[发明专利]一种中红外波段调制器及其制备方法

说明书

本公开提供了一种中红外波段调制器的制备方法，包括：步骤1：SOI衬底顶层硅(1)与N型InSb衬底(20)真空键合；步骤2：减薄N型InSb衬底(20)后刻蚀出脊形N型InSb结构(2)，该脊形N型InSb结构(2)包括中间的脊形和两侧的平板区；步骤3：将平板区转变为P型InSb结构(3)，或者，将凸出于平板区的脊形转变为P型InSb结构(3)，同时，使得在N型InSb结构(2)与P型InSb结构(3)之间形成中性区I区(4)；步骤4：对脊形一侧的平板区进行光刻腐蚀，保留另一侧的平板区；步骤5：制备钝化保护层(5)；步骤6：制备N电极(6)和P电极(7)。本公开还提供了一种中红外波段调制器。

技术领域

本公开涉及半导体器件技术领域，具体地，涉及一种中红外波段调制器及其制备方法。

背景技术

中红外(mid-IR)波长是硅光子学的一个重要领域，不仅用于传感应用，而且可以作为通信基础设施的并行通信窗口。当通信接近传统单模光纤(SMF)的理论容量极限时，与最佳单模光纤相比，空芯光子带隙光纤(HC-PBGF)具有更低的预测损耗和非线性，且其最低损耗计算值在中红外附近，这为通信开辟了一个新的波段。Milos和Soref指出，1-14μm波段覆盖了很多重要的化学生物分子的基本吸收特性，对于这一波段折射率及吸收系数的解析，可以拓展我们的应用到3-5μm和8-14μm的大气窗口。Soref预测，对于超快长距离或短距离光纤通信的收发模块，工作在中红外附近，需要用空芯光纤和光子能带技术，并提到了包括GeSn在内的材料系。现有技术中GeSn用于探测器已经有先例，但是用于调制器目前还只是理论设计阶段；另一种方法就是微环共振腔调制器(MRRM)，MRRM的光学带宽较窄。因此，长波调制器还有很大的发展空间。

对于混合集成III-V/Si调制器，国内外集中于1.3μm或1.55μm波段。本发明基于InSb或InAs等III-V族材料(其作为2-5μm波段探测器的主要材料)，设计了基于硅基光子集成平台上的中红外波段调制器，使其工作在中红外波长的同时，能实现与CMOS工艺兼容，具有较强的调制效应，并能用于中红外波段光子集成芯片上。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本公开提供了一种中红外波段调制器及其制备方法，至少解决以上技术问题。

(二)技术方案

本公开提供了一种中红外波段调制器的制备方法，包括：步骤1：将SOI衬底顶层硅与N型InSb衬底进行真空键合；步骤2：减薄所述N型InSb衬底，并对减薄后的所述N型InSb衬底进行光刻以腐蚀出脊形N型InSb结构，其中，所述脊形N型InSb结构包括中间的脊形和两侧的平板区；步骤3：将所述平板区转变为P型InSb结构，或者，将凸出于所述平板区的脊形转变为所述P型InSb结构，同时，在所述N型InSb结构与P型InSb结构之间形成有中性区I区；步骤4：对所述脊形一侧的平板区进行刻蚀，保留另一侧的平板区；步骤5：在所述SOI衬底顶层硅、N型InSb结构、P型InSb结构和中性区I区的表面形成钝化保护层，或者在所述SOI衬底顶层硅、N型InSb结构和P型InSb结构的表面形成钝化保护层；步骤6：分别在所述N型InSb结构和P型InSb结构上制备N电极和P电极。

可选地，在减薄后的所述N型InSb衬底上生长SiO₂薄膜或Si₃N₄薄膜，并甩胶进行光刻。

可选地，所述步骤2中生长的SiO₂薄膜或Si₃N₄薄膜的厚度为300-500nm。

可选地，所述脊形N型InSb结构脊形的宽度为5-8μm，所述脊形N型InSb结构平板区的高度为5-8μm，所述脊形N型InSb结构脊形与平板区之间的高度差为7-10μm。