一種雙異質結pin電光調制器結構的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于光電子器件技術領域，具體涉及一種雙異質結PIN電光調制器結構。
【背景技術】
[0002]硅基電光調制器是一種利用電光效應、熱光效應、等離子色散效應等方式來改變光波導折射率的微納調制器。對于現有的光電子器件而言，其橫截面尺寸都在微米數量級，長度則達到幾個厘米；由于尺寸較大，不能滿足大規模光光子集成的要求。
[0003]隨著光電子工藝的進步，硅基調制器已進入了微納尺寸，硅基電光調制器能夠傳輸單模光波，具有速度高、損耗低及尺寸小的優點，并且與集成電路制作工藝相兼容，如今已經成為了硅基光電子器件的核心。
[0004]等離子色散效應是通過改變光波導中的自由載流子濃度，從而引起折射率和吸收系數的改變，硅基材料的等離子色散效應十分顯著，能夠實現高速的光波導調制，是目前硅基電光調制器的主要工作基礎。
[0005]現有的硅基電光調制器結構主要有三種:PIN結構、PN結構和MOS電容結構；其中，PIN結構具有結構簡單，調制效率高，易于工藝實現等特點，因此采用該結構的硅基電光調制器較多；但是，PIN結構是一種直流注入的工作方式，在調制的同時也增加了器件的調制功耗，如何降低器件的調制功耗一直是基于PIN電學調制結構的硅基電光調制器需要解決的問題。
【發明內容】
[0006]本發明的目的在于提供一種雙異質結PIN電光調制器結構，不僅能大幅度提高調制器中調制區的載流子濃度，還能減小調制電壓、降低調制功耗。
[0007]本發明所采用的技術方案是，一種雙異質結PIN電光調制器結構，包括有N-Sub型襯底，N-Sub型襯底的上部設置有S12埋層，S1 2埋層上部的兩側分別設置有P+阱區、N+阱區，P+阱區、N+阱區之間設置有本征N型鍺硅調制區，P+阱區的上部設置有第一電極，N+阱區的上部設置有第二電極，第一電極、本征N型鍺硅調制區及第二電極的上部覆蓋有S12
覆蓋層。
[0008]本發明的特點還在于，
[0009]P+阱區的摻雜濃度為I X 119Cm 3?I X 10 2°cm 3，摻雜劑為B離子，P+阱區的高度為 0.17 μ m，寬度為 0.1 μ m ?I μ m。
[0010]N+阱區的摻雜濃度為I X 119Cm 3?I X 10 2°cm 3，摻雜劑為P離子，N+阱區高度為0.17 μ m，寬度為 0.1 μ m ?I μ m。
[0011]本征N型鍺硅調制區采用鍺硅材料制成，其摻雜濃度為I X 115Cm 3，摻雜劑為P離子，本征N型鍺硅調制區的中心高度為0.22 μ m，兩側高度為0.17 μ m，上部寬度為0.4 μ m?0.6 μ m，下部寬度為Iym?1.8μηι。
[0012]S12覆蓋層的高度為0.5 μπι?I μπι，寬度為1.2 μπι?3.8 μπι。
[0013]Si0#||層的高度為 0.5 μπι ?I μπι,寬度為 1.2 μπι ?3.8 μπι。
[0014]N-Sub型襯底的摻雜濃度為I X 113Cm 3?I X 10 15cm 3，摻雜劑為P離子，N-Sub型襯底的高度為100 μ m?300 μ m，寬度為1.2 μ m?3.8 μ m。
[0015]本發明的有益效果在于:
[0016](I)本發明的雙異質結PIN電光調制器結構是一種雙異質結調制結構，是在常規硅基PIN電光調制器結構的調制區中采用鍺硅材料代替硅材料，調節鍺含量及其他參數，形成橫向雙異質結，增加調制區中的載流子注入濃度，能夠有效減小調制電壓、降低調制功耗，更加利于光電集成。
[0017](2)本發明的雙異質結PIN電光調制器結構，由于器件的調制區采用了鍺硅材料，它具有更大的折射率，因此對光波傳輸具有更好的收斂特性，降低了光傳輸損耗，進一步的提升了調制器的性能。
