一种硅基电光调制器及其slab区掺杂浓度的设置方法技术

本发明专利技术涉及一种硅基电光调制器slab区掺杂浓度的设置方法，设置相对接的P区和N区，形成PN结，设置P型slab轻掺杂区和N型slab轻掺杂区，P型slab轻掺杂区连接于P区，N型slab轻掺杂区连接于N区。P区的主要载流子为空穴，空穴总量为P

A silicon-based electro-optic modulator and a method for setting the doping concentration in its slab region

【技术实现步骤摘要】
一种硅基电光调制器及其slab区掺杂浓度的设置方法


[0001]本专利技术涉及光电信息中的电光调制器领域，具体为一种根据载流子的饱和迁移率不同而设置掺杂浓度不同的电光调制器。该调制器解决了电子和空穴迁移率不同导致的p掺杂区和n掺杂区载流子迁移时间不匹配的问题。

技术介绍

[0002]随着物联网的迅猛发展，光纤通信系统作为物联网的重要依托，其发展受到更多的重视。在长途骨干网领域，随着光传输技术的成熟和发展，世界范围内出现了干线传输网络的建设热潮，传输带宽、传输容量技术快速发展。
[0003]随着光纤通信系统的发展，光器件的发展也同样面临着机遇和挑战，如何开发出性能优良、价格低廉的光器件已经成为人们所面临的首要问题。硅基光电子器件具有易于集成、工艺成本低等优点，近些年来引起研究人员的广泛关注。硅材料作为微电子领域的传统材料，在加工工艺和制作成本上有着其他材料无可比拟的优势，硅基光电子集成技术应运而生。作为硅基光电集成技术中的重要的代表元件之一的电光调制器，它的作用就是把电信号加到光载波上，将电信号转变为光信号。硅基电光调制器经过十几年的发展，在结构上不断优化，性能进一步提高。
[0004]硅电光调制器的主要结构为PN结，根据其工作方式不同主要分为载流子注入式和载流子耗尽式两种结构。对于两种结构的电光调制器而言，载流子都是通过电极
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slab轻掺杂区进行输运的。对于p区和n区来说，具有相同的电极设置。然而，p区的主要载流子为空穴，n区的主要载流子为电子，电子和空穴具有不同的迁移率。电子和空穴迁移率不同导致p掺杂区和n掺杂区载流子迁移时间不匹配，减小了带宽。

