01、下平板区302和下欧姆接触区303。
[0042] 下波导区301为光波导的下半部分，其用于承载光场、并与光场内部的载流子产生 交叠；下波导区301的渗杂浓度为10"~IQiScnf3,其上表面通过干法刻蚀、湿法腐蚀或热氧 化等方法形成凹凸不平的结构。
[0043] 下平板区302位于下波导区301的外侧，下平板区302用于降低波导串联电阻，下平 板区302的渗杂浓度为1〇18~1〇ι%ιΛ
[0044] 下欧姆接触区303位于下平板区302的外侧，下欧姆接触区303的渗杂浓度为1〇19~ IQUcnf3;第二电极702位于下欧姆接触区303上，下欧姆接触区303用于与第二电极702形成 良好的欧姆接触。
[0045] 栅氧层40通过薄膜沉积或生长的方式设置于下波导区301的外表面，栅氧层40用 于在娃波导下半层和娃波导上半层之间形成电学隔离;栅氧层40的厚度为1~50nm(本实施 例中为 25皿），材质为 Si02、Si0N、Si3N4、A1203、Ta205、Ti02、Hf?2、Zr02等CM0S常用的绝缘 介质材料。
[0046] 娃波导上半层通过单晶娃或多晶娃外延、光刻、刻蚀等工艺集成，其包括渗杂类型 相同的(P型或N型）的上波导区501、上平板区502和上欧姆接触区503;娃波导上半层的渗杂 类型与娃波导下半层的渗杂类型相反:若娃波导上半层为N型，则娃波导下半层为P型，若娃 波导上半层为P型，则娃波导下半层为N型。
[0047] 上波导区501覆盖于栅氧层40上，上波导区501用于承载光场，其渗杂浓度为1〇υ~ IQiScnf3。参见图1至图5所示，下波导区301、栅氧层40和上波导区501形成插指型M0S结，使 光场与M0S结附近的载流子产生交叠。在本实施例中，插指型M0S结的界面形状(即下波导区 301表面凹凸不平的结构）可W是矩形（如图2所示）、梯形（如图3所示）、Ξ角型（如图4所 示）、弧形(如图5所示），W及其它任意的周期性或者非周期性图形。
[0048] 上平板区502位于上波导区501的外侧，上平板区502用于降低波导串联电阻，上平 板区502的渗杂浓度为1〇18~1〇ι%ιΛ
[0049] 上欧姆接触区503位于上平板区502的外侧，上欧姆接触区503的渗杂浓度为1〇19~ IQUcnf3,第一电极701位于上欧姆接触区503上，上欧姆接触区503用于与第一电极701形成 良好的欧姆接触。
[0化0] 上波导区501、上平板区502和上欧姆接触区503通过CMP(化学机械抛光)工艺形成 平整的上表面。
[0051 ]基于插指型M0S结构的娃基电光调谐波导上沉积有Si02覆盖层60，Si02覆盖层60 即为纯化层。
[0052]本发明实施例中的基于插指型M0S结构的娃基电光调谐波导结构实现电光调制 时，将基于插指型M0S结构的娃基电光调谐波导，构成马赫曾德干设器、麦克尔逊干设器、微 环谐振器等常用调制器结构。对第一电极701和第二电极702施加不同电压时，在栅氧层40 附近形成载流子积聚或耗尽，通过等离子色散效应调谐波导中光场的有效折射率和吸收损 耗。将有效折射率和吸收损耗的变化转变为光信号的强度、相位或偏振变化，从而实现电光 调制功能。
[0053] 下面通过与传统MOS结、传统PN结对比，具体说明本发明在调谐效率方面的优势。
[0054] 图6示出了本发明的插指型M0S结（图6中对应文字为插指型M0S)、传统的M0S结（图 6中对应文字为普通M0S结）、传统PN结（图6中对应文字为PN结），在同等偏压下的电光调谐 效率（由对波导中光场产生的有效折射率变化量来衡量）。参见图6可知，本发明对娃波导尺 寸、插指型M0S结的界面形态、栅氧层厚度、W及渗杂浓度经过优化后，插指型M0S结产生的 有效折射率变化明显高于传统M0S结，插指型M0S结的调谐效率为传统PN结的10倍左右。
[0055] 本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离 本发明原理的前提下，还可W做出若干改进和润饰，运些改进和润饰也视为本发明的保护 范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
【主权项】
