CN112666728B - 一种电光调制器 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种电光调制器，包括脊波导，该脊波导包括脊型部和平板部；脊波导中设有第一掺杂区域和第二掺杂区域，该第一掺杂区域和第二掺杂区域的掺杂类型不同；其中，第一掺杂区域包括设于脊型部中且沿脊型部的延伸方向延伸的竖直区和水平区，以及沿脊型部的延伸方向间隔设置的多个垂直区；第二掺杂区域包括脊型部中除第一掺杂区域外的部分，并与第一掺杂区域的水平区、竖直区和垂直区邻接分别形成包括水平方向、竖直方向和垂直方向的PN结。本申请在脊波导中设计不同方向的多个PN结，扩大了耗尽区的范围，有效提高了调制效率，降低了光损耗，而且不引入额外的寄生电容，避免额外的电容影响调制带宽。

Description

一种电光调制器

技术领域

本申请涉及光器件技术领域，尤其涉及一种电光调制器。

背景技术

硅基电光调制器是硅基光电子芯片中最重要的有源器件之一，在高速光通信中有着极其重要的作用。其功能是将高速变化的电信号转变为高速变化的光信号。

在单波25G以上应用场景的硅光芯片中，目前最可行、最常用的技术方案是基于等离子色散效应(Plasma dispersion effect)的载流子耗尽型调制器(Carrier DepletionModulator)，其相移区(phase shifter)为脊波导结构，如图1所示，包括脊型部11’和平板部(slab部)12’，形成于脊型部11’中的P型掺杂13’和N型掺杂14’，P型掺杂13’和N型掺杂14’邻接形成沿脊型部的延伸方向延伸的竖直PN结。该结构的调制器，其PN结的耗尽层只在两个P型掺杂13’和N型掺杂14’的邻接处，对脊波导内传播的光信号的调制效率偏低，难以满足高速光通信对高速光调制器高调制效率的要求。

发明内容

本申请的目的在于提供一种电光调制器，具有更高的光调制效率或更低的光损耗。

为了实现上述目的之一，本申请提供了一种电光调制器，包括脊波导，所述脊波导包括脊型部和位于所述脊型部两侧的平板部；

所述脊波导中设有第一掺杂区域和第二掺杂区域，所述第一掺杂区域与所述第二掺杂区域的掺杂类型相反；

所述第一掺杂区域包括设于所述脊型部中且沿所述脊型部的延伸方向延伸的竖直区和水平区，以及沿所述脊型部的延伸方向间隔设置的多个垂直区，所述垂直区沿着与所述脊型部延伸方向垂直的方向延伸至所述脊型部一侧的平板部中；

所述水平区、竖直区与所述垂直区相互连接在一起，所述水平区和所述竖直区的底部高于所述脊波导的底部，所述水平区的宽度小于所述脊型部的宽度；

所述第二掺杂区域包括所述脊型部中除所述第一掺杂区域外的部分，所述第二掺杂区延伸至与所述垂直区相对的另一侧的平板部中；

所述第二掺杂区域与所述第一掺杂区域的水平区、竖直区和垂直区邻接分别形成包括水平方向、竖直方向和垂直方向的PN结。

作为实施方式的进一步改进，所述第一掺杂区域的水平区位于所述竖直区的底部、中部或顶部。

作为实施方式的进一步改进，所述第一掺杂区域的水平区位于所述竖直区的一侧或两侧。

作为实施方式的进一步改进，所述第一掺杂区域的水平区和竖直区的底部比所述脊波导的底部高出至少50nm。

作为实施方式的进一步改进，所述第一掺杂区域的水平区的厚度大于或等于30nm。

作为实施方式的进一步改进，所述所述多个垂直区沿所述脊型部的延伸方向等间距设置。

作为实施方式的进一步改进，所述垂直区的占空比为20％～80％。

作为实施方式的进一步改进，所述垂直区所在的平板部为本征区或第一轻掺杂区域；所述第一轻掺杂区域与所述第一掺杂区域的掺杂类型相同。

作为实施方式的进一步改进，所述水平区的宽度大于或等于所述竖直区的宽度。

作为实施方式的进一步改进，所述脊波导还包括第一重掺杂区域和第二重掺杂区域：所述第一重掺杂区域位于所述第一掺杂区域垂直区外侧与所述垂直区的末端连接，所述第一重掺杂区域与所述第一掺杂区域的掺杂类型相同，其掺杂浓度高于所述第一掺杂区域的掺杂浓度；所述第二重掺杂区域位于所述第二掺杂区域外侧与所述第二掺杂区域连接，所述第二重掺杂区域与所述第二掺杂区域的掺杂类型相同，其掺杂浓度高于所述第二掺杂区域的掺杂浓度；所述电光调制器还包括至少两个电极，所述第一重掺杂区域和第二重掺杂区域分别电连接所述两个电极。

