[发明专利]一种基于应变调控的锗硅耦合量子阱电致折射率调制器

说明书

本发明提出了一种基于应变调控的锗硅耦合量子阱电致折射率调制器，包括衬底层、缓冲层、下隔离层、耦合量子阱区、上隔离层、盖帽层和N电极，绝缘介质层、右侧P电极、左侧P电极，还包括两个刻蚀窗口、脊形波导结构和悬空微桥结构，其中，衬底层具有悬空区域；耦合量子阱区包括多对五层耦合量子阱；两个刻蚀窗口对于脊形波导结构呈轴对称分布，两个刻蚀窗口之间的缓冲层、脊形波导结构、N电极、右侧P电极和左侧P电极形成悬空微桥结构。综上，本发明能够将量子阱区光吸收带边及电致折射率变化峰值移动至主流光通信C波段处，同时实现更大的电致折射率变化，使得电致折射率调制器调制效率更高且更具有实用性。

技术领域

本发明涉及集成光子技术领域，尤其涉及一种基于应变调控的锗硅耦合量子阱电致折射率调制器。

背景技术

随着物联网和大数据等业务的快速增长，光通信和光互联已成为通信行业发展的大势所趋，其中集成光学领域得到了极大的关注和发展。硅基光电子与传统CMOS工艺兼容，已成为实现光电子器件集成的有利平台。锗硅量子阱材料作为集成光子学中的一种有源材料，有望实现多种光子器件的单片集成，已经得到了广泛的研究。调制器是通信领域至关重要的器件，实现与CMOS工艺兼容、低工作电压、低损耗且工作在主流光通信C波段处的硅基光调制器已成为重点研究方向。

公开号为CN109343237B的专利中公开了一种锗硅量子阱电致折射率调制器和集成光电子器件，其解决了现有技术在不加电压时发生耦合、耦合效果差、制备过程中难以控制速度的技术问题，但光调制器工作波长不在主流光通信C波段处，或者需要施加较大的应变才能调控吸收波长红移至C波段处，这些问题均提高了工艺的难度并且降低了器件的实用性。因此综合设计工作在C波段且应变结构更稳定的锗硅光调制器成为当下的关键问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种基于应变调控的锗硅耦合量子阱电致折射率调制器，能够将量子阱区光吸收带边及电致折射率变化峰值移动至主流光通信C波段处，同时实现更大的电致折射率变化，使得电致折射率调制器调制效率更高且更具有实用性。本发明的技术方案是这样实现的：

如图1所示，基于应变调控的锗硅耦合量子阱电致折射率调制器包括自下而上依次设置的衬底层101、缓冲层102、下隔离层103、耦合量子阱区104、上隔离层105、盖帽层106和N电极108，还包括绝缘介质层107、右侧P电极109、左侧P电极110，其中，缓冲层102、下隔离层103、耦合量子阱区104、上隔离层105和盖帽层106的外周包覆绝缘介质层107；N电极108穿透绝缘介质层107后，与盖帽层106电学接触；右侧P电极109和左侧P电极110均穿透绝缘介质层107后，与缓冲层102电学接触。

如图2所示，本发明提供的基于应变调控的锗硅耦合量子阱电致折射率调制器中，还包括两个刻蚀窗口111、脊形波导结构112、悬空微桥结构113和悬空区域114，其中，

缓冲层102上刻蚀形成刻蚀窗口111，刻蚀窗口111刻蚀至下方衬底层101；

如图1所示，衬底层101通过刻蚀窗口111各向同性湿法刻蚀形成悬空区域114；本发明中，悬空区域114的刻蚀长度a大于刻蚀窗口111的长度，且悬空区域114的刻蚀宽度(b方向上)大于两个刻蚀窗口111的宽度与悬空微桥结构113的宽度之和，悬空区域114刻蚀深度为20～70μm，使得悬空微桥结构113的底部完全悬空。

每个刻蚀窗口111在b方向上的宽度均为80-250μm。

耦合量子阱区104包括多对五层耦合量子阱；