一种移相器及其制造方法、半导体器件、光通信系统与流程

1.本技术涉及光通信技术领域，尤其涉及一种移相器及其制造方法、半导体器件、光通信系统。


背景技术：

2.随着物联网、大数据、云计算、5g等新兴业务的不断涌现和普及，数据传输总量急剧增长，导致现有的光通信系统面临着巨大的承载应力，如何持续提高传输系统的带宽和效率是光通信技术发展的重点。在光通信系统中，移相器是重要的组成部分，移相器包括电场中的传输介质，传输介质层的折射率在电场的作用下发生改变，从而可以改变传输介质中光信号的相位，利用一个或多个移相器可以实现光信号的特性的改变，例如强度的改变或相位的改变。
3.举例来说，电光调制器包括移相器结构，从而可以利用电光调制器将电信号转化为光信号，电光调制器是光通信系统中最核心的器件之一，也是决定着光通信系统带宽的重要因素，更高效率、高带宽的电光调制器对于实现更高性能的光通信系统具有非常重要的意义。
4.然而目前的移相器具有工艺复杂，调制效率低的问题，导致光通信系统的性能受限。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本技术提供了一种移相器及其制造方法、半导体器件、光通信系统，简化了移相器的制备工艺，得到较高的相位调制效率，提高光通信系统的性能。
6.为了解决上述技术问题，本技术采用了如下技术方案：
7.本技术第一方面提供了一种移相器，包括衬底、第一介质层、第一波导、电光晶体膜层、第二波导、金属电极，其中第一介质层设置于衬底上，第一介质层中设置有第一波导，第一波导的折射率大于第一介质层的折射率，电光晶体膜层设置于第一介质层之上，第二波导可以设置在电光晶体膜层之上，且与第一波导在纵向上正对设置，金属电极可以设置在第二波导两侧，这样在电光晶体膜层中有光信号时，第一波导可以在下方对光场进行限制，第二波导可以在上方对光场进行限制，第一波导和第二波导在纵向上正对，因此在横向上共同进行了光场的限制，提高了对光场的限制能力，降低金属电极对光信号的吸收损耗，利于金属电极之间实现较小的距离，提高了电场和光场的重合效率，提高电光调制效率。同时，电光晶体膜层作为平板结构而无需经过刻蚀，因此可以简化制造工艺，降低制造成本。
8.在一些可能的实施方式中，所述电光晶体膜层和所述第一介质层通过键合结合。
9.本技术实施例中，电光晶体膜层可以和第一介质层通过键合结合，从而使结合强度高，工艺简单。
10.在一些可能的实施方式中，所述电光晶体膜层的材料为铌酸锂、钛酸钡或锆钛酸铅。
11.本技术实施例中，可以限定电光晶体膜层的材料为铌酸锂、钛酸钡或锆钛酸铅，这些材料具有较好的线性电光效应，因此使移相器具有良好的调制效率。
12.在一些可能的实施方式中，所述电光晶体膜层的厚度小于或等于1.5微米。
13.本技术实施例中，电光晶体膜层的厚度可以小于或等于1.5毫米，从而使电光晶体膜层控制在单模状态，利于光信号的传播和控制。
14.在一些可能的实施方式中，所述第一波导为与第一平板层构成一体结构的第一脊形结构，所述第一脊形结构朝向所述电光晶体膜层设置，所述第一介质层位于所述第一波导两侧的第一平板层上；和/或，所述第二波导为与第二平板层构成一体结构的第二脊形结构，所述第二脊形结构背向所述电光晶体膜层设置，所述金属电极位于所述第二波导两侧的第二平板层上方。
15.本技术实施例中，第一波导和第二波导可以为与平板结构构成一体结构的脊形结构，从而可以提高器件的结构稳定性。
16.在一些可能的实施方式中，所述第一波导和所述第二波导的材料为硅、氮化硅、氧化硅和二氧化钛中的一种或多种。
17.本技术实施例中，第一波导和第二波导的材料可以被限定，这些材料为刻蚀难度小的材料，可以提高器件制造的便利性。
18.在一些可能的实施方式中，所述第一波导和所述电光晶体膜层的距离小于或等于200纳米，和/或，所述第二波导和所述电光晶体膜层的距离小于或等于200纳米。
19.本技术实施例中，第一波导和电光晶体膜层的距离可以较小，第二波导和电光晶体膜层的距离也可以较小，从而能够有效的限制电光晶体膜层中的光场。
20.在一些可能的实施方式中，所述移相器还包括第二介质层；
21.所述第二介质层设置于所述电光晶体膜层之上，且至少覆盖所述第二波导和所述金属电极的侧壁；所述第二介质层的折射率小于所述第二波导的折射率。
22.本技术实施例中，还可以包括覆盖第二波导和金属电极的侧壁的第二介质层，第二介质层可以保护第二波导和金属电极，并起电隔离作用，提高器件的可靠性。
23.在一些可能的实施方式中，所述第一介质层的材料为氧化硅、氮化硅中的至少一种，所述第二介质层的材料为氧化硅、氮化硅中的至少一种。
24.本技术实施例中，第一介质层和第二介质层可以为氧化硅和氮化硅中的至少一种，则第一介质层和第二介质层可以具有较好的覆盖性和较简易的制造工艺，利于器件制造。
25.在一些可能的实施方式中，所述移相器还包括：
26.透明导电层；所述透明导电层与所述金属电极连接，且与所述第二波导之间的横向距离小于所述金属电极与所述第二波导之间的横向距离。
27.本技术实施例中，透明导电层具有低光损耗、高导电性的特性，相比于金属电极可以更靠近第二波导，而不会导致高的光损耗，易于提供更高效的电场与光场的重合效率，提高调制效率。
28.本技术第二方面提供了一种移相器的制造方法，包括：
29.提供衬底；
30.在所述衬底上形成第一介质层，所述第一介质层中设置有第一波导，所述第一波
导的折射率大于所述第一介质层的折射率；