作为实施方式的进一步改进，所述垂直区延伸到所述平板部中的延伸长度大于或等于500nm。

作为实施方式的进一步改进，所述脊波导还包括第一中掺杂区域和第二中掺杂区域：所述第一中掺杂区域位于所述第一掺杂区域与所述第一重掺杂区域之间，与所述垂直区的末端连接，所述第一中掺杂区域与所述第一掺杂区域的掺杂类型相同，其掺杂浓度高于所述第一掺杂区域的掺杂浓度，低于所述第一重掺杂区域的掺杂浓度；所述第二中掺杂区域位于所述第二掺杂区域与所述第二重掺杂区域之间，所述第二中掺杂区域与所述第二掺杂区域的掺杂类型相同，其掺杂浓度高于所述第二掺杂区域的掺杂浓度，低于所述第二重掺杂区域的掺杂浓度。

作为实施方式的进一步改进，所述垂直区延伸到所述平板部中的延伸长度在0～500nm之间。

本申请还提供了另一种电光调制器，包括脊波导，所述脊波导包括脊型部和位于所述脊型部两侧的平板部；

所述脊波导中设有第一掺杂区域和第二掺杂区域，所述第一掺杂区域与所述第二掺杂区域的掺杂类型相反；

所述第一掺杂区域包括设于所述脊型部中且沿所述脊型部的延伸方向延伸的中部掺杂区，以及沿所述脊型部的延伸方向间隔设置的多个垂直掺杂区，所述垂直掺杂区沿着与所述脊型部延伸方向垂直的方向延伸至所述脊型部一侧的平板部中；所述垂直掺杂区与所述中部掺杂区相连；

所述第二掺杂区域包括设于所述脊型部中分别位于所述第一掺杂区域的中部掺杂区两侧的两个侧掺杂区，以及位于所述第一掺杂区域上面的顶部掺杂区和/或下面的底部掺杂区；所述两个侧掺杂区通过所述顶部掺杂区和/或底部掺杂区相连；所述第二掺杂区域延伸至与所述垂直掺杂区相对的另一侧的平板部中；

所述第二掺杂区域与所述第一掺杂区域邻接形成包括水平方向、竖直方向和垂直方向的PN结。

作为实施方式的进一步改进，所述第一掺杂区域的中部掺杂区的横截面为矩形；或者所述第一掺杂区域的中部掺杂区包括竖直区和水平区，所述竖直区和水平区相连。

作为实施方式的进一步改进，所述垂直区所在的平板部为本征区或第一轻掺杂区域；所述第一轻掺杂区域与所述第一掺杂区域的掺杂类型相同。

作为实施方式的进一步改进，所述第二掺杂区域的侧掺杂区的宽度大于或等于50nm，所述顶部掺杂区和所述底部掺杂区中的至少一个的厚度大于或等于50nm。

本申请的有益效果：在脊波导中设计不同方向的多个PN结，扩大了耗尽区的范围，有效提高了调制效率，降低了光损耗，而且不引入额外的寄生电容，避免额外的电容影响调制带宽。

附图说明

图1为常用脊波导的掺杂结构示意图；

图2为本申请实施例1的电光调制器示意图；

图3为本申请实施例1的脊波导的掺杂结构示意图；

图4为图3中横截面A-A示意图；

图5为图3中纵截面B-B示意图；

图6为本申请实施例2的脊波导的掺杂结构示意图；

图7为本申请实施例3的脊波导的掺杂结构示意图；

图8为本申请实施例4的脊波导的掺杂结构示意图；

图9为本申请实施例5的脊波导的掺杂结构示意图；

图10为本申请实施例6的脊波导的掺杂结构示意图；

图11为图10中横截面C-C示意图；

图12为本申请实施例7的脊波导的掺杂结构示意图；

图13为图12中横截面D-D示意图；

图14为本申请实施例8的电光调制器示意图。

具体实施方式

以下将结合附图所示的具体实施方式对本申请进行详细描述。但这些实施方式并不限制本申请，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本申请的保护范围内。

