本發(fā)明屬于半導(dǎo)體，涉及一種具有橫向電容結(jié)構(gòu)的硅調(diào)制器。

背景技術(shù)：

1、硅基光電子設(shè)備是指采用硅作為光波導(dǎo)的光電子設(shè)備。硅基光電子設(shè)備在近紅外波段透明，在光纖通信系統(tǒng)中有重要應(yīng)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(xué)和電子器件。這種混合型設(shè)備可以采用現(xiàn)有的半導(dǎo)體制造技術(shù)來制造，可以提供芯片間及芯片內(nèi)更快數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓鈱W(xué)互連。因此，增加了人們對硅基光電子的興趣。

2、硅調(diào)制器在光纖通信系統(tǒng)中負(fù)責(zé)把電信號加載到光域，是影響系統(tǒng)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(yīng)的硅調(diào)制器利用載流子在pn結(jié)區(qū)的充放電實現(xiàn)高速調(diào)制，但是pn結(jié)的串聯(lián)電阻限制了pn結(jié)的充放電速度，導(dǎo)致硅調(diào)制器的帶寬不高，需要相應(yīng)的技術(shù)進行改進。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種具有橫向電容結(jié)構(gòu)的硅調(diào)制器，解決現(xiàn)有技術(shù)中需提高硅調(diào)制器帶寬的問題。

2、為達到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、一種具有橫向電容結(jié)構(gòu)的硅調(diào)制器，包括襯底3、介質(zhì)層2、脊型波導(dǎo)10、電容介質(zhì)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(zhì)層2設(shè)置在襯底3上。

5、所述脊型波導(dǎo)10設(shè)置在介質(zhì)層2上；所述脊型波導(dǎo)10包括一個pn結(jié)、p+區(qū)106、p++區(qū)107、n+區(qū)103和n++區(qū)104；所述pn結(jié)包括一個p摻雜區(qū)105和一個與其右側(cè)相鄰的n摻雜區(qū)102；所述p+區(qū)106右側(cè)與p摻雜區(qū)105左側(cè)下半部分相鄰；所述p++區(qū)107右側(cè)與p+區(qū)106左側(cè)相鄰；所述n+區(qū)103左側(cè)與n摻雜區(qū)102右側(cè)下半部分相鄰；所述n++區(qū)104左側(cè)與n+區(qū)103右側(cè)相鄰。

6、所述電容介質(zhì)層20設(shè)置在脊型波導(dǎo)10上。

7、所述第一透明電極108設(shè)置在電容介質(zhì)層20的左側(cè)上方，所述第一透明電極108與電容介質(zhì)層20、p摻雜區(qū)105、p+區(qū)106和p++區(qū)107形成p區(qū)橫向電容結(jié)構(gòu)；所述第二透明電極101設(shè)置在電容介質(zhì)層20的右側(cè)上方，所述第二透明電極101與電容介質(zhì)層20、n摻雜區(qū)102、n+區(qū)103和n++區(qū)104形成n區(qū)橫向電容結(jié)構(gòu)；

8、所述第一接觸金屬130設(shè)置在p++區(qū)107上；所述第二接觸金屬131設(shè)置在n++區(qū)104上；所述第三接觸金屬132設(shè)置在第一透明電極108上；所述第四接觸金屬133設(shè)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(shè)置在介質(zhì)層2上。所述脊型波導(dǎo)10、電容介質(zhì)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(yōu)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(diào)控第一透明電極108與電容介質(zhì)層20、p摻雜區(qū)105、p+區(qū)106和p++區(qū)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(diào)控第二透明電極101與電容介質(zhì)層20、n摻雜區(qū)102、n+區(qū)103和n++區(qū)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(yōu)選的，所述電容介質(zhì)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(dǎo)10直接接觸。

13、優(yōu)選的，所述脊型波導(dǎo)10的平板區(qū)的厚度h1≥0nm，其中0nm代表脊型波導(dǎo)轉(zhuǎn)變成條形波導(dǎo)。

14、優(yōu)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(yōu)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(yōu)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(dǎo)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(shù)是1×10-5～1×10-3，電阻率是1×10-4ω.cm～1×10-2ω.cm。

16、優(yōu)選的，所述介質(zhì)層2采用二氧化硅sio2材料。

17、優(yōu)選的，所述脊型波導(dǎo)10采用單晶硅材料。

18、本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明在常規(guī)pn結(jié)串聯(lián)電阻上面并聯(lián)了高電導(dǎo)率低消光系數(shù)低折射率的透明電極，使得調(diào)制器具有更低的串聯(lián)電阻和更高的帶寬。

19、本發(fā)明的其他優(yōu)點、目標(biāo)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(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見的，或者可以從本發(fā)明的實踐中得到教導(dǎo)。本發(fā)明的目標(biāo)和其他優(yōu)點可以通過下面的說明書來實現(xiàn)和獲得。

技術(shù)特征：

1.一種具有橫向電容結(jié)構(gòu)的硅調(diào)制器，其特征在于，該硅調(diào)制器包括襯底(3)、介質(zhì)層(2)、脊型波導(dǎo)(10)、電容介質(zhì)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(jù)權(quán)利要求1所述的硅調(diào)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(diào)控第一透明電極(108)與電容介質(zhì)層(20)、p摻雜區(qū)(105)、p+區(qū)(106)和p++區(qū)(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(jù)權(quán)利要求1所述的硅調(diào)制器，其特征在于，所述電容介質(zhì)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(dǎo)(10)直接接觸。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅調(diào)制器，其特征在于，所述脊型波導(dǎo)(10)的平板區(qū)的厚度h1≥0nm，其中0nm代表脊型波導(dǎo)轉(zhuǎn)變成條形波導(dǎo)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅調(diào)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(jù)權(quán)利要求1所述的硅調(diào)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(jù)權(quán)利要求1、5或6所述的硅調(diào)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(dǎo)電氧化物材料。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅調(diào)制器，其特征在于，所述介質(zhì)層(2)采用二氧化硅sio2材料。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅調(diào)制器，其特征在于，所述脊型波導(dǎo)(10)采用單晶硅材料。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種具有橫向電容結(jié)構(gòu)的硅調(diào)制器，屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域。該硅調(diào)制器由下到上包括襯底、介質(zhì)層、脊型波導(dǎo)、電容介質(zhì)層、第一透明電極、第二透明電極、第一接觸金屬、第二接觸金屬、第三接觸金屬、第四接觸金屬和上包層；脊型波導(dǎo)包括P摻雜區(qū)、N摻雜區(qū)、P+區(qū)、P++區(qū)、N+區(qū)和N++區(qū)。本發(fā)明能提高硅調(diào)制器帶寬。

技術(shù)研發(fā)人員：黃義
受保護的技術(shù)使用者：重慶郵電大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21