一种移相器的制作方法

本申请属于电子器件，更具体地说，是涉及一种移相器。

背景技术：

1、在采用等离子体色散效应的硅电光调制器中，硅的折射率与载流子浓度相关。其中，载流子的浓度越高，则硅的折射率越小。而硅的折射率的改变，可引起光的相位的相应改变，进而实现光强的调制，进以形成硅电光调制器的工作原理。

2、氮化硅是硅的一种常见化合物，一方面，氮化硅具有在c波段无双光子吸收效应的特性，另一方面，光在氮化硅波导层中传输时，光的损耗低，其可与cmos工艺兼容，而被广泛应用于光芯片中。

3、然而，由于氮化硅具有反转对称中心，不具有线性电光效应，加之氮化硅的热光系数比硅低了一个数量级，基于氮化硅的热光调制器功耗更大，散热问题难以解决，加之氮化硅难以掺杂，不能制作基于等离子体色散效应的电光调制器。因此，光芯片领域中对高性能的氮化硅调制器具有迫切的需求。

技术实现思路

1、本申请实施例的目的在于提供一种移相器，该移相器可满足光芯片领域中对高性能的氮化硅调制器的迫切需求。

2、为实现上述目的，本申请采用的技术方案是：

3、提供一种移相器，所述移相器包括衬底、埋氧层、硅波导层和氮化硅波导层，以及折射率改变结构；

4、所述硅波导层和所述氮化硅波导层均掩埋在所述埋氧层中，且所述硅波导层和所述氮化硅波导层间隔预设距离；所述硅波导层和所述氮化硅波导层之间可以发生传输模式耦合；

5、所述折射率改变结构至少作用于所述硅波导层，通过增加所述硅波导层内传输模式的有效折射率，进以增加所述氮化硅波导层内传输模式的有效折射率。

6、一实施例中，所述硅波导层传输的光的能量占所述移相器传输光的总能量的0.00000000000000001％～10％。

7、一实施例中，所述移相器为电光移相器，所述折射率改变结构包括正负电极，所述正负电极施加在所述硅波导层上，以增加所述硅波导层内传输模式的有效折射率，进以增加所述氮化硅波导层内传输模式的有效折射率。

8、一实施例中，所述硅波导层为硅波导，所述硅波导的形状为脊波导，所述脊波导的两侧分别为p型掺杂区和n型掺杂区，所述正负电极分别与所述p型掺杂区和所述n型掺杂区接触。

9、一实施例中，所述移相器为热光移相器，所述折射率改变结构包括正负电极和电阻，所述正负电极连接所述电阻，所述电阻在通电后使得所述硅波导层和氮化硅波导层的温度升高。

10、一实施例中，所述电阻为氮化钛电阻，所述电阻掩埋在所述埋氧层，所述氮化硅波导层位于所述电阻和所述硅波导层之间。

11、一实施例中，所述移相器为压电移相器，所述折射率改变结构包括形变材料，所述硅波导层为硅波导，所述氮化硅波导层为氮化硅波导，所述形变材料作用于所述掩埋层，以使得所述掩埋层受到向下和垂直于波导延伸方向的作用力。

12、一实施例中，所述形变材料为锆钛酸铅，所述折射率改变结构还包括上金属电极和下金属电极，所述锆钛酸铅涂覆于压电移相器的外表面，所述上金属电极和下金属电极通电后，在所述形变材料上施加电压，以增加所述硅波导层内传输模式的有效折射率，进以增加所述氮化硅波导层内传输模式的有效折射率；

13、或者，在所述压电移相器为芯片中的移相器时，所述锆钛酸铅涂覆于芯片的外表面，所述上金属电极和下金属电极通电后，在所述形变材料上施加电压，以增加所述硅波导层内传输模式的有效折射率，进以增加所述氮化硅波导层内传输模式的有效折射率。

14、一实施例中，所述移相器为声光移相器，所述折射率改变结构包括声波形成材料，所述声波形成材料产生声波，并将声波传递至所述硅波导层和氮化硅波导层。

15、一实施例中，所述声波形成材料为氮化铝，所述折射率改变结构还包括上下金属电极，所述上下金属电极和所述硅波导层仅设于所述声光移相器区域，在所述上下金属电极两端加上射频信号源，所述氮化铝内产生声波，并传递到所述氮化硅波导和所述硅波导层。

16、一实施例中，所述移相器为线性电光移相器，所述折射率改变结构包括正负电极和线性电光效应材料，所述正负电极向所述线性电光效应材料施加偏压，使得所述线性电光效应材料内的传输模式的有效折射率增加，进而通过增加所述硅波导层内传输模式的有效折射率，进以增加所述氮化硅波导层内传输模式的有效折射率。

17、本申请提供的移相器的有益效果在于：

18、与现有技术相比，本申请提供的移相器包括衬底、埋氧层、硅波导层和氮化硅波导层，以及折射率改变结构。其中，硅波导层和氮化硅波导层均掩埋在埋氧层中，且硅波导层和氮化硅波导层间隔预设距离，硅波导层和氮化硅波导层之间可以发生传输模式耦合。而折射率改变结构至少作用于硅波导层，通过增加硅波导层内传输模式的有效折射率，进以增加氮化硅波导层内传输模式的有效折射率。