技术实现思路

[0005]对于现有硅电光调制器存在的电子和空穴迁移率不同导致p掺杂区和n掺杂区载流子迁移时间不匹配，导致插损和影响带宽的问题，本专利技术的目的是提出一种通过调整p掺杂区和n掺杂区的相对掺杂浓度来解决该问题，本专利技术所采取的方案具体如下。
[0006]一种硅基电光调制器slab区掺杂浓度的设置方法，设置相对接的P区和N区，形成PN结，设置P型slab轻掺杂区和N型slab轻掺杂区，所述P型slab轻掺杂区连接于所述P区，所述N型slab轻掺杂区连接于所述N区。
[0007]所述P区的主要载流子为空穴，P区的主要载流子总量P
T
为P区的体积与P区的掺杂浓度之积；所述N区的主要载流子为电子，N区的主要载流子总量N
T
为N区的体积与N区的掺杂浓度之积。
[0008]P区的主要载流子的单位时间的迁移量P
t
为空穴的迁移率和P型slab轻掺杂区的掺杂浓度之积；N区的主要载流子的单位时间的迁移量N
t
为电子的迁移率和N型slab轻掺杂区的掺杂浓度之积。
[0009]按照P区的主要载流子的迁移总时间P
T
/P
t
和N区的主要载流子的迁移总时间N
T
/N
t
相等来设置P型slab轻掺杂区和N型slab轻掺杂区的掺杂浓度。
[0010]作为该硅基电光调制器slab区掺杂浓度的设置方法的进一步改进，设置P区的体积等于N区的体积，设置P区的掺杂浓度等于N区的掺杂浓度，使得P区的主要载流子总量P
T
等于N区的主要载流子总量N
T
，则P
t
＝N
t
，按照空穴和电子的迁移率的反比来设置P型slab轻掺杂区和N型slab轻掺杂区的掺杂浓度。
[0011]作为该硅基电光调制器slab区掺杂浓度的设置方法的进一步改进，根据在硅材料中，电子的迁移率为空穴的2.8倍，设置P型slab轻掺杂区的掺杂浓度为N型slab轻掺杂区的掺杂浓度的2.8倍。
[0012]作为该硅基电光调制器slab区掺杂浓度的设置方法的进一步改进，所述P区和所述P型slab轻掺杂区的掺杂元素均为硼；所述N区和所述N型slab轻掺杂区的掺杂元素均为磷。
[0013]本专利技术还提出一种硅基电光调制器，根据以上所述的设置方法制备得到。所述硅基电光调制器包括所述P区、所述P型slab轻掺杂区、所述N区和所述N型slab轻掺杂区，还包括P型重掺杂区和N型重掺杂区，所述P型重掺杂区连接于所述P型slab轻掺杂区，所述N型重掺杂区连接于所述N型slab轻掺杂区。
[0014]作为该硅基电光调制器的进一步改进，所述硅基电光调制器还包括两个电极，第一个电极连接所述P型重掺杂区，第二个电极连接所述N型重掺杂区。
[0015]作为该硅基电光调制器的进一步改进，所述硅基电光调制器还包括硅基保护层，所述P区和N区设置在所述硅基保护层之中；所述第一个电极远离所述P型重掺杂区的一端裸露在所述硅基保护层之外；所述第二个电极远离所述N型重掺杂区的一端裸露在所述硅基保护层之外。
[0016]作为该硅基电光调制器的进一步改进，两个所述电极为长度相等的长条形；所述P区和N区也为长度相等的长条形；所述电极的长度和所述P区和N区的长度相等。
[0017]作为该硅基电光调制器的进一步改进，所述P区和所述N区的截面均为L形，并且呈背靠背方式对接。
[0018]作为该硅基电光调制器的进一步改进，两个电极的材质均为铝。
[0019]本专利技术的有益效果是：在电光调制器中，P区的主要载流子为空穴，N区的主要载流子为电子，电子和空穴具有不同的迁移率。硅中电子的迁移率为1350cm2/(Vs)，而空穴的迁移率仅为480cm2/(Vs)，电子的迁移率约为空穴的2.8倍，载流子的传输时间往往是由空穴的载流子传输时间所决定的，按照P区的主要载流子的迁移总时间P
T
/P
t
和N区的主要载流子的迁移总时间N
T
/N
t
相等来设置P型slab轻掺杂区和N型slab轻掺杂区的掺杂浓度，能提高N区和P区载流子浓度的匹配度。现有的电光调制器的P型slab轻掺杂区的电流一般较小，本专利技术能提高P型slab轻掺杂区的电流，提高PN结的充放电时间，增大带宽，减小光场的模式失真，解决了电子和空穴迁移率不同导致的P型slab轻掺杂区和N型slab轻掺杂区载流子迁移时间不匹配的问题。
附图说明
[0020]图1为一种实施方式的硅基电光调制器的截面图。
[0021]附图标记：P区1、N区2、P型slab轻掺杂区3、N型slab轻掺杂区4、P型重掺杂区5、N型
重掺杂区6、电极7、硅基保护层8。
具体实施方式
[0022]以下结合附图和实施方式对本专利技术的硅基电光调制器及其slab区掺杂浓度的设置方法进行详细说明。
[0023]请参阅图1，一种硅基电光调制器slab区掺杂浓度的设置方法，设置相对接的P区1和N区2，形成PN结，并设置P型slab轻掺杂区3和N型slab轻掺杂区4，所述P型slab轻掺杂区3连接于所述P区1，所述N型slab轻掺杂区4连接于所述N区2。P本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硅基电光调制器slab区掺杂浓度的设置方法，其特征在于：设置相对接的P区和N区，形成PN结，设置P型slab轻掺杂区和N型slab轻掺杂区，所述P型slab轻掺杂区连接于所述P区，所述N型slab轻掺杂区连接于所述N区；所述P区的主要载流子为空穴，P区的主要载流子总量P
T
为P区的体积与P区的掺杂浓度之积；所述N区的主要载流子为电子，N区的主要载流子总量N
T
为N区的体积与N区的掺杂浓度之积；P区的主要载流子的单位时间的迁移量P
t
为空穴的迁移率和P型slab轻掺杂区的掺杂浓度之积；N区的主要载流子的单位时间的迁移量N
t
为电子的迁移率和N型slab轻掺杂区的掺杂浓度之积；按照P区的主要载流子的迁移总时间P
T
/P
t
和N区的主要载流子的迁移总时间N
T
/N
t
相等来设置P型slab轻掺杂区和N型slab轻掺杂区的掺杂浓度。2.根据权利要求1所述的硅基电光调制器slab区掺杂浓度的设置方法，其特征在于：设置P区的体积等于N区的体积，设置P区的掺杂浓度等于N区的掺杂浓度，使得P区的主要载流子总量P
T
等于N区的主要载流子总量N
T
，则P
t
＝N
t
，按照空穴和电子的迁移率的反比来设置P型slab轻掺杂区和N型slab轻掺杂区的掺杂浓度。3.根据权利要求2所述的硅基电光调制器slab区掺杂浓...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔积适，
申请(专利权)人：三明学院，
类型：发明
国别省市：