31.在所述第一介质层表面形成电光晶体膜层；所述电光晶体膜层的材料为具有电光效应的材料；
32.在所述电光晶体膜层上形成第二波导，以及所述第二波导两侧的金属电极；所述第二波导与所述第一波导在纵向上正对设置。
33.在一些可能的实施方式中，所述在所述第一介质层表面形成电光晶体膜层，包括：
34.在所述第一介质层表面上键合电光晶体结构；所述电光晶体结构包括基底结构和电光晶体膜层，所述电光晶体膜层朝向所述第一介质层键合；
35.去除所述基底结构。
36.在一些可能的实施方式中，所述电光晶体膜层的材料为铌酸锂、钛酸钡或锆钛酸铅。
37.在一些可能的实施方式中，所述电光晶体膜层的厚度小于或等于1.5微米。
38.在一些可能的实施方式中，所述第一波导为与第一平板层构成一体结构的第一脊形结构，所述第一脊形结构朝向所述电光晶体膜层设置，所述第一介质层位于所述第一波导两侧的第一平板层上；和/或，所述第二波导为与第二平板层构成一体结构的第二脊形结构，所述第二脊形结构背向所述电光晶体膜层设置，所述金属电极位于所述第二波导两侧的第二平板层上方。
39.在一些可能的实施方式中，所述第一波导和所述第二波导的材料为硅、氮化硅、氧化硅和二氧化钛中的一种或多种。
40.在一些可能的实施方式中，所述第一波导和所述电光晶体膜层的距离小于或等于200纳米，和/或，所述第二波导和所述电光晶体膜层的距离小于或等于200纳米。
41.在一些可能的实施方式中，所述方法还包括：
42.在所述电光晶体膜层上形成第二介质层，所述第二介质层至少覆盖所述第二波导和所述金属电极的侧壁；所述第二介质层的折射率小于所述第二波导的折射率。
43.在一些可能的实施方式中，所述第一介质层的材料为氧化硅、氮化硅中的至少一种，所述第二介质层的材料为氧化硅、氮化硅中的至少一种。
44.在一些可能的实施方式中，所述方法还包括：
45.在所述第二波导两侧的电光晶体膜层之上形成透明导电层；所述透明导电层与所述金属电极连接，且与所述第二波导之间的横向距离小于所述金属电极与所述第二波导之间的横向距离。
46.本技术第三方面提供了一种半导体器件，包括本技术第一方面提供的所述的移相器。
47.在一些可能的实施方式中，所述半导体器件还包括：
48.输出端与两个第一波导的输入端连接的第一分光器，输入端与所述两个第一波导的输出端连接的第二分光器，输出端与所述两个第一波导纵向上正对的两个第二波导的输入端连接的第三分光器，以及输入端与所述两个第二波导的输出端连接的第四分光器；所述第一分光器和所述第三分光器在纵向上正对设置，所述第二分光器和所述第四分光器在纵向上正对设置；所述第一分光器和所述第二分光器位于所述第一介质层中，且所述第一分光器和所述第二分光器的折射率大于所述第一介质层的折射率；所述第三分光器和所述
第四分光器位于所述电光晶体膜层上方。
49.在一些可能的实施方式中，所述半导体器件还包括：
50.输出端与两个第一分光器的输入端连接的第五分光器，输入端与所述两个第二分光器的输出端连接的第六分光器，输出端与所述两个第一分光器纵向上正对的两个第三分光器的输入端连接的第七分光器，以及输入端与所述两个第二分光器正对的两个第四分光器的输出端连接的第八分光器；所述第五分光器和所述第七分光器在纵向上正对设置，所述第六分光器和所述第八分光器在纵向上正对设置；所述第五分光器和所述第六分光器位于所述第一介质层中，且所述第五分光器和所述第六分光器的折射率大于所述第一介质层的折射率；所述第七分光器和所述第八分光器位于所述电光晶体膜层上方。
51.在一些可能的实施方式中，
52.所述第五分光器和所述第一分光器之间连接有至少一个第三波导，所述第三波导位于所述第一介质层中，且所述第三波导的折射率大于所述第一介质层的折射率，所述第七分光器和所述第三分光器之间连接有至少一个第四波导，所述第四波导位于所述电光晶体膜层上方，且所述第四波导两侧设置有金属电极，所述第三波导和所述第四波导在纵向上正对设置；和/或，
53.所述第六分光器和所述第二分光器之间连接有至少一个第五波导，所述第五波导位于所述第一介质层中，且所述第五波导的折射率大于所述第一介质层的折射率，所述第八分光器和所述第四分光器之间连接有至少一个第六波导，所述第六波导位于所述电光晶体膜层上方，且所述第六波导两侧设置有金属电极，所述第五波导和所述第六波导在纵向上正对设置。
54.在一些可能的实施方式中，所述半导体器件还包括：
55.光耦合器；所述光耦合器与所述移相器的输入端通过第七波导连接，且与所述移相器的输出端通过第八波导连接，所述第七波导、所述第八波导和所述光耦合器构成微环谐振腔。
56.在一些可能的实施方式中，所述半导体器件还包括：
57.第一部分反射镜和第二部分反射镜；所述第一部分反射镜与所述移相器的输入端通过第九波导连接，所述第二部分反射镜与所述移相器的输出端通过第十波导连接；所述第一部分反射镜、所述第二部分反射镜、所述第九波导和所述第十波导构成法布里-珀罗谐振腔。
58.本技术第四方面提供了一种光通信系统，包括激光器、光探测器、本技术第三方面提供的所述的半导体器件；所述半导体器件设置于所述激光器和所述光探测器之间，所述激光器用于发射光信号，所述半导体器件用于对所述光信号进行电光调制，所述光探测器用于对经过电光调制后的光信号进行探测。
59.从以上技术方案可以看出，本技术实施例具有以下优点：
60.本技术实施例提供一种移相器及其制造方法、半导体器件、光通信系统，移相器可以包括衬底、第一介质层、第一波导、电光晶体膜层、第二波导、金属电极，其中第一介质层设置于衬底上，第一介质层中设置有第一波导，第一波导的折射率大于第一介质层的折射率，电光晶体膜层设置于第一介质层之上，第二波导可以设置在电光晶体膜层之上，且与第一波导在纵向上正对设置，金属电极可以设置在第二波导两侧，这样在电光晶体膜层中有
