电光设备及其制备方法技术

公开了一种电光设备。该电光设备包括：绝缘层，沉积于该绝缘层上方并掺杂有第一传导类型的掺杂原子的第一半导体区，沉积于该绝缘层上方并掺杂有第二传导类型的掺杂原子的第二半导体区，以及沉积于该绝缘层上方且位于该第一半导体区和第二半导体区之间的电光作用区。该电光作用区包括：掺杂有第一传导类型掺杂原子的第一半导体部分作用区，掺杂有第二传导类型掺杂原子的第二半导体部分作用区，以及位于该第一半导体部分作用区和第二半导体部分作用区之间的绝缘结构，其中，该绝缘结构垂直于该绝缘层的表面延伸，使得该第一半导体部分作用区与第二半导体部分作用区在垂直于该绝缘层的该表面的方向上不存在重叠。还公开了一种电光设备的制备方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术的实施例涉及电光设备领域。举例来说，本专利技术的实施例涉及一种电光调 制器及其制备方法。
技术介绍
近年来，硅基调制器受到相当多的关注。硅中的调制机制受自由载流子等离子体 分散效应(FCPD)的支配。当自由载流子的浓度变化致使折射率和消光系数或吸光系数相 应发生改变时，将发生所述FCPD效应，其导致相移。可以通过使用p-i-n 二极管或基于金 属氧化物半导体(MOS)电容器的设备结构改变自由载流子的浓度。pin提供高效的折射率变化并由此提供高的相位调制效率。尽管如此，由于其载流 子重组过程较长，其调制速度很难高于IGHz。相反地，MOS调制方式能够提供高的调制速度 和零直流功率。然而，在MOS的积累过程中，载流子聚集在栅介质附近很薄的区域内，例如， 大约为IOnm的薄层。因此，自由载流子光重叠很小，导致对于类似的施加的电场或功率，实 际折射率变化效率相对较低。当需要产生η相移来获得信号调制时，将需要较长的移相器 长度。关于使用p-i-n 二极管改变自由载流子浓度，Qianfan Xu等发表的 "Micrometre-scale silicon electro-optic modulator，，，Nature,卷 435,325-327 页， 2005公开了一种方案，该出版物公开了一种硅电光调制器。该调制器由一耦合到单波导的 环形谐振腔组成。其波导传输对信号波长高度敏感，并且在与整数个导波波长相对应的环 周长的波长处大大减少。通过调整该环形谐振腔的有效指数来改变共振波长，这引起了对 传输信号的强调制。因此，通过使用嵌入该环形谐振腔内的P-i-n结注入电子和空穴来对 该环形谐振腔的有效指数进行电调制。Fuwan Gan 等发表的“High-speed silicon electrooptic modulatordesign，，， IEEE Photonics Technology Letters，卷 17，No. 5，2005 年 5 月，1007-1009，公开了另 一种类似的使用P-i-n 二极管的方案。该出版物公开了一种基于高指数对比度分裂脊 (split-ridge)波导和集成p-i-n 二极管区的高速电子载流子注入调制器。该分裂脊波导 包括经由一薄的低指数层与一高指数板分离的高指数脊，由此结合了隐埋波导和脊波导的 优点。分裂该脊波导的指数层相当薄，使得其可以充当散热片为该波导的板部分提供较好 的散热。光学模式极好地沿水平方向限定于脊内，其大大减少了由于高掺杂的接触区域和 侧壁粗糙度所导致的损失。Ching Eng Png ^ ^ ^ 的 “Optical Phase Modulators for MHz andGHz Modulation in Silicon-On-Insulator(SOI)Journal of LightwaveTechnology,^ 22, No. 6，2004年6月，公开了又一种使用p-i-n 二极管的方案。该出版物公开了一种基于绝缘 体上覆硅(SOI)的材料的低损耗单模式光相位调制器。该调制器通过注入自由载流子改变 导向区域内的折射率来工作。已优化了本征区域内的被注入的自由载流子和传播的光学模 式之间的重叠，并且已应用了两个η+区结合为一个共阴极的特定的PIN器件几何结构。关于使用MOS电容器改变自由载流子的浓度，美国专利6，845，198公开了一种方案。该专利公开了一种基于形成具有第一电导性的栅极区以与第二传导类型本体区部分重 叠的、且具有插入并置于该栅极和本体区的连续部分之间的相对较薄的介电层的硅基电光 调制器。该调制器可以形成于SOI平台上，且具有形成于该SOI结构的相对较薄的硅表面 层中的本体区以及由相对较薄的硅层覆盖该SOI结构而形成的栅极区。