硅基電光調(diào)制器傾斜pn結(jié)摻雜結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導體技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種硅基電光調(diào)制器傾斜PN結(jié)摻雜結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著通信互聯(lián)提速降費的發(fā)展趨勢，大量通信和互連設(shè)備更新?lián)Q代，硅基收發(fā)機系統(tǒng)已經(jīng)開始商用，但系統(tǒng)能耗高，對通信、互連的基礎(chǔ)設(shè)施的壓力急劇增大。調(diào)制器是光通信、光互連系統(tǒng)中收發(fā)機的重要組件，它的能耗僅次于激光器，但調(diào)制器自身插損也增加了功耗預算，所以是目前降低能耗的努力中的重要攻關(guān)對象。
[0003]調(diào)制效率和調(diào)制能耗都是通信系統(tǒng)中重要的性能指標，調(diào)制效率在器件尺寸和驅(qū)動電壓方面直接發(fā)揮作用，而調(diào)制能耗則是消耗電能的量度。下一代收發(fā)機希望在調(diào)制能耗和調(diào)制效率兩方面都能實現(xiàn)性能大幅提升，而經(jīng)特殊設(shè)計的插指結(jié)則是較有前景的技術(shù)方案，但卻反映出調(diào)制效率、調(diào)制能耗不可兼得的困難。故而同時實現(xiàn)高調(diào)制效率、低調(diào)制能耗的調(diào)制器是開拓下一代收發(fā)機技術(shù)的迫切需要。此外，現(xiàn)有的插指結(jié)技術(shù)方案中，多采用垂直的PN結(jié)摻雜結(jié)構(gòu)，例如插指結(jié)的延伸方向垂直于波導核心區(qū)(如脊型波導中高于平板區(qū)的凸條區(qū)、側(cè)壁光柵波導中高于光柵區(qū)的凸條區(qū))的延伸方向，或者PN結(jié)的摻雜平面垂直于側(cè)向波導(如脊型波導的平板區(qū)、側(cè)壁光柵波導的光柵區(qū))所在平面，一定程度上限制了 PN結(jié)的結(jié)面區(qū)域，進而導致調(diào)制能耗較大。
[0004]綜上，如何改進傳統(tǒng)娃基電光調(diào)制器的慘雜結(jié)構(gòu)，以保證調(diào)制效率、調(diào)制能耗性能均有所提升，成為了目前亟待解決的技術(shù)問題之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種硅基電光調(diào)制器傾斜PN結(jié)摻雜結(jié)構(gòu)，該摻雜結(jié)構(gòu)包括:
[0006]硅基電光調(diào)制器調(diào)制區(qū)波導，所述波導沿第一方向依次包括第一重摻雜區(qū)、第二輕摻雜區(qū)、第三輕摻雜區(qū)以及第四重摻雜區(qū)；
[0007]所述第二輕摻雜區(qū)與所述第三輕摻雜區(qū)形成至少一個縱向傾斜PN結(jié)和至少一個橫向傾斜PN結(jié)，所述縱向垂直于所述橫向；所述縱向與所述第一方向之間呈第一夾角，所述第一夾角大于0°且小于90°;
[0008]其中，所述第一重摻雜區(qū)的摻雜類型與所述第二輕摻雜區(qū)的摻雜類型相同；所述第一重摻雜區(qū)的摻雜類型與所述第四重摻雜區(qū)的摻雜類型相反;所述第三輕摻雜區(qū)的摻雜類型與所述第四重摻雜區(qū)的摻雜類型相同。
[0009]優(yōu)選地，所述縱向傾斜PN結(jié)的摻雜平面和/或所述橫向傾斜PN結(jié)的摻雜平面與第一平面之間呈第二夾角，所述第二夾角大于0°且小于90° ;
[0010]其中，所述第一平面為所述波導中光的傳播方向與所述第一方向確定的平面。
[0011]優(yōu)選地，所述第二輕摻雜區(qū)通過所述第一重摻雜區(qū)進行電學連接；