光信号时，第一波导可以在下方对光场进行限制，第二波导可以在上方对光场进行限制，第一波导和第二波导在纵向上正对，因此在横向上共同进行了光场的限制，提高了对光场的限制能力，降低金属电极对光信号的吸收损耗，利于金属电极之间实现较小的距离，提高了电场和光场的重合效率，提高电光调制效率。同时，电光晶体膜层作为平板结构而无需经过刻蚀，因此可以简化制造工艺，降低制造成本。
附图说明
61.为了清楚地理解本技术的具体实施方式，下面将描述本技术具体实施方式时用到的附图做一简要说明。显而易见地，这些附图仅是本技术的部分实施例。
62.图1为本技术实施例提供的一种移相器的结构示意图；
63.图2为本技术实施例提供的另一种移相器的结构示意图；
64.图3为本技术实施例提供的一种移相器的仿真验证示意图；
65.图4为本技术实施例提供的又一种移相器的结构示意图；
66.图5为本技术实施例提供的又一种移相器的结构示意图；
67.图6为本技术实施例提供的一种移相器的制造方法的流程图；
68.图7-图24为本技术实施例中的移相器在制造过程中的结构示意图
69.图25为本技术实施例提供的一种半导体器件的结构示意图；
70.图26为本技术实施例提供的另一种半导体器件的结构示意图；
71.图27为本技术实施例提供的又一种半导体器件的结构示意图；
72.图28为本技术实施例提供的还一种半导体器件的结构示意图；
73.图29为本技术实施例提供的一种光通信系统的结构示意图。
具体实施方式
74.本技术实施例提供了一种移相器及其制造方法、半导体器件、光通信系统，简化了移相器的制备工艺，得到较高的相位调制效率，提高光通信系统的性能。
75.本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
76.本技术结合示意图进行详细描述，在详述本技术实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本技术保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
77.目前，电光调制器将电信号转化到光信号的主要方式主要有两类：内调制和外调制，目前的高速光通信系统主要基于外调制，外调制可以包括电吸收调制器(electro-absorption modulator，eam)、基于自由载流子色散效应(free-carrier dispersion，fcd)的硅光调制器、基于线性电光效应(普克尔斯效应)的电光调制器等，其中电吸收调制器仅
改变光强度，难以应用于利用光相位信息的可实现更高速率的高阶信号调制格式，且其固有损耗较高，因此基于fcd的硅光调制器，以及基于线性电光效应的电光调制器的应用更为广泛，基于线性电光效应的电光调制器可以包括移相器结构。
78.具体的，基于fcd的硅光调制器基于硅光技术，硅光技术与传统微电子制造工艺兼容，例如与互补式金属氧化物半导体(complementary metal-oxide-semiconductor，cmos)制造工艺兼容，其制造成本低，可实现高密度光电集成，具有广阔的应用前景。然而，硅材料的晶体结构具有中心反演对称性，不能产生二阶非线性现象，不具有线性电光效应，因此只能利用硅材料的fcd效应，fcd效应通过改变硅波导内的载流子分布浓度而改变硅的折射率，进而改变光信号的相位，实现电信号到光信号的转换。但硅材料中载流子移动速率会限制调制带宽，硅光调制器的理论最高调制带宽仅为60ghz左右。此外，改变载流子浓度不仅会改变硅的折射率，也会改变对光的吸收，导致较低的调制光信号消光比。此外，由于fcd效应是一个非线性过程，导致调制的线性度较差，远远比不上其他基于线性电光效应的电光调制器。
79.而线性电光效应(linear electro-optic effect或pockels effect)被广泛认为是非常适合用于实现高带宽电光调制的物理机制，其工作原理是外加电场引起晶体的折射率的变化，且变化量正比于电场强度。基于线性电光效应的高效高速集成电光调制器在近几年受到了很大的关注。根据使用的电光材料与结构上的区别，现有的研究方案主要分为薄膜铌酸锂(thin-film lithium niobate，tfln)调制器、聚合物(polymer)调制器和等离激元(plasmonic)调制器。其中，聚合物调制器和等离激元调制器需要依赖稳定性差、光损耗高的电光聚合物材料，且需要狭缝填充、聚合物极化等较复杂的制备工艺，距离实用还有很长的路要走。相比之下，tfln调制器在稳定性、光损耗、可量产性等方面都具有优势。
80.tfln调制器使用铌酸锂(lithium niobate，ln)材料的线性电光效应实现电光调制。普通的tfln调制器使用基于全内反射原理的tfln波导来限制光场，通过在波导两边施加电场改变波导的折射率，从而实现对光信号的调制。但是，这种结构的制备过程需要对tfln层进行刻蚀，从而在tfln层上形成波导图案。参考图1所示，为本技术实施例提供的一种移相器的结构示意图，其中，在衬底10上形成有绝缘层100，绝缘层100上形成有铌酸锂膜层120，铌酸锂膜层120具有脊形结构121，脊形结构121中的光信号可以通过全内反射的方式沿着脊形结构121的延伸方向传播(即垂直纸面方向)，脊形结构121两侧具有电极对122，在电极对122上施加电压后，可以产生横向上垂直于脊形结构121延伸方向的电场，这样电极对122之间的电场可以作用于脊形结构121，使脊形结构121的折射率发生改变，改变光模的有效折射率，实现了对光信号的相位调制。然而tfln被广泛认为是难刻蚀的材料，而这种移相器结构中的脊形结构需要通过刻蚀工艺形成，因此制备过程需要依赖特殊、复杂的刻蚀工艺。
