所有单数介质层上表面均设有透明导电氧化物层，所有双数介质层上表面均设有硅层；所述硅波导层和各所述硅层均设有第一电极，各所述透明导电氧化物层均设有第二电极。

进一步地，所述硅波导层为脊型波导。

进一步地，所述介质层至少为两层。

进一步地，所述介质层由绝缘材料制成。

进一步地，所述绝缘材料包括氧化铪、氧化钛、氧化铝、硅氧化物、硅氮氧化物。

进一步地，所述透明导电氧化物层选用的材料包括铝掺杂氧化锌(AZO)、镓掺杂氧化锌(GZO)、锡铟氧化物(ITO)。

进一步地，所述介质层厚度为5～100nm。