[0012]所述第三輕摻雜區(qū)通過所述第四重摻雜區(qū)進行電學連接。
[0013]優(yōu)選地，所述波導為脊型波導，所述第一重摻雜區(qū)和第四重摻雜區(qū)分別形成于所述凸條區(qū)的兩側(cè)的平板區(qū)或凸條區(qū)上，所述第二輕摻雜區(qū)和第三輕摻雜區(qū)形成于所述凸條區(qū)和所述平板區(qū)上。
[0014]優(yōu)選地，所述波導為側(cè)壁光柵波導，所述第一重摻雜區(qū)和第四重摻雜區(qū)分別形成于所述凸條區(qū)的兩側(cè)的光柵區(qū)上，所述第二輕摻雜區(qū)和第三輕摻雜區(qū)形成于所述凸條區(qū)和所述光柵區(qū)上。
[0015]優(yōu)選地，所述第一重摻雜區(qū)、第二輕摻雜區(qū)、第三輕摻雜區(qū)以及第四重摻雜區(qū)中每一區(qū)域的摻雜形狀是任一內(nèi)角不小于70°的多邊形。
[0016]優(yōu)選地，所述第二輕摻雜區(qū)與所述第三輕摻雜區(qū)形成插指結(jié)結(jié)構(gòu)。
[0017]優(yōu)選地，所述第一重摻雜區(qū)和所述第四重摻雜區(qū)分別接驅(qū)動電路。
[0018]優(yōu)選地，所述波導的形狀沿著光傳播的方向為彎曲的或非彎曲的。
[0019]優(yōu)選地，所述波導的核心材料為半導體材料;所述波導的包層材料為非良導體材料。
[0020]本發(fā)明的娃基電光調(diào)制器傾斜PN結(jié)慘雜結(jié)構(gòu)，可以在提尚娃基電光調(diào)制器的調(diào)制效率的同時降低調(diào)制能耗，克服了傳統(tǒng)硅基電光調(diào)制器的調(diào)制效率與調(diào)制功耗不可兼得的困難，并可使波導核心區(qū)的每一個摻雜區(qū)均可直接通過側(cè)向波導實現(xiàn)電學連接，保證系統(tǒng)尚速調(diào)制性能。
【附圖說明】
[0021]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0022]圖Ι-a示出了本發(fā)明一個實施例的硅基電光調(diào)制器傾斜PN結(jié)摻雜結(jié)構(gòu)的俯視圖；
[0023]圖Ι-b示出了本發(fā)明一個實施例的硅基電光調(diào)制器傾斜PN結(jié)摻雜結(jié)構(gòu)的橫截面示意圖；
[0024]圖2示出了本發(fā)明另一個實施例的硅基電光調(diào)制器傾斜PN結(jié)摻雜結(jié)構(gòu)的橫截面示意圖；
[0025]圖3示出了本發(fā)明另一個實施例的硅基電光調(diào)制器傾斜PN結(jié)摻雜結(jié)構(gòu)的橫截面示意圖；
[0026]圖4示出了傳統(tǒng)插指結(jié)結(jié)構(gòu)的硅基電光調(diào)制器摻雜結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖5-a至圖5-b示出了本發(fā)明一個實施例的硅基電光調(diào)制器傾斜PN結(jié)摻雜結(jié)構(gòu)的優(yōu)化數(shù)據(jù)示意圖；
[0028]圖6-a至圖6-b示出了本發(fā)明一個實施例的硅基電光調(diào)制器傾斜PN結(jié)摻雜結(jié)構(gòu)的性能不意圖；
[0029]圖7-a至圖7-c示出了本發(fā)明另一個實施例的三種硅基電光調(diào)制器傾斜PN結(jié)摻雜結(jié)構(gòu)的波導核心區(qū)示意圖。
【具體實施方式】
[0030]為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0031]圖Ι-a、圖Ι-b分別示出了本發(fā)明一個實施例的硅基電光調(diào)制器傾斜PN結(jié)摻雜結(jié)構(gòu)的俯視圖和橫截面示意圖；如圖l_a、圖Ι-b所示，該摻雜結(jié)構(gòu)包括:
[0032]硅基電光調(diào)制器調(diào)制區(qū)波導100，所述波導100沿第一方向依次包括第一重摻雜區(qū)110、第二輕摻雜區(qū)120、第二輕摻雜區(qū)130以及第四重摻雜區(qū)140;
[0033]所述第二輕摻雜區(qū)120與所述第二輕摻雜區(qū)130形成至少縱向傾斜PN結(jié)和至少一個橫向傾斜PN結(jié)，所述縱向垂直于所述橫向；所述縱向與所述第一方向之間呈第一夾角，所述第一夾角為大于0°且小于90°的銳角；
[0034]其中，所述第一重摻雜區(qū)110的摻雜類型與所述第二輕摻雜區(qū)120的摻雜類型相同；所述第一重摻雜區(qū)110的摻雜類型與所述第四重摻雜區(qū)140的摻雜類型相反;所述第二輕摻雜區(qū)130的摻雜類型與所述第四重摻雜區(qū)140的摻雜類型相同。具體地，可以將所述第一重摻雜區(qū)110、第二輕摻雜區(qū)120、第三輕摻雜區(qū)130以及第四重摻雜區(qū)140分別設(shè)置為N++、N、P、P++區(qū)；或者，可以將所述第一重摻雜區(qū)110、第二輕摻雜區(qū)120、第三輕摻雜區(qū)130以及第四重摻雜區(qū)140分別設(shè)置P++、P、N、N++區(qū)(圖中未示出)。
[0035]本實施例的娃基電光調(diào)制器的慘雜結(jié)構(gòu)，可以在提尚娃基電光調(diào)制器的調(diào)制效率的同時降低調(diào)制能耗，克服了傳統(tǒng)硅基電光調(diào)制器的調(diào)制效率與調(diào)制功耗不可兼得的困難，并可使波導核心區(qū)的每一個摻雜區(qū)均可直接通過側(cè)向波導實現(xiàn)電學連接，保證系統(tǒng)高速調(diào)制性能。
[0036]可選地，所述第二輕摻雜區(qū)120通過所述第一重摻雜區(qū)110進行電學連接;所述第二輕摻雜區(qū)130通過所述第四重摻雜區(qū)140進行電學連接;第一重摻雜區(qū)110和第四重摻雜區(qū)140分別接驅(qū)動電路。
[0037]作為本實施例的優(yōu)選，所述波導可以選為脊型波導或側(cè)壁光柵波導:
[0038]若所述波導為脊型波導，則所述第一重摻雜區(qū)110和第四重摻雜區(qū)140分別形成于所述凸條區(qū)的兩側(cè)的平板區(qū)或凸條區(qū)(參見圖2)上，所述第二輕摻雜區(qū)120和第三輕摻雜區(qū)130形成于所述凸條區(qū)和所述平板區(qū)上；
[0039]若所述波導為側(cè)壁光柵波導，則所述第一重摻雜區(qū)110和第四重摻雜區(qū)140分別形成于所述凸條區(qū)的兩側(cè)的光柵區(qū)上，所述第二輕摻雜區(qū)120和第三輕摻雜區(qū)130形成于所述凸條區(qū)和所述光柵區(qū)上。
[0040]上述實施例中的波導形貌均采用能夠?qū)崿F(xiàn)電學連接的光波導，除脊型波導和側(cè)壁光柵波導之外，還可以采用在波導周邊利用導電的包層材料實現(xiàn)電學連接的波導結(jié)構(gòu)(此處的導電的包層材料是指在包層的部分區(qū)域用導電材料，其他部分仍然用非良導體材料)。
[0041]特別地，如圖Ι-a所示的俯視圖的上下方向以及如圖Ι-b所示的橫截面圖的垂直紙面方向為光的傳播方向。
[0042]兩側(cè)的第一重摻雜區(qū)域110和第四重摻雜區(qū)140分別與第二輕摻雜區(qū)120和第三輕摻雜區(qū)130相連接，實現(xiàn)低連接電阻的電學連接。輕摻雜的形狀特點是插指之間形成橫向耗盡區(qū)，插指的端面形成縱向耗盡區(qū)，二者同時存在。
[0043]圖3示出了本發(fā)明另一個實施例的硅基電光調(diào)制器傾斜PN結(jié)摻雜結(jié)構(gòu)的橫截面示意圖；如圖3所示，所述縱向傾斜PN結(jié)的摻雜平面可與第一平面之間呈第二夾角，所述第二夾角為大于0°且小于90°的銳角;其中，所述第一平面為所述波導中光的傳播方向與所述第一方向確定的平面；
[0044]和/或，所