硅基光調制器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種半導體技術領域，特別是涉及一種硅基光調制器。
【背景技術】
[0002]硅基光調制器是片上光邏輯、光互聯和光處理器的核心器件之一，用于將射頻電信號轉化為高速光信號。它可以與激光器、探測器和其他波分復用器件構成一個完整的功能性網絡。近年來，通過大量的技術手段，硅基調制器已經在多種硅基、混合硅基、兼容硅基材料上面實現，包括絕緣體上硅(SOI)材料、SOI與三五族化合物混合材料、應變硅材料等。其中，由于在SOI材料上制作的基于等離子體色散效應的硅基調制器其制造工藝與現有電子工業中使用的CMOS工藝可完全兼容，為低成本，大批量的生產提供了可能性，受到業界的廣泛關注。
[0003]基于等離子體色散效應的硅基調制器分為三種，分別利用了經過離子注入后的SOI脊型波導中載流子的積聚、注入和耗盡效應。在這三種之中，工作于反偏電壓下的耗盡型調制器被公認為是能夠提供最快調制速率的解決方案之一。所述耗盡型調制器的工作原理為:在SOI脊型波導中形成PN結，所述PN結被施加反偏電壓后，載流子會向兩邊移動，在PN結交界面上面形成一個耗盡區。由于硅材料的折射率與載流子濃度有關，所以在上述過程中，脊型波導的折射率會發生變化。如果將這樣的SOI脊型波導做成馬赫曾德爾干涉儀或者微環諧振器，由于折射率的變化會導致光譜發生變化，故若在所述PN結兩端施加一個高速變化的電信號，那么光譜也會隨電信號的變化而快速變化，尤其是在工作波長處的光功率也發生了快速變化，實際上就發生了電信號到光信號的轉變，完成了調制。
[0004]其中，由于相同濃度的電子和空穴對折射率的改變不一致，以及在脊型波導中模場的分布不均勻，導致PN結分界面的位置很重要，這影響到在一定電壓情況下，光譜能否發生較多的位移(即有著較高的調制效率)。但是傳統的PN結結構對離子注入的對準十分嚴格，幾十個納米的偏差就會引起硅基調制器性能的極大劣化。因此在脊型波導上設計一種工藝容差大，同時能夠極大地改變模場折射率的PN結結構是當前開發的重點。
【發明內容】
[0005]鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種硅基光調制器，用于解決現有技術中硅基光調制器的脊型波導上PN結對工藝容差較小的問題。
[0006]為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種硅基光調制器，所述硅基調制器至少包括:
[0007]脊型波導，所述脊型波導包括平板部和位于所述平板部中間的凸條，所述凸條高于所述平板部；
[0008]所述脊型波導中形成有第一輕摻雜區和第二輕摻雜區，所述第一輕摻雜區形成于所述凸條中間，且沿所述凸條的延伸方向延伸；所述第二輕摻雜區形成于所述第一輕摻雜區兩側的凸條中和與所述凸條兩側相連的平板部中；
[0009]所述第一輕摻雜區和所述第二輕摻雜區的摻雜類型相反。
[0010]優選地，所述第一輕摻雜區的寬度為10nm?250nm。
[0011]優選地，所述第一輕摻雜區和所述第二輕摻雜區以與所述凸條的延伸方向平行的所述凸條的中線成軸對稱。
[0012]優選地，所述脊型波導中，所述平板區的高度為50nm?200nm，所述凸條的高度為220nm?340nm,所述凸條的寬度為300nm?700nm。
[0013]優選地，所述平板部中還包括第一重摻雜區、第二重摻雜區和第三輕摻雜區；
[0014]其中，所述第一重摻雜區分別形成于所述第二輕摻雜區的兩外側，其中一第一重摻雜區的外側形成有所述第二重摻雜區；
[0015]所述第三輕摻雜區為至少一個并排的長條型區域，每一所述第三輕摻雜區的一端連接所述第一輕摻雜區，另一端連接所述第二重摻雜區；
[0016]所述第一重摻雜區與所述第二輕摻雜區的摻雜類型相同；所述第二重摻雜區的摻雜類型、第三輕摻雜區和所述第一輕摻雜區的摻雜類型相同；
[0017]所述第一重摻雜區和第二重摻雜區中還形成有通孔，所述通孔中填充有金屬電極，所述處于第一重摻雜區中的金屬電極連接在一起，所述處于第二重摻雜區的金屬電極連接在一起。
[0018]優選地，每兩相鄰的所述第三輕摻雜區之間形成有一金屬電極。
[0019]優選地，所述第一重摻雜區與所述凸條相對的兩邊界的間距為I μ m?2 μ m。
[0020]優選地,與所述第二重摻雜區緊鄰的所述第一重摻雜區的寬度為Ιμπι?ΙΟμπι,另一所述第一重摻雜區的寬度為Ιμπι?50 μ m,所述第二重摻雜區的寬度為Ιμπι?50 μ m0
[0021]優選地，所述第一輕摻雜區的摻雜類型為P型。
[0022]優選地，所述第一輕摻雜區中摻雜濃度為I X 117Cm 3至5 X 118Cm 3，所述第二輕摻雜區中摻雜濃度為I X 117Cm 3至5X 118Cm 3，所述第一重摻雜區中摻雜濃度為IXlO19Cm3至5X 120Cm 3，所述第二重摻雜區中摻雜濃度為IX 119Cm 3至5X 120Cm 3。
[0023]如上所述，本發明的技術方案中提供的硅基光調制器，具有以下有益效果:
