本發明屬于半導體,涉及一種具有橫向電容結構的硅調制器。
背景技術:
1、硅基光電子設備是指采用硅作為光波導的光電子設備。硅基光電子設備在近紅外波段透明,在光纖通信系統中有重要應用。由于硅通常用作集成電路的基板,所以硅基光電子可以在單個芯片上集成光學和電子器件。這種混合型設備可以采用現有的半導體制造技術來制造,可以提供芯片間及芯片內更快數據傳輸的光學互連。因此,增加了人們對硅基光電子的興趣。
2、硅調制器在光纖通信系統中負責把電信號加載到光域,是影響系統帶寬、能耗和信號完整性的核心器件。基于等離子體色散效應的硅調制器利用載流子在pn結區的充放電實現高速調制,但是pn結的串聯電阻限制了pn結的充放電速度,導致硅調制器的帶寬不高,需要相應的技術進行改進。
技術實現思路
1、有鑒于此,本發明的目的在于提供一種具有橫向電容結構的硅調制器,解決現有技術中需提高硅調制器帶寬的問題。
2、為達到上述目的,本發明提供如下技術方案:
3、一種具有橫向電容結構的硅調制器,包括襯底3、介質層2、脊型波導10、電容介質層20、第一透明電極108、第二透明電極101、第一接觸金屬130、第二接觸金屬131、第三接觸金屬132、第四接觸金屬133和上包層4。
4、所述介質層2設置在襯底3上。
5、所述脊型波導10設置在介質層2上;所述脊型波導10包括一個pn結、p+區106、p++區107、n+區103和n++區104;所述pn結包括一個p摻雜區105和一個與其右側相鄰的n摻雜區102;所述p+區106右側與p摻雜區105左側下半部分相鄰;所述p++區107右側與p+區106左側相鄰;所述n+區103左側與n摻雜區102右側下半部分相鄰;所述n++區104左側與n+區103右側相鄰。
6、所述電容介質層20設置在脊型波導10上。
7、所述第一透明電極108設置在電容介質層20的左側上方,所述第一透明電極108與電容介質層20、p摻雜區105、p+區106和p++區107形成p區橫向電容結構;所述第二透明電極101設置在電容介質層20的右側上方,所述第二透明電極101與電容介質層20、n摻雜區102、n+區103和n++區104形成n區橫向電容結構;
8、所述第一接觸金屬130設置在p++區107上;所述第二接觸金屬131設置在n++區104上;所述第三接觸金屬132設置在第一透明電極108上;所述第四接觸金屬133設置在第二透明電極101上;所述第一接觸金屬130、第二接觸金屬131、第三接觸金屬132和第四接觸金屬133下半部分均嵌入上包層4中。
9、所述上包層4設置在介質層2上。所述脊型波導10、電容介質層20、第一透明電極108、第二透明電極101嵌入上包層4中。
10、優選的,所述第一接觸金屬130和第二接觸金屬131之間施加射頻信號rf;所述第一接觸金屬130和第三接觸金屬132之間施加直流電壓dc1,調控第一透明電極108與電容介質層20、p摻雜區105、p+區106和p++區107形成的電容值,其中直流電壓的幅值為0v~10v,0v代表第一接觸金屬130和第三接觸金屬132之間不施加直流電壓。
11、所述第二接觸金屬131和第四接觸金屬133之間施加直流電壓dc2,調控第二透明電極101與電容介質層20、n摻雜區102、n+區103和n++區104形成的電容值,其中直流電壓的幅值為0v~10v,0v代表第二接觸金屬131和第四接觸金屬133之間不施加直流電壓。
12、優選的,所述電容介質層20的厚度h3為0nm~100nm,其中厚度0nm代表第一透明電極108和第二透明電極101同時和脊型波導10直接接觸。
13、優選的,所述脊型波導10的平板區的厚度h1≥0nm,其中0nm代表脊型波導轉變成條形波導。
14、優選的,所述第一透明電極108和第二透明電極101之間的距離w2為50nm~500nm。
15、優選的,所述第一透明電極108和第二透明電極101的厚度h4為10nm~1000nm。優選的,所述第一透明電極108和所述第二透明電極101采用透明導電氧化物材料。所述第一透明電極108和第二透明電極101在1.2μm至1.7μm之間的折射率是1.0~2.5,消光系數是1×10-5~1×10-3,電阻率是1×10-4ω.cm~1×10-2ω.cm。
16、優選的,所述介質層2采用二氧化硅sio2材料。
17、優選的,所述脊型波導10采用單晶硅材料。
18、本發明的有益效果在于:本發明在常規pn結串聯電阻上面并聯了高電導率低消光系數低折射率的透明電極,使得調制器具有更低的串聯電阻和更高的帶寬。
19、本發明的其他優點、目標和特征在某種程度上將在隨后的說明書中進行闡述,并且在某種程度上,基于對下文的考察研究對本領域技術人員而言將是顯而易見的,或者可以從本發明的實踐中得到教導。本發明的目標和其他優點可以通過下面的說明書來實現和獲得。
1.一種具有橫向電容結構的硅調制器,其特征在于,該硅調制器包括襯底(3)、介質層(2)、脊型波導(10)、電容介質層(20)、第一透明電極(108)、第二透明電極(101)、第一接觸金屬(130)、第二接觸金屬(131)、第三接觸金屬(132)、第四接觸金屬(133)和上包層(4);
2.根據權利要求1所述的硅調制器,其特征在于,所述第一接觸金屬(130)和第二接觸金屬(131)之間施加射頻信號rf;所述第一接觸金屬(130)和第三接觸金屬(132)之間施加直流電壓dc1,調控第一透明電極(108)與電容介質層(20)、p摻雜區(105)、p+區(106)和p++區(107)形成的電容值,其中直流電壓的幅值為0v~10v,0v代表第一接觸金屬(130)和第三接觸金屬(132)之間不施加直流電壓;
3.根據權利要求1所述的硅調制器,其特征在于,所述電容介質層(20)的厚度h3為0nm~100nm,其中厚度0nm代表第一透明電極(108)和第二透明電極(101)同時和脊型波導(10)直接接觸。
4.根據權利要求1所述的硅調制器,其特征在于,所述脊型波導(10)的平板區的厚度h1≥0nm,其中0nm代表脊型波導轉變成條形波導。
5.根據權利要求1所述的硅調制器,其特征在于,所述第一透明電極(108)和第二透明電極(101)之間的距離w2為50nm~500nm。
6.根據權利要求1所述的硅調制器,其特征在于,所述第一透明電極(108)和第二透明電極(101)的厚度h4為10nm~1000nm。
7.根據權利要求1、5或6所述的硅調制器,其特征在于,所述第一透明電極(108)和第二透明電極(101)采用透明導電氧化物材料。
8.根據權利要求1所述的硅調制器,其特征在于,所述介質層(2)采用二氧化硅sio2材料。
9.根據權利要求1所述的硅調制器,其特征在于,所述脊型波導(10)采用單晶硅材料。