在本申请的各个图示中，为了便于图示，结构或部分的某些尺寸会相对于其它结构或部分夸大，因此，仅用于图示本申请的主题的基本结构。

另外，本文使用的例如“上”、“上方”、“下”、“下方”等表示空间相对位置的术语是出于便于说明的目的来描述如附图中所示的一个单元或特征相对于另一个单元或特征的关系。空间相对位置的术语可以旨在包括设备在使用或工作中除了图中所示方位以外的不同方位。例如，如果将图中的设备翻转，则被描述为位于其他单元或特征“下方”或“之下”的单元将位于其他单元或特征“上方”。因此，示例性术语“下方”可以囊括上方和下方这两种方位。设备可以以其他方式被定向(旋转90度或其他朝向)，并相应地解释本文使用的与空间相关的描述语。当元件或层被称为在另一部件或层“上”、与另一部件或层“连接”时，其可以直接在该另一部件或层上、连接到该另一部件或层，或者可以存在中间元件或层。

实施例1

如图2-5所示，该实施例的电光调制器至少包括脊波导10和两个电极20。其中，脊波导10包括脊型部11和脊型部11两侧的平板部12。脊波导10中设有第一掺杂区域13和第二掺杂区域14，该实施例中，第一掺杂区域13为P型掺杂，第二掺杂区域14为N型掺杂，当然，在其它实施例中，也可以是第一掺杂区域13为N型掺杂，第二掺杂区域14为P型掺杂。上述第一掺杂区域13包括设于脊型部11中且沿脊型部11的延伸方向(如图示y轴方向)延伸的竖直区132和水平区131，以及沿脊型部11的延伸方向间隔设置的多个垂直区133，该多个垂直区133沿着与脊型部11延伸方向垂直的方向(即图示x轴方向)延伸至脊型部11一侧的平板部12中。上述第一掺杂区域13的水平区131和竖直区132组成第一掺杂区域13的中部掺杂区，水平区131和竖直区132的底部高于脊波导10的底部，水平区131的宽度小于脊型部11的宽度，垂直区133也可称为垂直掺杂区。第二掺杂区域14包括脊型部11中除上述第一掺杂区域13外的部分、并延伸至与垂直区133相对的另一侧的平板部12中，主要包括设于脊型部11中位于第一掺杂区域13中部掺杂区两侧的两个侧掺杂区，以及位于中部掺杂区下面的底部掺杂区，在其它实施例中，也可以在第一掺杂区域13中部掺杂区的上面设置第二掺杂区域的顶部掺杂区。第二掺杂区域的两个侧掺杂区通过底部掺杂区或顶部掺杂区相连。该第二掺杂区域14与第一掺杂区域13的水平区131、竖直区132和垂直区133邻接分别形成包括水平方向P1、竖直方向P2和垂直方向P3的PN结。这里，水平区131与图示的xy平面平行，竖直区132与图示的yz平面平行，垂直区133与图示的xz平面平行。

脊波导10的平板部12在上述第一掺杂区域13的垂直区133外侧还设有第一重掺杂区域16，在第二掺杂区域14外侧设有第二重掺杂区域17。其中，第一重掺杂区域16与第一掺杂区域13的垂直区133的末端连接，且第一重掺杂区域16与第一掺杂区域13的掺杂类型相同，其掺杂浓度高于第一掺杂区域13的掺杂浓度。第二重掺杂区域17与第二掺杂区域14连接，且第二重掺杂区域17与第二掺杂区域14的掺杂类型相同，其掺杂浓度高于第二掺杂区域14的掺杂浓度。该实施例中，第一掺杂区域13和第二掺杂区域14的掺杂浓度在1×10¹⁷cm^-3～9×10¹⁸cm^-3范围内；第一重掺杂区域16和第二重掺杂区域17的掺杂浓度在5×10¹⁹cm^-3～1×10²¹cm^-3范围内。第一重掺杂区域16和第二重掺杂区域17分别通过导电过孔30等方式电连接两个电极20。工作时，分别通过两个电极20施加电信号，使第一重掺杂区域16处于较低电势，第二重掺杂区域17处于较高电势。第一重掺杂区域16通过第一掺杂区域13的各垂直区133将低电势施加在第一掺杂区域13上，第二重掺杂区域17将高电势施加在第二掺杂区域14上，以在上述水平方向P1、竖直方向P2和垂直方向P3的PN结处均产生耗尽区，使光信号在脊波导内传播的有效折射率产生变化，从而改变光信号的相位，实现光信号的调制。该实施例的光调制器在脊波导中设计了不同方向的多个PN结，水平方向、竖直方向和垂直方向均有PN结，扩大了耗尽区的范围，有效提高了调制效率。

