电光调制器及其制作方法技术

本发明专利技术提供一种电光调制器及其制作方法，属于光通信技术领域，包括：衬底；下包层，所述下包层设置在所述衬底之上；第一电极，所述第一电极设置在所述下包层一侧之上；波导，所述波导设置在所述下包层另一侧之上，所述波导的高度大于所述第一电极的高度；第二电极，所述第二电极设置在所述波导远离所述第一电极的一侧之上；上包层，所述上包层设置在所述第一电极、波导和第二电极之上。本发明专利技术在电极对波导不带来额外吸收损耗的情况下，可以使两电极的横向距离更近，增强波导内部的电场，提高调制效率。制效率。制效率。

【技术实现步骤摘要】
电光调制器及其制作方法


[0001]本专利技术涉及光通信
，尤其涉及一种电光调制器及其制作方法。

技术介绍

[0002]由于铌酸锂（Lithium Niobate，LN）具有极其优异的电光特性，在光调制方面具有重要作用，是通信领域中高速调制器的首选材料。光波在光学器件中传输需要波导芯层和包层间存在折射率差，折射率差越大，对光场的约束能力越强。早期传统LN 器件都基于体LN 衬底，其波导结构通过Ti离子扩散或者质子交换的方式制造，掺杂之后的区域使折射率产生微弱改变（小于0.01）。这种形式的波导结构折射率差小，对光场的限制能力弱，波导中模斑尺寸大（大于2μm），弯曲半径大（大于10mm）。由于体 LN 的器件尺寸大，难以做到高度集成化。
[0003]绝缘体上薄膜铌酸锂（Lithium Niobate on Insulator，LNOI）解决了传统体LN器件尺寸过大的问题。LNOI 保留了传统LN 材料在电光、声光和非线性效应等方面的极大优势，同时相对于传统体 LN 器件具有更高的性能，更小的尺寸，可实现高质量、高集成的电光调制。由于LNOI采用刻蚀的方式制作波导结构，光强限制能力更强。应用在调制器时，电极可以离波导距离很近，LNOI相对于传统的体LN器件具有更高的调制效率。
[0004]目前，LNOI电光调制器主流的设计采用图1所示结构，从下到上依次为衬底1、下包层2、波导3、第一电极4、第二电极5和上包层6。其中，第一电极4和第二电极5对称分布在波导3两侧，位于同一平面，两电极之间的距离一般为4至7um。基于该结构制作的push
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pull工作模式的电光调制器调制效率Vπ
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L一般大于2V
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cm。为了获得更高的调制效率，两电极之间的距离需要减小，以获得更高的电场和光场的重叠积分。但是进一步降低两电极之间距离时，电极对波导的吸收损耗会迅速增加，如图2所示。图2中对于LN总厚度600nm，宽度1000nm，刻蚀深度300nm的单模波导结构，电极之间的水平距离Gap需要大于5.2μm，金属电极对波导的吸收损耗Loss才降低到0.1dB/cm。因此，进一步提升薄膜铌酸锂电光调制器的调制效率是一项技术挑战。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种电光调制器及其制作方法。
[0006]本专利技术提供一种电光调制器，包括：衬底；下包层，所述下包层设置在所述衬底之上；第一电极，所述第一电极设置在所述下包层一侧之上；波导，所述波导设置在所述下包层另一侧之上，所述波导的高度大于所述第一电极的高度；第二电极，所述第二电极设置在所述波导远离所述第一电极的一侧之上；上包层，所述上包层设置在所述第一电极、波导和第二电极之上。
[0007]根据本专利技术提供的一种电光调制器，所述上包层包括第一上包层和第二上包层；所述第一上包层设置在所述第一电极和所述波导之上；所述第二电极设置在所述第一上包层远离所述第一电极的一侧之上；所述第二上包层设置在所述第二电极之上。
[0008]根据本专利技术提供的一种电光调制器，所述波导为非对称脊型波导，所述波导一侧的部分平板刻蚀掉，所述波导一侧靠近所述第一电极一侧的平板刻蚀掉。
[0009]根据本专利技术提供的一种电光调制器，所述波导采用X切薄膜铌酸锂材料，所述波导的厚度为300nm至800nm。
[0010]根据本专利技术提供的一种电光调制器，所述第一电极和所述第二电极之间的水平间距为2.5um至4um。
[0011]根据本专利技术提供的一种电光调制器，所述第一电极与所述波导之间的高度差为0.5um至2um，所述第二电极与所述波导之间的高度差为0.5um至2um。