19、本申请提供的移相器，当通过折射率改变结构向移相器施加设定形式能量时，由于设定形式能量的通入，硅波导层内的载流子浓度会发生变化，而由于氮化硅波导层的材质和硅波导层的材质不同，氮化硅波导层内的载流子浓度也发生变化，会引起在氮化硅波导层内传输模式的有效折射率发生变化，进而实现不直接改变氮化硅波导层的折射率，而是通过改变氮化硅波导层附近的硅波导层的折射率，而引起氮化硅波导层内传输模式的有效折射率发生变化。

20、由于通过改变氮化硅波导层附近的硅波导层的折射率，而引起氮化硅波导层内传输模式的有效折射率发生变化，因此只有少部分的能量位于硅波导层的内部，自由载流子吸收引入的损耗较小，因为本申请提供的移相器的插入损耗较低，相比现有的热光移相器，本申请提供的移相器的功耗低、调制速度快，带宽可达到1ghz以上，可满足光芯片领域中对高性能的氮化硅调制器的迫切需求。

技术特征：

1.一种移相器，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的移相器，其特征在于，所述硅波导层(40)传输的光的能量占所述移相器传输光的总能量的0.00000000000000001％～10％。

3.根据权利要求1所述的移相器，其特征在于，所述移相器为电光移相器，所述折射率改变结构(50)包括正负电极，所述正负电极施加在所述硅波导层(40)上，以增加所述硅波导层(40)内传输模式的有效折射率，进以增加所述氮化硅波导层(30)内传输模式的有效折射率。

4.根据权利要求3所述的移相器，其特征在于，所述硅波导层(40)为硅波导，所述硅波导的形状为脊波导，所述脊波导的两侧分别为p型掺杂区和n型掺杂区，所述正负电极分别与所述p型掺杂区和所述n型掺杂区接触。

5.根据权利要求1所述的移相器，其特征在于，所述移相器为热光移相器，所述折射率改变结构(50)包括正负电极和电阻(60)，所述正负电极连接所述电阻(60)，所述电阻(60)在通电后使得所述硅波导层(40)和氮化硅波导层(30)的温度升高。

6.根据权利要求5所述的移相器，其特征在于，所述电阻(60)为氮化钛电阻，所述电阻(60)掩埋在所述埋氧层(20)，所述氮化硅波导层(30)位于所述电阻(60)和所述硅波导层(40)之间。

7.根据权利要求1所述的移相器，其特征在于，所述移相器为压电移相器，所述折射率改变结构(50)包括形变材料(70)，所述硅波导层(40)为硅波导，所述氮化硅波导层(30)为氮化硅波导，所述形变材料(70)作用于所述掩埋层(20)，以使得所述掩埋层(20)受到向下和垂直于波导延伸方向的作用力。

8.根据权利要求7所述的移相器，其特征在于，所述形变材料(70)为锆钛酸铅，所述折射率改变结构(50)还包括上金属电极和下金属电极，所述锆钛酸铅涂覆于压电移相器的外表面，所述上金属电极和下金属电极通电后，在所述形变材料(70)上施加电压，以增加所述硅波导层(40)内传输模式的有效折射率，进以增加所述氮化硅波导层(30)内传输模式的有效折射率；

9.根据权利要求1所述的移相器，其特征在于，所述移相器为声光移相器，所述折射率改变结构(50)包括声波形成材料(80)，所述声波形成材料(80)产生声波，并将声波传递至所述硅波导层(40)和氮化硅波导层(30)。

10.根据权利要求9所述的移相器，其特征在于，所述声波形成材料(80)为氮化铝，所述折射率改变结构(50)还包括上下金属电极，所述上下金属电极和所述硅波导层(30)仅设于所述声光移相器区域，在所述上下金属电极两端加上射频信号源，所述氮化铝内产生声波，并传递到所述氮化硅波导(30)和所述硅波导层(40)。

11.根据权利要求1所述的移相器，其特征在于，所述移相器为线性电光移相器，所述折射率改变结构(50)包括正负电极和线性电光效应材料(90)，所述正负电极向所述线性电光效应材料(90)施加偏压，使得所述线性电光效应材料(90)内的传输模式的有效折射率增加，进而通过增加所述硅波导层(40)内传输模式的有效折射率，进以增加所述氮化硅波导层(30)内传输模式的有效折射率。

技术总结
本申请提供一种移相器，包括衬底、埋氧层、硅波导层和氮化硅波导层，以及折射率改变结构；硅波导层和氮化硅波导层均掩埋在埋氧层中，且硅波导层和氮化硅波导层间隔预设距离；硅波导层和氮化硅波导层之间可以发生传输模式耦合；折射率改变结构至少作用于硅波导层，通过增加硅波导层内传输模式的有效折射率，进以增加氮化硅波导层内传输模式的有效折射率。当通过折射率改变结构向移相器施加设定形式能量时，硅波导层的载流子浓度会发生变化，会引起在氮化硅波导层内传输模式的有效折射率发生变化，进而实现不直接改变氮化硅波导层的折射率，而通过改变氮化硅波导层附近的硅波导层的折射率，而引起氮化硅波导层内传输模式的有效折射率发生变化。

技术研发人员：李毅
受保护的技术使用者：北京万集科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16