81.基于以上技术问题，本技术实施例提供了一种移相器及其制造方法、半导体器件、光通信系统，移相器可以包括衬底、第一介质层、第一波导、电光晶体膜层、第二波导、金属电极，其中第一介质层设置于衬底上，第一介质层中设置有第一波导，第一波导的折射率大于第一介质层的折射率，电光晶体膜层设置于第一介质层之上，第二波导可以设置在电光晶体膜层之上，且与第一波导在纵向上正对设置，金属电极可以设置在第二波导两侧，这样在电光晶体膜层中有光信号时，第一波导可以在下方对光场进行限制，第二波导可以在上
方对光场进行限制，第一波导和第二波导在纵向上正对，因此在横向上共同进行了光场的限制，提高了对光场的限制能力，降低金属电极对光信号的吸收损耗，利于金属电极之间实现较小的距离，提高了电场和光场的重合效率，提高电光调制效率。同时，电光晶体膜层作为平板结构而无需经过刻蚀，因此可以简化制造工艺，降低制造成本。
82.为使本技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本技术的具体实施方式做详细的说明。
83.参考图2、图4、图5所示，为本技术实施例提供的移相器的结构示意图，移相器可以包括衬底10、第一介质层100、第一波导112、电光晶体膜层120、第二波导132、金属电极140。
84.本技术实施例中，衬底10可以为绝缘体衬底，也可以为半导体衬底，例如可以为氧化硅衬底、铌酸锂衬底、硅衬底、锗衬底等，衬底10可以为器件提供一定的支撑。为了增强器件的结构稳定性，可以在衬底10下方设置载体(图未示出)，载体的材料可以与衬底10一致，也可以与衬底10不一致，载体的材料例如可以为氧化硅、铌酸锂、硅、锗、氮化硅等。
85.在衬底10上可以形成有第一介质层100，第一介质层100中设置有第一波导112，第一波导112具有延伸方向，该延伸方向为光信号的传播方向，例如在图2、图4和图5中，第一波导112可以沿垂直纸面的方向延伸，第一波导112的位置限制了器件的波导区域。第一介质层100的材料可以与衬底10材料一致，也可以与衬底10材料不一致，第一波导112的材料可以与第一介质层100的材料一致，也可以与第一介质层100的材料不一致，第一波导112的折射率大于第一介质层100的折射率，在第一波导112的材料与第一介质层100的材料一致时，可以利用不同的形成工艺使二者具有不同的折射率。在第一波导112与衬底10接触时，第一波导112的折射率同时也大于衬底10的折射率，从而利用全内反射的原理将光场限制在波导内。第一介质层100的材料可以为氧化硅、氮化硅等，第一波导112的材料可以为硅、氮化硅、氧化硅、二氧化钛等，在衬底10材料为氧化硅、第一波导112的材料为硅时，衬底10和第一波导112构成绝缘体上硅(silicon-on-insulator，soi)结构。第一波导112的尺寸可以控制在一定范围内，其尺寸与光信号的波长相关，具体的，第一波导112的宽度可以小于或等于1.5微米，高度可以小于或等于1微米。
86.第一波导112可以形成于第一介质层100的内部，也可以具有与第一介质层100的表面齐平的上表面和/或下表面，或者第一波导112也可以向下凸出第一介质层100之外而与衬底10接触，即第一介质层100至少覆盖第一波导112的侧壁。在第一介质层100上形成电光晶体膜层120时，第一波导112的上表面与电光晶体膜层120的距离可以小于或等于200纳米。
87.第一波导112的横截面可以为多种形状，例如为多边形或圆形，多边形可以为矩形或梯形，第一波导112也可以为第一平板层113上的第一脊形结构，第一平板层113和第一波导112构成一体结构，二者具有相同的材料，参考图5所示，第一脊形结构可以通过对体结构刻蚀得到，第一脊形结构可以朝向电光晶体膜层120设置，即位于第一平板层113上方，这样第一介质层100可以位于第一波导112两侧的第一平板层113上，也可以有部分第一介质层100覆盖于第一波导112的上表面。当然，第一脊形结构也可以通过对第一介质层进行刻蚀得到第一沟槽，并在第一沟槽中填充第一波导材料得到，从而第一脊形结构也可以背向电光晶体膜层120设置，即位于第一平板层113的下方，这样第一介质层100位于第一波导112两侧的第一平板层113下。
88.电光晶体膜层120设置于第一介质层100之上，用于实际传输光信号，电光晶体膜层120可以是平板结构，其延伸方向与第一波导112的延伸方向一致，例如图2、图4和图5中电光晶体膜层120可以在垂直纸面方向延伸，电光晶体在波导区域可以不具有波导图案，因此可以不进行刻蚀工艺，节约成本，简化工艺，当然，其本身并不能对光场提供强的限制。电光晶体膜层120和第一介质层100可以通过键合结合，也可以通过其他方式结合，在二者键合结合时，电光晶体膜层120和第一介质层100之间可以形成有键合层，也可以不形成有键合层。
89.电光晶体膜层120的材料可以包括具有电光效应的电光材料，具体的，电光晶体膜层120的材料可以为具有线性电光效应的材料，例如铌酸锂、钛酸钡、锆钛酸铅(lead zirconate titanate，pzt)等，这些电光晶体通常需要复杂、特殊的刻蚀工艺、难以与现有的半导体制造工艺兼容，或者刻蚀的效果较差，因此无需在电光晶体膜层120的波导区域进行波导图案的刻蚀可以显著简化工艺，降低成本。