该实施例中，第一掺杂区域13的水平区131和竖直区132的底部高于脊波导10的底部，水平区131的宽度L小于脊型部11的宽度、大于竖直区132的宽度，在其它实施例中，水平区131的宽度L也可以等于竖直区132的宽度，即水平区131和竖直区132一起形成的横截面为矩形。即在第一掺杂区域13两侧和底部的第二掺杂区域14是相互导通的，从而连接第二掺杂区域14的电极20只需设在脊型部11的一侧，与常用PN结设计的电光调制器的电极通用，不会引入额外的寄生电容，避免额外的电容影响调制带宽。虽然增加了PN结的数量，会影响结电容，但是可以通过设计合适的调制长度，获得所需要的消光比和带宽，以及较小的光学损耗。

该实施例中，第一掺杂区域13的水平区131和竖直区132的底部比脊波导10的底部高出至少50nm，即在第一掺杂区域13下面的第二掺杂区域14的厚度H1至少还有50nm，与第一掺杂区域13的水平区131形成水平方向P1的PN结，这里，第一掺杂区域13的水平区131的厚度H2大于或等于30nm。第一掺杂区域13两侧的第二掺杂区域14则分别与第一掺杂区域13的竖直区132和垂直区133形成竖直方向P2和垂直方向P3的PN结。该实施例中，第一掺杂区域13的水平区131位于竖直区132的底部两侧，与竖直区132一起形成横截面为“丄”型的掺杂区。该水平区131的上下表面均邻接第二掺杂区域14，形成两个背对的水平方向P1的PN结。竖直区132也分别与其两侧的第二掺杂区域14邻接，形成两个背对的竖直方向P2的PN结。每个垂直区133也分别与其前后的第二掺杂区域14邻接，形成两个背对的垂直方向P3的PN结，在脊型部11的延伸方向间隔地形成多对背对的垂直方向P3的PN结。该实施例中，多个垂直区133沿脊型部11的延伸方向等间距设置，垂直区133的占空比在20％～80％。各垂直区133之间的平板部12为本征区15，垂直区延伸到平板部中的延伸长度即该本征区15的宽度D大于或等于500nm，即第一重掺杂区域16到第二掺杂区域14之间的间距D至少500nm，以尽量减少光学损耗。当然，在其它实施例中，本征区15也可以有轻掺杂，由第一轻掺杂区替代，第一轻掺杂区域与第一掺杂区域的掺杂类型相同，其掺杂浓度在1×10¹⁶cm^-3～1×10¹⁷cm^-3范围内。

实施例2

如图6所示，与实施例1不同的是，该实施例中第一掺杂区域的水平区只设在竖直区底部的一侧，与竖直区一起形成横截面为“L”型的掺杂区。该水平区的上下表面同样邻接第二掺杂区域，形成两个背对的水平方向的PN结。竖直区也分别与其两侧的第二掺杂区域邻接，形成两个背对的竖直方向的PN结。每个垂直区也分别与其前后的第二掺杂区域邻接，形成两个背对的垂直方向的PN结，在脊型部的延伸方向间隔地形成多对背对的垂直方向的PN结。该实施例中，水平区设在竖直区的右侧，在其它实施例中，也可以将水平区设在竖直区的左侧，与竖直区一起形成横截面为反“L”型的掺杂区。

实施例3

如图7所示，与实施例1不同的是，该实施例中的第一掺杂区域13的水平区131只设在竖直区132中部的一侧，与竖直区132一起形成横截面为类似横的“T”型的掺杂区。同样，竖直区132的底部高出脊波导10的底部至少50nm，即在第一掺杂区域13的下面至少还有50nm厚的第二掺杂区域14以导通第一掺杂区域13两侧的第二掺杂区域14。上述水平区131的上下表面同样邻接第二掺杂区域14，形成两个背对的水平方向的PN结。竖直区132也分别与其两侧的第二掺杂区域14邻接，形成两个背对的竖直方向的PN结。每个垂直区133也分别与其前后的第二掺杂区域14邻接，形成两个背对的垂直方向的PN结，在脊型部11的延伸方向间隔地形成多对背对的垂直方向的PN结。该实施例中，水平区131设在竖直区132的左侧，在其它实施例中，也可以将水平区131设在竖直区132的右侧或两侧均设置。

