[发明专利]一种高速硅光调制器相移臂及其制备方法

说明书

本发明涉及光通信领域，提供了一种高速硅光调制器相移臂及其制备方法，高速硅光调制器相移臂包括：脊型波导；P型掺杂区和N型掺杂区分别位于所述脊型波导的两侧；P型掺杂区包括P型重掺区和P型轻掺区；所述P型重掺区位于所述脊型波导的边界区域，所述P型轻掺区位于所述脊型波导的核心区域；N型掺杂区包括N型重掺区和N型轻掺区；所述N型重掺区位于所述脊型波导的边界区域，所述N型轻掺区位于所述脊型波导的核心区域；本发明通过在脊型波导内光场相对较弱的边界区域进行较高浓度的离子掺杂，在脊型波导内光场相对较强的核心区域进行较低浓度的离子掺杂，使得在提高硅光调制器带宽的同时，不会引起光学损耗较大幅度的增加。

技术领域

本发明涉及光通信领域，尤其涉及一种高速硅光调制器相移臂及其制备方法。

背景技术

在光通信系统中，光发射单元是必不可少的部分，其中光调制器是电信号和光信号转换的核心单元。目前，光调制器基于三大类功能材料，铌酸锂，ⅢⅤ族复合半导体，硅材料。从调制器性能上，特别是光电带宽以及光学损耗等指标，铌酸锂和ⅢⅤ族复合半导体材料会明显优于硅材料，但是由于硅材料更加适合大批量生产，功能集成化，以及后续的封装的特点，硅光调制器的性能提升可以带来更大经济收益。

硅光调制器的核性光学部件是高速电光相移臂，其决定了硅光调制器的光学损耗，带宽以及半波电压。高速电光相移臂的主要工作原理是在脊型波导上形成PN结或PIN结，通过改变PN结或PIN结的反向偏压，来改变波导区域的载流子浓度，从而改变硅波导的折射率，进而改变光经过光波导的光学相位。

硅光调制器基于的物理原理是载流子色散，也就是说通过控制硅半导体中的载流子浓度，来改变硅材料的折射率和光学损耗。硅光调制器基于的主要物理结构是PN结或PIN结，因此PN结或PIN结中的掺杂浓度就决定了硅光调制器的基本性能，通常来说PN结或PIN结的掺杂浓度越高，PN结或PIN结的响应会越块，因为高的掺杂浓度可以降低PN结或PIN结的内部电阻，提高硅光调制器的带宽，然而，提高PN结或PIN结的掺杂浓度会会引起更多的光学损耗，而光学损耗决定于掺杂浓度和光场强度的乘积；因此，需要新的方法和技术来消除或者缓解硅光调制器的带宽和光损耗设计矛盾的问题。

鉴于此，克服现有技术所存在的缺陷是本技术领域亟待解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：

硅光调制器的基本性能主要取决于PN结或PIN结，通常来说PN结或PIN结的掺杂浓度越高，PN结或PIN结的响应会越块，因为高的掺杂浓度可以降低PN结或PIN结的内部电阻，提高硅光调制器的带宽；然而，由于光学损耗决定于掺杂浓度和光场强度的乘积，若在脊型波导内光场较强的区域提高PN结或PIN结的掺杂浓度，会引起光学损耗较大幅度的增加。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种高速硅光调制器相移臂，包括：脊型波导；P型掺杂区和N型掺杂区分别位于所述脊型波导的两侧；

P型掺杂区包括P型重掺区和P型轻掺区；所述P型重掺区位于所述脊型波导的边界区域，所述P型轻掺区位于所述脊型波导的核心区域；

N型掺杂区包括N型重掺区和N型轻掺区；所述N型重掺区位于所述脊型波导的边界区域，所述N型轻掺区位于所述脊型波导的核心区域。

优选地，所述P型重掺区包括第一P型重掺区、第二P型重掺区和第三P型重掺区；所述N型重掺区包括第一N型重掺区、第二N型重掺区和第三N型重掺区；

所述第一P型重掺区位于所述P型轻掺区远离所述N型掺杂区的一侧，所述第二P型重掺区和所述第三P型重掺区分别位于所述P型轻掺区的顶部和底部；

所述第一N型重掺区位于所述N型轻掺区远离所述P型掺杂区的一侧，所述第二N型重掺区和所述第三N型重掺区分别位于所述N型轻掺区的顶部和底部。