90.其中，铌酸锂具有电光系数高(大于30pm/v)、光损耗低、稳定性高的优点，在电光晶体膜层120为铌酸锂时，铌酸锂的晶格方向应设置为z轴平行于铌酸锂膜层的表面，这样电场和光模场分量平行于铌酸锂晶体z轴方向(图2中的左右方向)时，电场能够使铌酸锂晶体产生明显的折射率变化，该变化可以改变光信号的传输特性，例如改变光信号的相位，进而实现调制的目的。电光晶体膜层120的厚度可以小于或等于1.5微米，使电光晶体膜层120控制在单模状态，利于光信号的传播和控制。
91.在其他的场景中，电光晶体膜层120的材料还可以为具有fcd效应的电光材料，其材料例如可以为硅等，在此不进行详细说明。
92.在电光晶体膜层120上还可以设置有第二波导132，第二波导132与第一波导112在纵向上正对设置，第一波导112和第二波导132可以严格正对，也可以存在较小的误差。与第一波导112类似，第二波导132具有延伸方向，该延伸方向与第一波导112一致，为光信号的传播方向，例如在图2、图4和图5中，第二波导132可以沿垂直纸面的方向延伸。第二波导132的材料可以与第一波导112的材料一致，也可以与第一波导112材料不一致，例如可以为硅、氮化硅、氧化硅、二氧化钛、聚合物等，第二波导132的尺寸可以与第一波导112一致，也可以不一致，具体的，第二波导132的宽度可以小于或等于1.5微米，高度可以小于或等于1微米。
93.第二波导132的形状可以与第一波导112一致，也可以不一致，具体的，第二波导132的横截面可以为多种形状，例如可以为多边形或圆形，多边形可以为矩形或梯形，第二波导132可以为第二平板层133上的第二脊形结构，这里的“第二平板层133上”表示的是一种连接关系，事实上，第二脊形结构可以背向电光晶体膜层120设置，即第二波导132可以设置于第二平板层133上方，参考图5a所示，当然，第二脊形结构也可以朝向电光晶体膜层120设置，即第二波导132可以设置于第二平板层133下方，参考图5b所示。第二平板层133和第二波导132构成一体式结构，二者具有相同的材料。第二波导132的下表面与电光晶体膜层120的距离可以小于或等于200纳米。
94.本技术实施例中，还可以包括第二介质层130，第二介质层130可以设置于电光晶体膜层120之上，且至少覆盖第二波导132的侧壁，在第二波导132与第二平板层133连接时，第二介质层130可以位于第二波导132两侧的第二平板层133表面，在第二波导132设置于第二平板层133下方时，第二介质层130位于第二平板层133和电光晶体膜层120之间，即位于
第二波导132两侧的第二平板层133下方，参考图5b所示，而在第二波导132设置于第二平板层133上方时，第二介质层130位于第二波导132两侧的第二平板层133上方，参考图5a所示。第二介质层130的折射率小于第二波导132的折射率，可以理解的是，若移相器中并未设置第二介质层130，则第二波导132被空气或真空包围，第二波导132的折射率依然大于空气或真空，因此第二波导132的折射率大于周围的介质的折射率。第二介质层130的材料可以与第一介质层100的材料一致，也可以不一致，例如可以为氧化硅、氮化硅等。
95.在第二波导132两侧的电光晶体膜层120上，还可以设置金属电极140，金属电极140在施加电压时可以提供与光信号传输方向垂直的电场，用于改变电光晶体膜层120的折射率，从而调整其内的光信号的特性。金属电极140的数量为至少两个，位于第二波导132的不同侧的金属电极140用于被施加不同的电位，从而产生电场。金属电极140的导电性较好，其材料可以为金、铜、铝等。
96.在第二介质层130覆盖第二波导132的侧壁时，第二介质层130还可以覆盖金属电极140的侧壁，在第二波导132与第二平板层133连接时，金属电极140和第二波导132可以设置于第二平板层133的同一侧，也可以设置于第二平板层133的不同侧。在金属电极140和第二波导132设置于第二平板层133的同一侧时，第二介质层130位于第二波导132两侧的第二平板层133表面，在覆盖第二波导132的侧壁的同时也覆盖金属电极140的侧壁，在金属电极140和第二波导132设置于第二平板层133的不同侧时，第二介质层130可以设置于第二平板层133的两侧，分别覆盖第二波导132的侧壁以及覆盖金属电极140的侧壁。当然，第二介质层130也可以覆盖第二波导132的顶部以及金属电极140的顶部。
97.具体的，在第二波导132设置于第二平板层133下方时，金属电极140可以也设置在第二平板层133的下方，第二介质层130位于第二波导132两侧的第二平板层133下方，参考图5b所示；当然，金属电极140也可以设置在第二平板层133的上方，第二介质层130可以设置在第二波导132两侧的第二平板层133下方以覆盖第二波导132的侧壁，同时第二介质层130设置在第二平板层133上方以至少覆盖金属电极140的侧壁。而在第二波导132设置于第二平板层133上方时，金属电极140也设置在第二平板层133的上方，第二介质层130位于第二波导132两侧的第二平板层133上方，参考图5a所示。