实施例4

如图8所示，与实施例1不同的是，该实施例中的第一掺杂区域13的水平区131分成两部分，一部分设在竖直区132左侧顶部，另一部分设在竖直区132右侧底部，与竖直区132一起形成横截面为“Z”型的掺杂区。位于顶部的部分水平区131的下面与第二掺杂区域14邻接，形成单个水平方向的PN结，位于底部的部分水平区131的上下表面同样都邻接第二掺杂区域14，形成两个背对的水平方向的PN结。竖直区132也分别与其两侧的第二掺杂区域14邻接，形成两个背对的竖直方向的PN结。每个垂直区133也分别与其前后的第二掺杂区域14邻接，形成两个背对的垂直方向的PN结，在脊型部11的延伸方向间隔地形成多对背对的垂直方向的PN结。

当然，在其它实施例中，第一掺杂区域的水平区还可以有不同的变形，也不限制其数量，比如水平区还可以与竖直区一起形成横截面为“十”字型、“土”字型、“王”字型或“T”型、“E”型等。

实施例5

如图9所示，该实施例的电光调制器包括脊波导10和两个电极，脊波导10两侧的第一重掺杂区域和第二重掺杂区域分别与两个电极电连接。其中，脊波导10包括脊型部11和位于脊型部11两侧的平板部12。脊波导10中设有第一掺杂区域13和第二掺杂区域14，第一掺杂区域13与第二掺杂区域14的掺杂类型相反，该实施例中，第一掺杂区域13为P型掺杂，第二掺杂区域14为N型掺杂，当然，在其它实施例中，也可以是第一掺杂区域13为N型掺杂，第二掺杂区域14为P型掺杂。其中，第一掺杂区域13包括设于脊型部11中且沿脊型部11的延伸方向(即图示的y轴方向)延伸的中部掺杂区134(可包括水平区和竖直区)，以及沿脊型部11的延伸方向间隔设置的多个垂直掺杂区135(同上述各实施例中的垂直区)，该垂直掺杂区135沿着与脊型部11延伸方向垂直的方向(即图示x轴方向)延伸至脊型部11一侧的平板部12中，垂直掺杂区135与中部掺杂区134相连。上述第二掺杂区域14包括设于脊型部11中分别位于第一掺杂区域13的中部掺杂区134两侧的两个侧掺杂区141，以及位于第一掺杂区域13下面的底部掺杂区142，两个侧掺杂区141通过底部掺杂区142相连。第二掺杂区域14延伸至与上述垂直掺杂区135相对的另一侧的平板部12中。第二掺杂区域14的两个侧掺杂区141分别与第一掺杂区域13的中部掺杂区134和垂直掺杂区135邻接，形成包括竖直方向P2和垂直方向P3的PN结；第二掺杂区域14的底部掺杂区142与第一掺杂区域13的中部掺杂区134邻接，形成水平方向P1的PN结。

同实施例1一样，脊波导外侧的第一重掺杂区域与第一掺杂区域13的垂直掺杂区135的末端连接，且第一重掺杂区域与第一掺杂区域13的掺杂类型相同，其掺杂浓度高于第一掺杂区域13的掺杂浓度。第二重掺杂区域与第二掺杂区域14连接，且第二重掺杂区域与第二掺杂区域14的掺杂类型相同，其掺杂浓度高于第二掺杂区域14的掺杂浓度。工作时，分别通过两个电极施加电信号，使第一重掺杂区域处于较低电势，第二重掺杂区域处于较高电势。第一重掺杂区域通过第一掺杂区域13的各垂直掺杂区135将低电势施加在第一掺杂区域13上，第二重掺杂区域将高电势施加在第二掺杂区域14上，以在上述水平方向P1、竖直方向P2和垂直方向P3的PN结处均产生耗尽区，使光信号在脊波导内传播的有效折射率产生变化，从而改变光信号的相位，实现光信号的调制。该实施例的光调制器在脊波导中设计了不同方向的多个PN结，水平方向、竖直方向和垂直方向均有PN结，扩大了耗尽区的范围，有效提高了调制效率。