[0024]在脊型波導的凸條中由第一輕摻雜區和第二輕摻雜區形成兩個背對背的PN結，在硅基光調制器工作時可以形成兩個耗盡區，如果離子注入對準偏左的話，右側的PN結比較靠近最優值的地方，如果離子注入偏右的話，左側的PN結會彌補，這樣解決離子注入對準誤差的問題；并且，兩個PN結構的耗盡區的面積將大于一個PN結設計的耗盡區面積，提高了硅基光調制器的調制效率。
【附圖說明】
[0025]圖1和圖2顯示為本發明提供的硅基光調制器的結構示意圖。
[0026]元件標號說明
[0027]400脊型波導
[0028]50平板部
[0029]70凸條
[0030]Hl高度
[0031]H2高度
[0032]LI寬度
[0033]L2寬度
[0034]Wl寬度
[0035]W2間距
[0036]W3寬度
[0037]W4間距
[0038]W5寬度
[0039]W6寬度
[0040]100無摻雜區
[0041]111縱向第一輕摻雜區
[0042]112橫向第一輕摻雜區
[0043]211,212第二輕摻雜區
[0044]221、222第一重摻雜區
[0045]123第二重摻雜區
[0046]300金屬電極
【具體實施方式】
[0047]以下由特定的具體實施例說明本發明的實施方式，熟悉此技術的人士可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本發明的其他優點及功效。
[0048]請參閱圖1至圖2。須知，本說明書所附圖式所繪示的結構、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示的內容，以供熟悉此技術的人士了解與閱讀，并非用以限定本發明可實施的限定條件，故不具技術上的實質意義，任何結構的修飾、比例關系的改變或大小的調整，在不影響本發明所能產生的功效及所能達成的目的下，均應仍落在本發明所揭示的技術內容得能涵蓋的范圍內。同時，本說明書中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中間”及“一”等的用語，亦僅為便于敘述的明了，而非用以限定本發明可實施的范圍，其相對關系的改變或調整，在無實質變更技術內容下，當亦視為本發明可實施的范疇。
[0049]本發明提供的技術方案中，在脊型波導中形成兩個背靠背的PN結構，工作時候可以形成兩個耗盡區。工作中，兩個PN結構的耗盡區的面積將大于普通PN結設計的耗盡區面積，于是利用在脊型波導中形成兩個PN結來解決離子注入對準誤差的問題，提高了硅基光調制器的調制效率。
[0050]具體如圖1所示，本發明提供一種硅基光調制器，包括脊型波導400，所述脊型波導400包括平板部50和位于所述平板部50中間的凸條70，所述凸條70高于所述平板部50。
[0051]本實施例中，所述脊型波導400形成在SOI襯底的頂層硅中(未圖示)，所述脊型波導400周圍還有其它的低折射率材料包圍。具體可以為，所述脊型波導400的下面為SOI襯底的埋氧層，所述脊型波導400的上面為二氧化硅包層。
[0052]本實施例中的脊型波導400中，由于所述脊型波導400的材質為硅，下面或者上面包圍所述脊型波導400的材質為二氧化硅。硅折射率比二氧化硅的折射率大，所以，在工作的時候，需要傳輸的電磁波(光)就沿著所述脊型波導400中凸條70的延伸方向傳播。確定了所述脊型波導中各部分的尺寸，根據麥克斯韋方程組、邊界條件還有光波導具體的尺寸，可以解出可以在所述脊型波導400中傳播的電磁波(光)電磁場的具體情況(包括電場和磁場強度，方向，速度，衰減等)。
[0053]具體的，本實施例中，平板部50的高度Hl為50nm?200nm，所述脊型波導400的高度(所述凸條70的高度)H2為220nm?340nm，所述凸條70的寬度LI為300nm?700nm，所述波導寬度L2為450nm?600nm。具體的,本實施例中，平板部50的高度Hl為50nm?200nm,所述脊型波導400的高度(所述凸條70的高度)為H2為220nm?340nm，所述凸條70的寬度LI為300nm?700nm，所述波導寬度L2為450nm?600nm。
[0054]另外，在所述脊型波導400中還形成多個摻雜區。所述摻雜區通過多次離子注入形成。具體的，所述脊型波導中形成有第一輕摻雜區111和第二輕摻雜區211、212，所述第一輕摻雜區111形成于所述凸條70的中間，且沿所述凸條70的延伸方向延伸；所述第二輕摻雜區211、212形成于所述第一輕摻雜區111兩側的凸條70中和與所述凸條70兩側相連的平板部50中；所述第一輕摻雜區111和所述第二輕摻雜區211、212的摻雜類型相反。
[0055]本實施例中，所述硅基調制器的原理為:PN結兩端的電壓改變會引起PN結的耗盡區寬度的改變，而PN結的耗盡區寬度的改變可以引起波導的折射率分布改變，波導的折射率分布改變可以引起該波導支持的傳播模式發生改變，進而導致模場的有效折射率發生改變，從而實現了調制器的電光調制的功能。
[0056]其中，電磁波的模場是指在所述脊型波導400中，傳播的電磁波(光)電磁場強度的空間分布。在所述脊型波導400中，有些地方所述電磁波的模場的強度大，有些地方所述電磁波的模場的強度弱。具體的，本實施例中，在所述脊型波導40