98.由于金属材料会吸收光，因此金属电极140与第二波导132的距离不能太近，否则会引起严重的光损耗。但是，如果金属电极140之间的距离太远，同样电压条件下金属电极140之间的电场会比较弱，影响调制效率。因此，在设计的时候，可以根据对光信号损耗与调制效率的要求确定金属电极140与第二波导132之间的横向距离。金属电极140与电光晶体膜层120之间可以直接接触，也可以至少有一层起隔绝作用的绝缘层(图未示出)，该绝缘层的材料可以是二氧化硅。
99.本技术实施例中，在电光晶体膜层120的下方设置第一波导112，在电光晶体膜层120的上方设置第二波导132，构成三层结构的多层波导模式，电光晶体膜层120可以具有电光效应，从而进行电光调制，而第一波导112和第二波导132分别位于电光晶体膜层120的两侧，且具有比周围的介质层更高的折射率，因此可以对光场进行限制，事实上，相比于单侧设置限制光场的波导的结构而言，这种两侧限制光场的结构，能够进一步提高光场限制能力，使光模场面积更小，因此金属电极140之间可以有更近的距离，而不会由于距离较近而增大光吸收强度，从而在同样的电压条件下增强了横向的电场强度，提高了电场与光场的
重合效率，提高移相器的调制效率，调制区域长度可以设计的更小即可实现调制所需的光信号相位变化，减少对调制带宽的限制，同时有利于缩小移相器的尺寸。同时，电光晶体膜层120可以无需刻蚀，这样可以基于普通的半导体制造工艺实现，制备工艺较简繁，可实现难度较低。
100.参考图3所示，为本技术实施例提供的一种移相器的仿真验证示意图，其中，该仿真工作基于二维有限元分析法(finite element method，fem)，其中，电光晶体膜层120的材料为铌酸锂，第一波导112和第二波导132的材料为氮化硅，金属电极140的材料为金，衬底10、第一介质层100、第二介质层130的材料均为二氧化硅。
101.图3a所示，为仅设置第二波导132而不设置第一波导112的场景下的仿真示意图，第二波导132的高度为0.5微米(μm)，在仿真条件下，中央白色区域为光场所在区域，电光晶体膜层120中的光场被限制75％，如果允许的光损耗为2db/cm，那么金属电极140之间的距离需要设置为4微米，对应的vπl值为1.64v
·
cm。其中，vπl值的意思是在在波导中实现大小为π的光相位变化时需要在电极两端时间的电压vπ大小与调制区域长度l的乘积，因此，该值越小便意味着调制效率越高。
102.图3b所示，为同时设置了第一波导112和第二波导132的场景下的仿真示意图，第一波导112和第二波导132的高度均为0.25微米(μm)，在仿真条件下，中央白色区域为光场所在区域，电光晶体膜层120中光场被限制76％，如果允许的光损耗同样为2db/cm，那么金属电极140之间的距离可以缩短到3.5微米，对应的vπl值降低到了1.48v
·
cm，约降低了10％。该仿真结果表明，从上方和下方这样双侧波导限制光场的结构相比于单侧波导限制光场的结构，可以在同样光损耗的前提下缩短电极之间的间隔，进而提高调制效率。
103.此外，本技术实施例中，还可以设置透明导电层142，透明导电层142与金属电极140连接，且透明导电层142与第二波导132之间的横向距离小于金属电极140与第二波导132之间的横向距离，透明导电层142可以与第二波导132连接，也可以与第二波导132有一定间隔。具体的，透明导电层142可以设置于金属电极140与第二波导132之间，其一端靠近第二波导132，远离第二波导132的另一端与金属电极140电连接，或者透明导电层142可以设置于第二波导132两侧的电光晶体膜层120和金属电极140之间，在横向上延伸出来，以靠近第二波导132，作为一种示例，透明导电层142可以与第二波导132接触，参考图4所示。透明导电层142可以直接设置在电光晶体膜层120上方，也可以设置在绝缘层和金属电极之间，在金属电极140的侧壁被第二介质层130覆盖时，透明导电层142的侧壁以及延伸至金属电极140之外的上表面也可以被第二介质层130覆盖。
104.透明导电层142可以具有低光损耗、高导电性的特性，例如可以为透明导电氧化物(transparent conductive oxide，tco)或经过掺杂的硅等。这样透明导电层142可以相对于金属电极140更靠近第二波导132，相比于金属电极140，透明导电层142可以更靠近第二波导132而不会导致高的光损耗。透明导电层142可以将金属电极140所施加的大部分电压分担到透明导电层142靠近第二波导132的位置，相比于没有设置透明导电层142的器件，设置有透明导电层142的器件可以在同样的电压条件下得到更强的电场，从而可以在不额外增加光损耗的前提下，提供更高效的电场与光场的重合效率，提高调制效率。
105.本技术实施例提供一种移相器，可以包括衬底、第一介质层、第一波导、电光晶体膜层、第二波导、金属电极，其中第一介质层设置于衬底上，第一介质层中设置有第一波导，
第一波导的折射率大于第一介质层的折射率，电光晶体膜层设置于第一介质层之上，第二波导可以设置在电光晶体膜层之上，且与第一波导在纵向上正对设置，金属电极可以设置在第二波导两侧，这样在电光晶体膜层中有光信号时，第一波导可以在下方对光场进行限制，第二波导可以在上方对光场进行限制，第一波导和第二波导在纵向上正对，因此在横向上共同进行了光场的限制，提高了对光场的限制能力，降低金属电极对光信号的吸收损耗，利于金属电极之间实现较小的距离，提高了电场和光场的重合效率，提高电光调制效率。同时，电光晶体膜层作为平板结构而无需经过刻蚀，因此可以简化制造工艺，降低制造成本。