该实施例中，第二掺杂区域14的侧掺杂141区的宽度d大于或等于50nm，底部掺杂区142的厚度h大于或等于50nm，两个侧掺杂区141通过底部掺杂区142相连。即在第一掺杂区域13两侧和底部的第二掺杂区域14是相互导通的，从而电连接第二掺杂区域14的电极只需设在脊型部11的一侧，与常用PN结设计的电光调制器的电极通用，不会引入额外的寄生电容，避免额外的电容影响调制带宽。虽然增加了PN结的数量，会影响结电容，但是可以通过设计合适的调制长度，获得所需要的消光比和带宽，以及较小的光学损耗。

同实施例一样，该实施例中，多个垂直掺杂区135沿脊型部11的延伸方向等间距设置，垂直掺杂区135的占空比为20％～80％。各垂直掺杂区135之间的平板部12为本征区15，该本征区15的宽度D大于或等于500nm，即第一重掺杂区域到第二掺杂区域14之间的间距D至少500nm，以尽量减少光学损耗。当然，在其它实施例中，本征区15也可以有轻掺杂，由第一轻掺杂区替代，第一轻掺杂区域与第一掺杂区域的掺杂类型相同，其掺杂浓度小于第一掺杂区域的掺杂浓度。

该实施例中，第一掺杂区域13的中部掺杂区134的横截面为矩形，在其它实施例中，第一掺杂区域13的中部掺杂区134还可以包括竖直区和水平区，竖直区和水平区相连，形成横截面为“十”字型、“土”字型、“干”字型、“王”字型、“丄”字型或“T”型、“E”型、“L”型、“Z”型等。中部掺杂区的水平区与第二掺杂区域的底部掺杂区邻接形成水平方向的PN结，中部掺杂区的竖直区与第二掺杂区域的两个侧掺杂区邻接形成竖直方向的PN结，垂直掺杂区间隔设置在第二掺杂区域的其中一个侧掺杂区中，与该侧掺杂区邻接形成多个垂直方向的PN结。

实施例6

如图10和11所示，与实施例5一样，该实施例中，第一掺杂区域13包括设于脊型部11中且沿脊型部11的延伸方向(即图示的y轴方向)延伸的中部掺杂区134(可包括水平区和竖直区)，以及沿脊型部11的延伸方向间隔设置的多个垂直掺杂区135(同上述各实施例中的垂直区)，该垂直掺杂区135沿着与脊型部11延伸方向垂直的方向(即图示x轴方向)延伸至脊型部11一侧的平板部12中，垂直掺杂区135与中部掺杂区134相连。

与实施例5不同的是，该实施例中，第二掺杂区域14包括设于脊型部11中分别位于第一掺杂区域13的中部掺杂区134两侧的两个侧掺杂区141，以及位于第一掺杂区域13上面的顶部掺杂区143，两个侧掺杂区141通过顶部掺杂区143相连。第二掺杂区域14延伸至与上述垂直掺杂区135相对的另一侧的平板部12中。第二掺杂区域14的两个侧掺杂区141分别与第一掺杂区域13的中部掺杂区134和垂直掺杂区135邻接，形成包括竖直方向P2和垂直方向P3的PN结；第二掺杂区域14的顶部掺杂区143与第一掺杂区域13的中部掺杂区134邻接，形成水平方向P1的PN结。

该实施例中，第二掺杂区域14的侧掺杂141区的宽度d大于或等于50nm，顶部掺杂区143的厚度h大于或等于50nm，两个侧掺杂区141通过顶部掺杂区143相连。即在第一掺杂区域13两侧和顶部的第二掺杂区域14是相互导通的，从而电连接第二掺杂区域14的电极只需设在脊型部11的一侧，与常用PN结设计的电光调制器的电极通用，不会引入额外的寄生电容，避免额外的电容影响调制带宽。虽然增加了PN结的数量，会影响结电容，但是可以通过设计合适的调制长度，获得所需要的消光比和带宽，以及较小的光学损耗。该实施例中，第一掺杂区域13的垂直掺杂区135的高度与第二掺杂区域14的侧掺杂区141的高度相同，伸入到第二掺杂区域14的顶部掺杂区143中，将第二掺杂区域14的顶部掺杂区143分成类似梳状结构，垂直掺杂区135也与顶部掺杂区143邻接形成垂直方向的PN结，增大了垂直方向PN结的面积。