【附圖說明】
[0018]圖1是本發明的雙異質結PIN電光調制器結構的縱向剖面圖；
[0019]圖2是常規硅基PIN調制器結構的縱向剖面圖；
[0020]圖3是常規硅基PIN調制器結構與本發明的雙異質結PIN電光調制器結構的調制區載流子注入濃度縱向剖面圖；
[0021]圖4是在不同偏壓下，常規硅基PIN調制器結構與本發明的雙異質結PIN電光調制器結構的調制區載流子注入濃度對比曲線圖。
[0022]圖中，1.P+阱區，2.本征N型鍺硅調制區，3.N+阱區，4.第一電極，5.第二電極，
6.3丨02覆蓋層，7.S12埋層，8.N-Sub型襯底，9.本征N型硅調制區。
【具體實施方式】
[0023]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明進行詳細說明。
[0024]本發明一種雙異質結PIN電光調制器結構，如圖1所示，包括有N-Sub型襯底8，N-Sub型襯底8的上部設置有S12埋層7，S1 2埋層7上部的兩側分別設置有P+阱區1、N+阱區3，P+阱區1、N+阱區3之間設置有本征N型鍺硅調制區2，P+阱區I的上部設置有第一電極4，N+阱區3的上部設置有第二電極5，第一電極4、本征N型鍺硅調制區2及第二電極5的上部覆蓋有S12覆蓋層6。
[0025]本發明一種雙異質結PIN電光調制器結構主要由硅材料和鍺硅材料構成。
[0026]P+阱區I的摻雜濃度為I X 119Cm 3?I X 10 20cm 3，摻雜劑為B離子；P+阱區I的高度為0.17 μ m，寬度為0.1 μ m?I μ m。
[0027]N+阱區3的摻雜濃度為I X 119Cm 3?I X 10 20cm 3，摻雜劑為P離子；N+阱區3的高度為0.17 μ m，寬度為0.1 μ m?I μ m。
[0028]本征N型鍺硅調制區2采用鍺硅材料制成，其摻雜濃度為I X 115Cm 3，摻雜劑為P離子，本征N型鍺硅調制區2的中心高度為0.22 μ m，兩側高度為0.17 μ m，上部寬度為
0.4 μ m?0.6 μ m，下部寬度為Iym?1.8μηι。
[0029]S12覆蓋層6的高度為0.5 μ m?I μ m，寬度為1.2 μ m?3.8 μ m。
[0030]S12埋層7的高度為0.5 μ m?I μ m，寬度為1.2 μ m?3.8 μ m。
[0031]N-Sub型襯底8的摻雜濃度為I X 113Cm 3?I X 10 15cm 3，摻雜劑為P離子，N-Sub型襯底8的高度為100 μ m?300 μ m，寬度為1.2 μ m?3.8 μ m。
[0032]常規硅基PIN調制器結構全部是硅材料構成，其結構如圖2所示，主要有N-Sub型襯底8，N-Sub型襯底8的上方設置有S12埋層7，S1 2埋層7上方分別設置有本征N型硅調制區9，P+阱區1、N+阱區3，P+阱區I和N+阱區3分別位于本征N型硅調制區2的兩偵牝P+阱區I上配設有第一電極4、N+阱區3上配設有第二電極5，第一電極4、第二電極5及本征N型硅調制區9的上方覆蓋有S12覆蓋層6。
[0033]本發明的雙異質結PIN電光調制器結構與常規硅基PIN調制器結構相比，其區別在于:本發明的雙異質結PIN電光調制器結構中采用鍺硅材料代替硅材料，形成一個橫向雙異質結PIN電學調制器結構；與常規PIN電學調制器結構相比，本發明的雙異質結PIN電光調制器結構的調制功耗明顯下降。
[0034]本發明的雙異質結PIN電光調制器結構的工作原理如下:
[0035]本發明的雙異質結PIN電光調制器結構是通過第一電極4和第二電極5來控制器件的電光調制，具體工作過程為:
[0036]當第一電極4上加正電壓時，第二電極5上接負電壓，可以控制電光調制