106.基于本技术实施例提供的一种移相器，本技术实施例还提供了一种移相器的制造方法，参考图6所示，为本技术实施例提供的一种移相器的制造方法的流程图，参考图7-图24为移相器在制造过程中的结构示意图，该制造方法可以包括：
107.s101，提供衬底10，参考图7所示。
108.本技术实施例中，衬底10可以为绝缘体衬底，也可以为半导体衬底，例如可以为氧化硅衬底、铌酸锂衬底、硅衬底、锗衬底等，衬底10可以为器件提供一定的支撑。为了增强器件的结构稳定性，可以在衬底10下方设置载体，载体的材料可以与衬底10一致，也可以与衬底10不一致，载体的材料例如可以为氧化硅、铌酸锂、硅、锗、氮化硅等。
109.s102，在衬底上形成第一介质层100，参考图7-图9、图15-图17所示。
110.在衬底10上可以形成第一介质层100，第一介质层100中设置有第一波导112，第一波导112具有延伸方向，该延伸方向为光信号的传播方向。第一介质层100的材料可以与衬底10材料一致，也可以与衬底10材料不一致，第一波导112的折射率大于第一介质层100的折射率。第一介质层100的材料可以为氧化硅、氮化硅等，第一波导112的材料可以为硅、氮化硅、氧化硅、二氧化钛等，在衬底10材料为氧化硅、第一波导112的材料为硅时，衬底10和第一波导112构成soi结构。第一波导112的尺寸可以控制在一定范围内，其宽度可以小于或等于1.5微米，高度可以小于或等于1微米。
111.第一波导112可以形成于第一介质层100的内部，也可以具有与第一介质层100的表面齐平的上表面和/或下表面，或者第一波导112也可以向下凸出第一介质层100之外而与衬底10接触，在第一介质层100上形成电光晶体膜层120时，第一波导112的上表面与电光晶体膜层120的距离可以小于或等于200纳米。
112.第一波导112的横截面可以为多种形状，例如为多边形或圆形，多边形可以为矩形或梯形，第一波导112也可以为第一平板层113上的第一脊形结构，第一平板层113和第一波导112构成一体结构，二者具有相同的材料，脊形结构通过对体结构刻蚀得到，第一脊形结构可以朝向电光晶体膜层120设置，即位于第一平板层113上方，这样第一介质层100可以位于第一波导112两侧的第一平板层113上，也可以有部分第一介质层100覆盖于第一波导112的上表面。当然，第一脊形结构也可以通过对第一介质层进行刻蚀得到第一沟槽，并在第一沟槽中填充第一波导材料得到，从而第一脊形结构也可以背向电光晶体膜层120设置，即位于第一平板层113的下方，这样第一介质层100位于第一波导112两侧的第一平板层113下。
113.作为一种可能的实施方式，可以先在衬底10上形成第一波导112，参考图8和图16所示，而后在第一波导112周围形成第一介质层100，参考图9和图17所示。具体的，可以先在衬底10上沉积第一波导材料111，参考图15所示，而后利用光刻和刻蚀技术对第一波导材料111进行刻蚀得到条形波导图案，而后沉积第一介质材料，并对第一介质材料进行平坦化，
得到第一介质层100。其中，对第一波导材料的刻蚀可以是完全刻蚀，直到去除波导区域之外的其他区域的第一波导材料，形成独立的第一波导112，参考图8所示，也可以是对第一波导材料111进行部分刻蚀，而对条形波导图案之外的其他区域进行减薄，以形成第一平板层113及其上的第一脊形结构(即第一波导112)，参考图16所示。第一波导材料和第一介质材料的沉积方式可以是化学气相沉积(chemical vapor deposition，cvd)，对第一波导材料的刻蚀方式可以为各向异性的干法刻蚀，对第一介质材料的平坦化可以利用化学机械研磨(chemical mechanical polishing，cmp)技术。在形成第一波导112之前，衬底10上可以先形成一层第一介质层100，参考图7所示。
114.作为另一种可能的实施方式，可以先在衬底10上形成第一介质层100，而后对第一介质层100进行刻蚀得到第一沟槽，而后进行第一波导材料的沉积，从而在第一沟槽中填充第一波导材料，之后进行第一波导材料的平坦化，以暴露第一介质层100，得到第一沟槽中的第一波导112。当然，也可以对衬底10进行刻蚀得到第一沟槽，而后进行第一波导材料的沉积，从而在第一沟槽中填充第一波导材料，之后可以进行第一波导材料的平坦化，以暴露衬底10，得到第一沟槽中的第一波导112，此时，第一波导112侧壁的衬底10作为第一介质层100。第一波导材料和第一介质材料的沉积方式可以是cvd，对第一介质材料的刻蚀方式可以为各向异性的干法刻蚀，对第一波导材料的平坦化可以利用cmp技术。
115.s103，在第一介质层100表面形成电光晶体膜层120，参考图10、图11、图18、图19所示。
116.电光晶体膜层120设置于第一介质层100之上，用于实际传输光信号，电光晶体膜层120可以是平板结构，其延伸方向与第一波导112的延伸方向一致，电光晶体在波导区域可以不具有波导图案，因此可以不进行刻蚀工艺，节约成本，简化工艺，当然，其本身并不能对光场提供强的限制。
117.电光晶体膜层120的材料可以包括具有线性电光效应的电光材料，例如铌酸锂、钛酸钡、锆钛酸铅等，其中，铌酸锂具有电光系数高(大于30pm/v)、光损耗低、稳定性高的优点，在电光晶体膜层120为铌酸锂时，铌酸锂的晶格方向应设置为其z轴平行于铌酸锂膜层的表面。电光晶体膜层120的厚度可以小于或等于1.5微米。
