[发明专利]一种光调制器PN结的制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种将连续的入射光转换成可以由电信号控制的非连续的光信号的光调制器，尤其涉及一种光调制器PN结的制作方法。

背景技术

光调制器也称电光调制器，是高速、长距离光通信的关键器件，也是最重要的集成光学器件之一。它是通过电压或电场的变化最终调控输出光的折射率、吸收率、振幅或相位的器件。它所依据的基本理论是各种不同形式的电光效应、声光效应、磁光效应、载流子色散效应等。在整体光通信的光发射、传输、接收过程中，光调制器被用于控制光的强度，其作用是非常重要的。

马赫-曾德尔Mach-Zehender(M-Z)型光调制器是将输入光分成两路相等的信号分别进入调制器的两个光支路，这两个光支路采用的材料是电光性材料，其折射率随外部施加的电信号大小而变化。由于光支路的折射率变化会导致信号相位的变化，当两个支路信号调制器输出端再次结合在一起时，合成的光信号将是一个强度大小变化的干涉信号，相当于把电信号的变化转换成了光信号的变化，实现了光信号的调制。

近些年来，由于铌酸锂(LiNbO₃)波导的低损耗、高电光效率等特性，铌酸锂在2.5Gb/s及更高速率的光调制器中得到越来越广泛的使用。基于马赫-曾德尔(M-Z)波导结构的LiNbO₃行波调制器已经成为现有系统中使用最广泛的调制器。

并且，为了进一步提高M-Z型光调制器的速度，同时降低其功耗，目前已提出了对M-Z型光调制器采用绝缘硅(SOI：Silicon On Insulator)技术，即将M-Z型光调制器制作在绝缘硅衬底上。其中，SOI M-Z型光调制器中二极管发挥着非常重要的作用。和普通二极管相比，在结构上不同的是，光调制器中的PN结通常制作在各种形状的光波导上，而光需要穿过该PN结的侧面，因此，PN结的结深很浅，一般小于1微米。

请参考图1，图1为现有的光调制器PN结的制作步骤流程图，如图1所示，现有的光调制器PN结的制作包括如下步骤：

提供一衬底，请参考图2，图2为衬底结构示意图，其中该衬底100为SOI衬底硅片，包括硅衬底101、位于所述硅衬底101上的氧化埋层(BOX：BuriedOxide Layer)102以及位于所述氧化埋层102上的硅膜103；

对所述衬底进行曝光和刻蚀，形成目标光波导和调制器图形，请参考图3，图3为刻蚀后的衬底的结构示意图，如图3所示，硅膜103的两端被刻蚀掉，露出氧化埋层102，没有刻蚀掉的硅膜103形成中间高两端低的台阶结构，这是为了让入射的光更集中，使其更好地在硅膜103中传播；

利用第一掩模版对所述经过刻蚀的衬底进行轻掺杂N^-离子注入，请参考图4，图4为现有的N^-离子注入的示意图，如图4所示，在对所述经过刻蚀的衬底进行N^-离子注入时采用了第一掩模版201，从而使得所述经过刻蚀后的硅膜103的一半区域能进行N^-掺杂，其中，所述N^-离子的浓度为10¹²/cm²～10¹³/cm²；

利用第二掩模版对所述经过轻掺杂N^-离子注入的衬底进行轻掺杂P^-离子注入，请参考图5，图5为现有的P^-离子注入的示意图，如图5所示，经过N^-离子注入后，所述经过刻蚀后的硅膜103的一半区域已经形成N^-掺杂区104，在对所述经过N^-离子注入的衬底进行P^-离子注入时采用了第二掩模版202，从而使得所述经过刻蚀后的硅膜103的另一半区域能进行P^-掺杂，其中，所述P^-离子的浓度为所述N^-离子的浓度的一到十倍。请继续参考图6，图6为现有的经过P^-离子注入后的器件截面示意图，如图6所示，经过P^-离子注入后，所述经过刻蚀后的硅膜103的一半区域形成N^-掺杂区104，另一半区域形成P^-掺杂区105，从而形成光调制器PN结。

然而，现有的光调制器PN结的制作方法需两个掩模版，由于掩模版的成本昂贵，因此现有的光调制器PN结的制作成本较高，且具有N^-和P^-两层掩模版曝光时的对准误差，可能造成工艺误差，从而对器件性能有一定影响。

发明内容