集成电光调制器及通过衬底挖空提高其3dB带宽的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光通信集成器件领域，具体涉及集成电光调制器及通过衬底挖空提高其3dB带宽的方法。
【背景技术】
[0002]随着社会的不断进步和发展，人类对信息的需求量越来越大，造成信息数据量呈现指数式的爆发增长，光通信网络技术的迅猛发展为这一难题的解决提供了可靠有效的方案，电光调制器是整个光通信网络的核心器件之一，负责将电信号转换为可在光通信网络中传输的光信号。传统基于铌酸锂材料的电光高速调制器往往外形尺寸较大，在5-10厘米的量级，同时功耗也较大，这些缺点明显不利于通信系统的小型化和节能化，因此研究高调制带宽、高消光比、低功耗、易集成及低成本的光调制器具有重要现实意义。
[0003]目前，集成电光调制器一般基于硅基或者三五族半导体两个材料体系加工，对于集成电光调制器，为了使光通信网络可以有更大的容量，需要不断地提高它的3dB带宽。对于目前普遍采用的行波电极结构集成电光调制器，在电极微波阻抗匹配和电光折射率匹配的情况下，其3dB带宽主要受到以下几个方面的因素所制约:
[0004](1)集成电光调制器的电光调制相互作用区的电光作用介质自身的电容电阻等特性所带来的微波信号的损耗；
[0005](2)集成电光调制器行波电极本身的寄生参数带来的微波损耗；
[0006](3)整个集成电光调制器衬底电介质材料带来的微波吸收损耗。
[0007]在上述三种带来损耗进而引起集成电光调制器的3dB带宽下降的因素当中，因素(1)由于受到本身调制机理和集成电光调制器性能参数权衡的限制很难进一步限制和减小，要想获得较大的改善需要对有源区进行有效的改进和设计；因素(2)可以通过采用更为先进的电极结构和优化的电极参数来进一步改善；因素(3)目前主要通过提高衬底材料的电阻率来改善，如采用高阻衬底来替代原来的衬底材料，对于衬底的损耗如果可以通过一定的方案进一步降低，则可以使得集成电光调制器的3dB带宽获得进一步的提升。
[0008]有鉴于此，急需提供一种新的制作集成电光调制器的方法，降低现有集成电光调制器采用高阻衬底带来的微波吸收损耗，提高现有集成电光调制器的3dB带宽。
【发明内容】
[0009]本发明所要解决的技术问题是如何降低集成电光调制器采用高阻衬底带来的微波吸收损耗，从而提高集成电光调制器的3dB带宽的问题。
[0010]为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供一种集成电光调制器，包括衬底材料、掩埋二氧化硅层、有源区、覆盖二氧化硅层和两个电极，
[0011]所述衬底材料位于最底层，所述衬底材料上覆盖一层所述掩埋二氧化硅层，所述掩埋二氧化硅层的中心设置所述有源区，所述覆盖二氧化硅层将所述有源区覆盖在所述掩埋二氧化硅层上，所述掩埋二氧化硅层上设置两个所述电极，所述有源区呈中间凸出的台阶状，所述掩埋二氧化硅层上刻蚀有多个挖空窗口，两个所述电极分别通过两个通孔与所述有源区的台阶面连接；
[0012]所述衬底材料包括挖空区域和未挖空区域，所述挖空区域为所述集成电光调制器调制区域的横截面上的电场强度分布区域与所述衬底材料的重叠部分，剩余的所述衬底材料即为所述未挖空区域。
[0013]在上述技术方案中，采用各向异性刻蚀工艺刻蚀所述挖空窗口，通过所述挖空窗口对所述挖空区域进行挖空操作。
[0014]在上述技术方案中，所述挖空窗口之间留有未刻蚀部分，作为支撑梁。
[0015]在上述技术方案中，采用各向同性刻蚀工艺或湿法腐蚀工艺对所述挖空区域进行挖空操作。
[0016]在上述技术方案中，所述挖空窗口的形状包括但不限于方形、圆形、椭圆形、梯形和三角形。
[0017]本发明还提供了一种通过衬底挖空提高集成电光调制器的3dB带宽的方法，包括以下步骤:
[0018]通过电磁场仿真分析软件计算出集成电光调制器调制区域的横截面上的电场强度分布区域；
[0019]将电场强度分布区域与衬底材料的重叠部分作为挖空区域；
[0020]在电极两侧的挖空区域上方的掩埋二氧化硅层确定需要打开的挖空窗口大小及位置，并刻蚀出挖空窗口 ；
[0021]通过挖空窗口对挖空区域进行挖空操作。
[0022]在上述技术方案中，采用各向异性刻蚀工艺刻蚀所述挖空窗口。
[0023]在上述技术方案中，所述挖空窗口之间留有未刻蚀部分，作为支撑梁。
[0024]在上述技术方案中，采用各向同性刻蚀工艺或湿法腐蚀工艺对所述挖空区域进行挖空操作。
[0025]在上述技术方案中，所述挖空窗口的形状包括但不限于方形、圆形、椭圆形、梯形和三角形。
[0026]本发明，通过计算出集成电光调制器调制区域的横截面上的电场强度分布区域，将电场强度分布区域与衬底材料的重叠部分作为挖空区域，并在电极两侧的挖空区域上方的掩埋二氧化硅层打开挖空窗口，通过挖空窗口对挖空区域进行挖空操作，将衬底材料对电极上信号的损耗降到了极低的程度，大幅度的提高了集成电光调制器的3dB带宽。
【附图说明】
[0027]图1为本发明实施例提供的一种通过衬底挖空提高集成电光调制器的3dB带宽的方法流程图；
[0028]图2为本发明实施例提供的硅基集成电光调制器的结构示意图；
[0029]图3为本发明实施例提供的硅基集成电光调制器调制区域横截面上的电场强度在绝缘体上硅横截面上的分布计算结果图；
[0030]图4为本发明实施例提供的硅基集成电光调制器调制区域横截面上的电场强度与硅衬底的重叠部分示意图；
[0031]图5为本发明实施例提供的未挖空娃衬底的娃基集成电光调制器的横截面结构示意图；
[0032]图6为本发明实施例提供的在掩埋二氧化硅层上打开的挖空窗口的俯视图；
[0033]图7为本发明实施例提供的在掩埋二氧化硅层上打开的挖空窗口部分的横截面结构示意图。
【具体实施方式】
[0034]对于集成电光调制器采用高阻衬底带来的损耗，其损耗物理机制如下:
[0035]当高频微波信号在电极上传播时，其电磁场主要束缚在电极中间的金属介质区域中形成传播电磁场向前传播，对于一般的集成电光调制器，电极上传输信号的微波电磁场主要和电极表面覆盖层、有源调制区域和衬底材料层三层材料发生相互作用。对于电极表面覆盖的一层材料一般都是空气、二氧化硅或者其他电导率很低的材料，所以这一层材料对信号的衰减作用有限；位于中间一层的有源区，由于受到材料体系和调制结构的限制，虽然有一定的损耗，但是很难降低其电导率进而降低信号的损耗；位于整个集成电光调制器最下层的衬底材料，一般都有500微米左右厚，其一般由半导体材料构成，衬底材料一般电导率相对于二氧化硅等绝缘体较高，所以衬底材料会对电极上的信号带来较大的损耗，从而降低集成电光调制器的带宽，因此将上述损耗因素消除或者大幅度降低即可提高集成电光调制器的3dB带宽。本发明通过对衬底材料进行挖空处理，可以将衬底材料对电极上信号的损耗降到极低的程度，进而大幅度提高具有衬底材料的集成电光调制器的3dB带宽。
[0036]下面结合说明书附图和【具体实施方式】对本发明做出详细的说明。
[0037]本发明实施例提供了一种通过衬底挖空提高集成电光调制器的3dB带宽的方法，如图1所示，该方法包括以下步骤:
[0038]步骤S101、通过电磁场仿真分析软件计算出集成电光调制器调制区域的横截面上的电场强度分布区域。
[0039]步骤S102、将电场强度分布区域与衬底材料的重叠部分作为挖空区域。
[0040]步骤S103、在电极两侧的挖空区域上方的掩埋二氧化硅层确定需要打开的挖空窗口大小及位置，在不破坏有源区和电极结构的前提下确定需要打开的挖空窗口大小及位置，并刻蚀出挖空窗口。
[0041]步骤S1