[发明专利]制作用于1.55微米通信波段硅波导光电转换器的方法

权利要求书

1.一种制作用于1.55微米通信波段的硅波导光电转换器的方法，其特征在于，该方法包括：

采用干法刻蚀或湿法腐蚀的方式在绝缘体上硅SOI的顶层硅(11)上刻蚀出直波导(13)和环形波导(1)，并使直波导(13)与环形波导(1)相切或保持一定的耦合关系；

采用离子注入或扩散的方法，在环形波导(1)一侧注入或扩散V族离子并退火，形成波导侧壁连续的n型掺杂区；在环形波导(1)另一侧注入或扩散III族离子并退火，形成波导侧壁连续的p型掺杂区，从而在环形波导(1)表层上构造横向p-i-n结构，并控制本征区(i)的宽度；

采用离子注入方式向环形波导(1)表面的本征区(i)内注入硅离子Si⁺、银离子Ag⁺或氢离子H⁺，并退火，制备深能级缺陷；

在第二n型掺杂区(4)和第二p型掺杂区(5)表面、以及SOI材料(8)背面分别蒸发金属电极，形成非带隙吸收、深能级电荷遂穿、波长可调的硅波导光电转换器。

2.根据权利要求1所述的制作用于1.55微米通信波段的硅波导光电转换器的方法，其特征在于，所述波导侧壁连续的n型和p型掺杂区，是通过控制退火温度和时间，使第一n型掺杂区(2)和第二n型掺杂区(4)中的离子相互扩散，形成相互连接，使第一p型掺杂区(3)和第二p型掺杂区(5)中的离子相互扩散，形成相互连接，从而使在第二n型掺杂区(4)与第二p型掺杂区(5)上制备的电极可控制波导上的p-i-n结构，其中i为本征区；或者

所述波导侧壁连续的n型或p型掺杂区，是通过梯形波导环的制备，从而在离子垂直注入中，使n型掺杂区从第一n型掺杂区(2)到第二n型掺杂区(4)保持连续，使p型掺杂区从第一p型掺杂区(3)到第二p型掺杂区(5)保持连续，进而在第二n型掺杂区(4)和第二p型掺杂区(5)上制备的电极可控制波导上的p-i-n结构，其中i为本征区。

3.根据权利要求1所述的制作用于1.55微米通信波段的硅波导光电转换器的方法，其特征在于，所述控制本征区(i)的宽度，是指在一定的缺陷光吸收前题下，尽量减小本征区宽度，使其小于2微米。

4.根据权利要求3所述的制作用于1.55微米通信波段的硅波导光电转换器的方法，其特征在于，所述本征区(i)宽度，并非波导的宽度，而是通过p型掺杂区、n型掺杂区“爬”上波导，从而可在各种横截面尺寸的波导上设计窄本征区的p-i-n结构及其器件。

5.根据权利要求4所述的制作用于1.55微米通信波段的硅波导光电转换器的方法，其特征在于，所述各种横截面尺寸的波导，其横截面积在5×5至0.1×0.1平方微米之间。

6.根据权利要求1所述的制作用于1.55微米通信波段的硅波导光电转换器的方法，其特征在于，所述采用离子注入方式向环形波导(1)表面的本征区(i)内注入硅离子Si⁺、银离子Ag⁺或氢离子H⁺的步骤中，离子注入电压小于300千伏，注入基体为Si波导表面，注入深度小于2微米，且退火使其激活。

7.根据权利要求1所述的制作用于1.55微米通信波段的硅波导光电转换器的方法，其特征在于，所述深能级缺陷，是指缺陷在半导体带隙中处于深能级位置，就硅而言，深能级应在高于价带0.3eV以上、低于导带0.3eV以下的范围内。

8.根据权利要求1所述的制作用于1.55微米通信波段的硅波导光电转换器的方法，其特征在于，所述直波导(13)与环形波导(1)保持一定的耦合关系，是指直波导(13)中心与环形波导(1)中心的间距小于4微米，满足环形波导(1)从直波导(13)中耦合下载1.55微米波段特定波长的光信号，从而避开深能级缺陷对其它信号波长的吸收。

9.根据权利要求1所述的制作用于1.55微米通信波段的硅波导光电转换器的方法，其特征在于，所述环形波导，其周长是1.55微米通信波长的整数倍，从而对该波长形成很高的谐振特性，加强环形腔表层深能级缺陷对光信号的吸收，并大大减少器件尺寸，使器件长度由1毫米降低到0.1毫米。

10.根据权利要求1所述的制作用于1.55微米通信波段的硅波导光电转换器的方法，其特征在于，所述金属电极为Al电极、Al/Ti电极或Al基合金电极。