实施例7

如图12和13所示，与实施例6不同的是，该实施例中，第一掺杂区域13的垂直掺杂区135的高度低于第二掺杂区域14侧掺杂区141的高度，与第一掺杂区域13中部掺杂区134的高度相等。掺杂结构相对简单，方便生产。

实施例5-7中，第二掺杂区域包括两个侧掺杂区和一个顶部掺杂区或一个底部掺杂区，在其它实施例中，第二掺杂区域也可以同时包括底部掺杂区和顶部掺杂区。底部掺杂区和顶部掺杂区可以同时都连接两个侧掺杂区，或者顶部掺杂区和底部掺杂区中的一个同时连接两个侧掺杂区，另一个至少连接其中一个侧掺杂区。

实施例8

如图14所示，与实施例1不同的是，该实施例中电光调制器的脊波导还包括第一中掺杂区域18和第二中掺杂区域19。其中，第一中掺杂区域18位于第一掺杂区域13与第一重掺杂区域16之间，与垂直区133的末端连接。该第一中掺杂区域18与第一掺杂区域13的掺杂类型相同，其掺杂浓度高于第一掺杂区域13的掺杂浓度，低于第一重掺杂区域16的掺杂浓度。第二中掺杂区域19位于第二掺杂区域14与第二重掺杂区域17之间，该第二中掺杂区域19与第二掺杂区域14的掺杂类型相同，其掺杂浓度高于第二掺杂区域14的掺杂浓度，低于第二重掺杂区域17的掺杂浓度。这里，第一掺杂区域13和第二掺杂区域14的掺杂浓度在1×10¹⁷cm^-3～9×10¹⁸cm^-3范围内，第一中掺杂区域18和第二中掺杂区域19的掺杂浓度在1×10¹⁸cm^-3～9×10¹⁹cm^-3范围内，第一重掺杂区域16和第二重掺杂区域17的掺杂浓度在5×10¹⁹cm^-3～1×10²¹cm^-3范围内。

该实施例中，第一掺杂区域13的垂直区133延伸到平板部中的延伸长度即本征区15的宽度D在0～500nm的范围内，即第一中掺杂区域18到第二掺杂区域14之间的间距D在0～500nm的范围内。在其它实施例中，本征区15也可以有轻掺杂，由第一轻掺杂区替代，第一轻掺杂区域与第一掺杂区域的掺杂类型相同，其掺杂浓度在1×10¹⁶cm^-3～1×10¹⁷cm^-3范围内。

上述各实施例中，脊波导的脊型部宽度优选在300～600nm范围内，P型掺杂优选硼作为掺杂杂质，N型掺杂优选磷作为掺杂杂质。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本申请的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本申请的保护范围，凡未脱离本申请技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (17)

1.一种电光调制器，其特征在于：包括脊波导，所述脊波导包括脊型部和位于所述脊型部两侧的平板部；

所述脊波导中设有第一掺杂区域和第二掺杂区域，所述第一掺杂区域与所述第二掺杂区域的掺杂类型相反；

所述第一掺杂区域包括设于所述脊型部中且沿所述脊型部的延伸方向延伸的竖直区和水平区，以及沿所述脊型部的延伸方向间隔设置的多个垂直区，所述垂直区沿着与所述脊型部延伸方向垂直的方向延伸至所述脊型部一侧的平板部中；