[0012]根据本专利技术提供的一种电光调制器，所述第一电极用于施加电压，所述第二电极用于接地；或者所述第一电极用于接地，所述第二电极用于施加电压；所述第一电极的厚度和所述第二电极的厚度为0.6um至1.5um。
[0013]根据本专利技术提供的一种电光调制器，所述下包层为氧化硅埋氧层，所述氧化硅埋氧层的厚度为2um至5um。
[0014]根据本专利技术提供的一种电光调制器，所述上包层为氧化硅层，所述氧化硅层的厚度为800nm至3um。
[0015]本专利技术还提供一种电光调制器制作方法，包括：对薄膜铌酸锂进行清洗，在清洗后的所述薄膜铌酸锂之上沉积第一硬掩膜，所述薄膜铌酸锂从上到下依次为铌酸锂、下包层和衬底；光刻并刻蚀所述第一硬掩膜，并刻蚀所述第一硬掩膜之下的铌酸锂，形成波导；在所述波导之上沉积第二硬掩膜，光刻并刻蚀所述第二硬掩膜的一侧，并刻蚀所述一侧之下的铌酸锂和下包层，腐蚀去除剩余的所述第二硬掩膜；在刻蚀后的所述下包层之上制作第一电极，在所述波导之上制作第二电极；在所述第一电极、波导和第二电极之上沉积上包层。
[0016]根据本专利技术提供的一种电光调制器制作方法，所述上包层包括第一上包层和第二上包层；所述在所述第一电极、波导和第二电极之上沉积上包层的步骤包括：在所述第一电极和所述波导之上沉积第一上包层；在所述第一上包层远离所述第一电极的一侧之上制作第二电极；在所述第二电极之上沉积第二上包层。
[0017]本专利技术提供的电光调制器及其制作方法，通过设置两电极在纵向上不在同一平面，相对于波导中心存在纵向偏移量，呈对角结构，在电极对波导不带来额外吸收损耗的情况下，可以使两电极的横向（Z方向）距离更近，增强波导内部的电场，提高调制效率。
附图说明
[0018]为了更清楚地说明本专利技术或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0019]图1是现有技术提供的电光调制器结构示意图；图2是现有技术提供的电光调制器中金属电极对波导的吸收损耗和电极间距离的关系曲线；图3是本专利技术提供的电光调制器结构意图之一；图4是本专利技术提供的电光调制器结构意图之二；图5是本专利技术提供的电光调制器中电极横向间距和吸收损耗的关系；图6是本专利技术提供的电光调制器制作方法的流程示意图。
[0020]附图标记：1：衬底；2：下包层；3：波导；4：第一电极；5：第二电极；6：上包层；61：第一上包层；62：第二上包层。
具体实施方式
[0021]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术中的附图，对本专利技术中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0022]下面结合图3描述本专利技术的一种电光调制器，包括：衬底1；可选地，衬底1为硅或石英。衬底1用于承载芯片受力，保证芯片的转移加工。
[0023]下包层2，所述下包层2设置在所述衬底1之上；第一电极本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电光调制器，其特征在于，包括：衬底；下包层，所述下包层设置在所述衬底之上；第一电极，所述第一电极设置在所述下包层一侧之上；波导，所述波导设置在所述下包层另一侧之上，所述波导的高度大于所述第一电极的高度；第二电极，所述第二电极设置在所述波导远离所述第一电极的一侧之上；上包层，所述上包层设置在所述第一电极、波导和第二电极之上。2.根据权利要求1所述的电光调制器，其特征在于，所述上包层包括第一上包层和第二上包层；所述第一上包层设置在所述第一电极和所述波导之上；所述第二电极设置在所述第一上包层远离所述第一电极的一侧之上；所述第二上包层设置在所述第二电极之上。3.根据权利要求1所述的电光调制器，其特征在于，所述波导采用X切薄膜铌酸锂材料，所述波导的厚度为300nm至800nm。4.根据权利要求1所述的电光调制器，其特征在于，所述第一电极和所述第二电极之间的水平间距为2.5um至4um。5.根据权利要求1所述的电光调制器，其特征在于，所述第一电极与所述波导之间的高度差为0.5um至2um，所述第二电极与所述波导之间的高度差为0.5um至2um。6.根据权利要求1
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5任一所述的电光调制器，其特征在于，所述第一电极用于施加电压，所述第二电极用于接地；或者所述第一电极用于接地，所述第二电极用于施加电压；所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：张磊，常林，隋军，
申请(专利权)人：中科鑫通微电子技术北京有限公司，
类型：发明
国别省市：