1. 一种基于插指型MOS结构的硅基电光调谐波导结构，包括SOI晶圆，该晶圆包括由下 至上设置的单晶硅材质的硅衬底（10)、填埋二氧化硅层（20)和单晶硅材质的外延硅层；其 特征在于:外延硅层上设置有基于插指型M0S结构的硅基电光调谐波导，该波导包括由下至 上设置的硅波导下半层、栅氧层(40)和硅波导上半层、以及设置于硅波导上半层上的第一 电极(701 )、设置于硅波导下半层上的第二电极(702); 所述硅波导下半层包括掺杂类型均为P型或N型的下波导区（301)、下平板区（302)和下 欧姆接触区（303);下波导区（301)用于承载光场，下波导区（301)的掺杂浓度为1017~ 1018cnf3;下平板区（302)位于下波导区（301)的外侧，下平板区（302)用于降低波导串联电 阻，下平板区（302)的掺杂浓度为1018~1019cnf3;下欧姆接触区（303)位于下平板区（302)的 外侧，下欧姆接触区（303)的掺杂浓度为10 19~1021cnf3;第二电极(702)位于下欧姆接触区 (303)上;所述栅氧层(40)位于下波导区（301)的外表面，栅氧层(40)的厚度为1~50nm; 所述硅波导上半层包括掺杂类型相同、且与硅波导下半层相反的上波导区（501)、上平 板区（502)和上欧姆接触区（503);上波导区（501)覆盖于栅氧层(40)上，上波导区（501)用 于承载光场，上波导区（501)的掺杂浓度为10 17~1018cnf3,所述下波导区（301)、栅氧层(40) 和上波导区（501)形成插指型M0S结;所述上平板区（502)位于上波导区（501)的外侧，上平 板区（502)用于降低波导串联电阻，上平板区（502)的掺杂浓度为10 18~1019cnf3;所述上欧 姆接触区（503)位于上平板区（502)的外侧，上欧姆接触区（503)的掺杂浓度为101 9~ 1021cnf3,所述第一电极(701)位于上欧姆接触区（503)上。2. 如权利要求1所述的基于插指型M0S结构的硅基电光调谐波导结构，其特征在于:所 述基于插指型M0S结构的硅基电光调谐波导上沉积有起钝化作用的Si02覆盖层(60)。3. 如权利要求1所述的基于插指型M0S结构的硅基电光调谐波导结构，其特征在于:所 述上波导区（501)、上平板区（502)和上欧姆接触区（503)通过CMP工艺形成平整的上表面。4. 如权利要求1所述的基于插指型M0S结构的硅基电光调谐波导结构，其特征在于：该 结构实现电光调制时，将基于插指型M0S结构的硅基电光调谐波导构成常用调制器结构;对 第一电极(701)和第二电极(702)施加不同电压时，在栅氧层(40)附近形成载流子积聚或耗 尽，通过等离子色散效应调谐波导中光场的有效折射率和吸收损耗;将有效折射率和吸收 损耗的变化转变为光信号的强度、相位或偏振变化，从而实现电光调制功能。5. 如权利要求1至4任一项所述的基于插指型M0S结构的硅基电光调谐波导结构，其特 征在于:所述娃衬底（10)的电阻率为10~lOOOOohm · cm。6. 如权利要求1至4任一项所述的基于插指型MOS结构的硅基电光调谐波导结构，其特 征在于:所述填埋二氧化娃层(20)的折射率为1.42~1.47,厚度为0.1~5um。7. 如权利要求1至4任一项所述的基于插指型MOS结构的硅基电光调谐波导结构，其特 征在于:所述外延硅层的本征掺杂类型为P型或N型，本征掺杂浓度为10 15~1016cnf3,厚度为 0 · 1~lum〇8. 如权利要求1至4任一项所述的基于插指型MOS结构的硅基电光调谐波导结构，其特 征在于:所述栅氧层(40)的材质为5丨02、5丨(^、5丨3财^1203、了&205、1102、!1?)2、2抑2中的至 少一种。9. 如权利要求1至4任一项所述的基于插指型M0S结构的硅基电光调谐波导结构，其特 征在于:所述下波导区（301)、下平板区（302)和下欧姆接触区（303)均为N型时，所述上波导 区（501)、上平板区（502)和上欧姆接触区（503)均为P型；所述下波导区（301)、下平板区 (302)和下欧姆接触区（303)均为P型时，所述上波导区（501)、上平板区（502)和上欧姆接触 区（503)均为N型。10.如权利要求1至4任一项所述的基于插指型MOS结构的硅基电光调谐波导结构，其特 征在于:所述插指型MOS结的界面形状为矩形、梯形、三角型或者弧形。
【专利摘要】本发明公开了一种基于插指型MOS结构的硅基电光调谐波导结构，涉及光通信领域中的硅基电光可调波导器件。该结构包括由下至上设置的单晶硅材质的硅衬底、填埋二氧化硅层和单晶硅材质的外延硅层；外延硅层上设置有基于插指型MOS结构的硅基电光调谐波导，该波导包括硅波导下半层、栅氧层和硅波导上半层；硅波导下半层包括下波导区、下平板区和下欧姆接触区；第二电极位于下欧姆接触区上，栅氧层位于下波导区的外表面；硅波导上半层包括上波导区、上平板区和上欧姆接触区；第一电极位于上欧姆接触区上。本发明能够将光场充分与载流子积累区交叠，大幅度提高调谐效率，有利于实现更紧凑、更高效的硅基电光调谐器件。
【IPC分类】G02B6/12
【公开号】CN105629379
【申请号】CN201610031805
【发明人】肖希, 李淼峰, 王磊, 杨奇, 余少华
【申请人】武汉邮电科学研究院
【公开日】2016年6月1日
【申请日】2016年1月18日