所述水平区、竖直区与所述垂直区相互连接在一起，所述水平区和所述竖直区的底部高于所述脊波导的底部，所述水平区的宽度小于所述脊型部的宽度；

所述第二掺杂区域包括所述脊型部中除所述第一掺杂区域外的部分，所述第二掺杂区延伸至与所述垂直区相对的另一侧的平板部中；

所述第二掺杂区域与所述第一掺杂区域的水平区、竖直区和垂直区邻接分别形成包括水平方向、竖直方向和垂直方向的PN结。

2.根据权利要求1所述的电光调制器，其特征在于：所述第一掺杂区域的水平区位于所述竖直区的底部、中部或顶部。

3.根据权利要求2所述的电光调制器，其特征在于：所述第一掺杂区域的水平区位于所述竖直区的一侧或两侧。

4.根据权利要求1所述的电光调制器，其特征在于：所述第一掺杂区域的水平区和竖直区的底部比所述脊波导的底部高出至少50nm。

5.根据权利要求1所述的电光调制器，其特征在于：所述第一掺杂区域的水平区的厚度大于或等于30nm。

6.根据权利要求1所述的电光调制器，其特征在于：所述多个垂直区沿所述脊型部的延伸方向等间距设置。

7.根据权利要求6所述的电光调制器，其特征在于：所述垂直区的占空比为20％～80％。

8.根据权利要求1所述的电光调制器，其特征在于：所述垂直区所在的平板部为本征区或第一轻掺杂区域；所述第一轻掺杂区域与所述第一掺杂区域的掺杂类型相同。

9.根据权利要求1所述的电光调制器，其特征在于：所述水平区的宽度大于或等于所述竖直区的宽度。

10.根据权利要求1-9任一项所述的电光调制器，其特征在于：

所述脊波导还包括第一重掺杂区域和第二重掺杂区域：

所述第一重掺杂区域位于所述第一掺杂区域垂直区外侧与所述垂直区的末端连接，所述第一重掺杂区域与所述第一掺杂区域的掺杂类型相同，其掺杂浓度高于所述第一掺杂区域的掺杂浓度；

所述第二重掺杂区域位于所述第二掺杂区域外侧与所述第二掺杂区域连接，所述第二重掺杂区域与所述第二掺杂区域的掺杂类型相同，其掺杂浓度高于所述第二掺杂区域的掺杂浓度；

所述电光调制器还包括至少两个电极，所述第一重掺杂区域和第二重掺杂区域分别电连接所述两个电极。

11.根据权利要求10所述的电光调制器，其特征在于：所述垂直区延伸到所述平板部中的延伸长度大于或等于500nm。

12.根据权利要求10所述的电光调制器，其特征在于：

所述脊波导还包括第一中掺杂区域和第二中掺杂区域：

所述第一中掺杂区域位于所述第一掺杂区域与所述第一重掺杂区域之间，与所述垂直区的末端连接，所述第一中掺杂区域与所述第一掺杂区域的掺杂类型相同，其掺杂浓度高于所述第一掺杂区域的掺杂浓度，低于所述第一重掺杂区域的掺杂浓度；

所述第二中掺杂区域位于所述第二掺杂区域与所述第二重掺杂区域之间，所述第二中掺杂区域与所述第二掺杂区域的掺杂类型相同，其掺杂浓度高于所述第二掺杂区域的掺杂浓度，低于所述第二重掺杂区域的掺杂浓度。

13.根据权利要求12所述的电光调制器，其特征在于：所述垂直区延伸到所述平板部中的延伸长度在0～500nm之间。

14.一种电光调制器，其特征在于：包括脊波导，所述脊波导包括脊型部和位于所述脊型部两侧的平板部；

所述脊波导中设有第一掺杂区域和第二掺杂区域，所述第一掺杂区域与所述第二掺杂区域的掺杂类型相反；

所述第一掺杂区域包括设于所述脊型部中且沿所述脊型部的延伸方向延伸的中部掺杂区，以及沿所述脊型部的延伸方向间隔设置的多个垂直掺杂区，所述垂直掺杂区沿着与所述脊型部延伸方向垂直的方向延伸至所述脊型部一侧的平板部中；所述垂直掺杂区与所述中部掺杂区相连；

所述第二掺杂区域包括设于所述脊型部中分别位于所述第一掺杂区域的中部掺杂区两侧的两个侧掺杂区，以及位于所述第一掺杂区域上面的顶部掺杂区和/或下面的底部掺杂区；所述两个侧掺杂区通过所述顶部掺杂区和/或底部掺杂区相连；所述第二掺杂区域延伸至与所述垂直掺杂区相对的另一侧的平板部中；所述第二掺杂区域与所述第一掺杂区域邻接形成包括水平方向、竖直方向和垂直方向的PN结。

15.根据权利要求14所述的电光调制器，其特征在于：所述第一掺杂区域的中部掺杂区的横截面为矩形；或者所述第一掺杂区域的中部掺杂区包括竖直区和水平区，所述竖直区和水平区相连。

16.根据权利要求14所述的电光调制器，其特征在于：所述垂直掺杂区所在的平板部为本征区或第一轻掺杂区域；所述第一轻掺杂区域与所述第一掺杂区域的掺杂类型相同。

17.根据权利要求14所述的电光调制器，其特征在于：所述第二掺杂区域的侧掺杂区的宽度大于或等于50nm，所述顶部掺杂区和所述底部掺杂区中的至少一个的厚度大于或等于50nm。

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