控制该栅极和本体 区中的掺杂质以在该电介质上方和下方形成轻掺杂区，从而限定该设备的作用区。该光电 场本质上与该作用设备区内的自由载流子浓度区一致。调制信号的应用使得自由载流子同 时在该介质的两侧同步积累、损耗或反向，从而高速工作。Ansheng Liu ^ 1R ^ 白勺 “Scaling the Modulation Bandwidth andPhase Efficiency of a Silicon Optical Modulator", IEEE Journal ofselected topics in quantum electronics，卷11，No. 2，2005年3/4月，公开了一种使用MOS电容器的类似方 案。该出版物公开了一种基于包含MOS电容器的硅波导移相器的全硅光调制器。该出版物 公开了如下内容缩小波导尺寸以及减小栅氧化物层厚度能显著提高相位调制效率，因为 该MOS电容器的电压感应电荷层的光场增强了，而这又导致折射率的变化，并且由此因自 由载流子分散效应而改变了硅中的相位。Ling Liao 等发表的"Phase Modulation Efficiency and TransmissionLoss of Silicon Optical Phase Shifters", IEEE Journal of QuantumElectronics,^ 41,No. 2, 2005年2月，公开了另一种使用MOS电容器的方案。该出版物集中于分析基于MOS电容器 的波导移相器的相位调制效率和光损失。在该出版物中，总共构造了 9种使用多晶硅并且 其特征在于波长为1. 55μπι左右的设计方案。详细的设计参数对照显示，减小波导尺寸、将 电容器的栅极氧化物放置在光学模式中心附近以及减少氧化物厚度都显著提高了相位调 制效率。Xiaoguang Tu 等发表的"A High-performance Si-based MOSElectrooptic Phase Modulator With a Shunt-Capacitor Configuration", Journal of Lightwave Technology，卷24，No. 2，2006年2月，公开了又一种使用MOS电容器的方案。该出版物提 出通过引入两个介电层以及使用高封闭波导设计来加强光重叠。在长度为Icm的设备上加 压IV时，为实现180度或π相移，其Vji LJI品质因数近似为1. OVcm。该出版物公开了一 种包括集成于一个SOI波导上的两个旁路氧化物层电容器的新颖的硅基MOS电光相位调制 器。通过在该电极上施加正偏置而产生的自由载流子分散效应改变该两个栅极氧化物层附 近的折射率。已经完成了结合了光导模式传播特性的自由载流子分布的理论计算，并且分 析了诸如作用区的宽度和掺杂等级等结构参数的影响。K. E. Moselund 等发表的 “Compact gate-all-around silicon lightmodulator for ultra high speed operation”，Sensors and ActuatorsA130_131，220-227 页，2006 也通过提出一种全环栅极(GAA)亚微米级波导试图增强光重叠并且获得了 0. 45Vcm的 VjiLji。该出版物公幵了一种由被薄栅极氧化和多晶硅栅极包围本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电光设备，包括：绝缘层；沉积于所述绝缘层上方并掺杂有第一传导类型掺杂原子的第一半导体区；沉积于所述绝缘层上方并掺杂有第二传导类型掺杂原子的第二半导体区；沉积于所述绝缘层上方且位于所述第一半导体区和所述第二半导体区之间的电光作用区，所述电光作用区包括：掺杂有所述第一传导类型掺杂原子的第一半导体部分作用区；掺杂有所述第二传导类型掺杂原子的第二半导体部分作用区；位于所述第一半导体部分作用区和所述第二半导体部分作用区之间的绝缘结构，其中，所述绝缘结构垂直于所述绝缘层的表面延伸，使得所述第一半导体部分作用区和所述第二半导体部分作用区在垂直于所述绝缘层表面的方向上不存在重叠。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：郭强帕特里克罗，齐逊达里尔王，纬伊普洛，于明彬，宋军峰，
申请(专利权)人：新加坡科技研究局，
类型：发明
国别省市：SG[新加坡]