118.作为一种可能的实施方式，可以在第一介质层100表面通过键合形成电光晶体膜层120。电光晶体膜层120和第一介质层100之间可以形成有键合层，也可以不形成有键合层。具体的，可以在第一介质层100表面上键合电光晶体结构，电光晶体结构可以包括基底结构122和电光晶体膜层120，键合后，电光晶体膜层120朝向第一介质层100，参考图10和图18所示，而后可以去除基底结构122，从而在第一介质层100表面形成电光晶体膜层120，参考图11和图19所示。去除基底结构122的方式可以包括湿法刻蚀、干法刻蚀和/或cmp等。
119.作为另一种可能的实施方式，可以在第一介质层100表面外延生长电光晶体膜层120，例如通过cvd或分子束外延(molecular beam epitaxy，mbe)的方式形成电光晶体膜层120，这样可以不必执行去除基底结构122的步骤。
120.s104，在电光晶体膜层120上形成第二波导132，以及第二波导132两侧的金属电极140，参考图12-图14、图20-24、图2、图4、图5。
121.在电光晶体膜层120上还可以设置第二波导132，第二波导132与第一波导112在纵向上正对设置，第一波导112和第二波导132可以严格正对，也可以存在较小的误差。与第一
波导112类似，第二波导132具有延伸方向，该延伸方向与第一波导112一致，为光信号的传播方向。第二波导132的材料可以与第一波导112的材料一致，也可以与第一波导112材料不一致，例如可以为硅、氮化硅、氧化硅、二氧化钛、聚合物等，第二波导132的尺寸可以与第一波导112一致，也可以不一致，具体的，第二波导132的宽度可以小于或等于1.5微米，高度可以小于或等于1微米。
122.第二波导132的形状可以与第一波导112一致，也可以不一致，具体的，第二波导132的横截面可以为多种形状，例如可以为多边形或圆形，多边形可以为矩形或梯形，第二波导132可以为第二平板层133上的第二脊形结构，这里的“第二平板层133上”表示的是一种连接关系，事实上，第二脊形结构可以背向电光晶体膜层120设置，即第二波导132可以设置于第二平板层133上方，参考图5a所示，当然，第二脊形结构也可以朝向电光晶体膜层120设置，即第二波导132可以设置于第二平板层133下方，参考图5b所示。第二平板层133和第二波导132构成一体式结构，二者具有相同的材料。第二波导132的下表面与电光晶体膜层120的距离可以小于或等于200纳米。
123.具体的，可以在电光晶体膜层120上沉积第二波导材料，而后利用光刻和刻蚀技术对第二波导材料进行刻蚀得到条形波导图案，得到第二波导132，参考图12所示，或者对第二波导材料进行不完全刻蚀，对波导区域之外的第二波导材料进行减薄，得到第二波导132以及其下的第二平板层133，参考图23所示，可以在电光晶体膜层120上形成第二介质层材料，参考图21所示，而后对第二介质材料进行刻蚀得到第二沟槽，参考图22所示，而后沉积第二波导材料并进行第二波导材料的平坦化，以形成第二沟槽中的第二波导132以及第二波导132上方的第二平板层133，参考图5b所示。第二波导材料的沉积方式可以是cvd，第二波导材料的刻蚀方式可以为各向异性的干法刻蚀。
124.在第二波导132两侧的电光晶体膜层120上，还可以设置金属电极140，金属电极140在施加电压时可以提供与光信号传输方向垂直的电场，用于改变电光晶体膜层120的折射率，从而调整其内的光信号的特性。金属电极140的数量为至少两个，位于第二波导132的不同侧的金属电极140用于被施加不同的电位，从而产生电场。金属电极140的导电性较好，其材料可以为金、铜、铝等。金属电极140与电光晶体膜层120之间可以直接接触，也可以至少有一层用于隔绝作用的绝缘层，该绝缘层的材料可以是二氧化硅。
125.具体的，可以通过金属溅射、金属剥离等方式在电光晶体膜层120上形成金属电极140，参考图13、图20、图24所示。金属电极140可以在第二波导132之前形成，参考图20所示，也可以在第二波导132之后形成，参考图13和图24所示。在金属电极140和电光晶体膜层120之间形成有绝缘层时，可以在形成金属电极140之前形成绝缘层，其形成方式可以为cvd或原子层沉积(atomic layer deposition，ald)。
126.此外，本技术实施例中，还可以形成透明导电层142，透明导电层142与后续形成的金属电极140连接，且透明导电层142与第二波导132之间的横向距离小于金属电极140与第二波导132之间的横向距离，透明导电层142可以与第二波导132连接，也可以与第二波导132有一定间隔。透明导电层142可以具有低光损耗、高导电性的特性，例如可以为透明导电氧化物或经过掺杂的硅等。这样透明导电层142可以相对于金属电极140更靠近第二波导132，相比于金属电极140，透明导电层142可以更靠近第二波导132而不会导致高的光损耗。
127.具体的，透明导电层142可以设置于金属电极140与第二波导132之间，其一端靠近
第二波导132，远离第二波导132的另一端与金属电极140电连接，则透明导电层142可以在金属电极140之前形成，也可以在金属电极140之后形成，形成透明导电层142的方式具体为，沉积形成透明导电材料层，对透明导电材料层进行图案化形成透明导电层142，或形成硅层，对硅层进行掺杂。形成透明导电材料层、硅层的方式可以为cvd或ald，对透明导电材料层进行图案化的方式可以为光刻和刻蚀，或剥离等。
128.具体的，透明导电层142可以设置于第二波导132两侧的电光晶体膜层120和金属电极140之间，在横向上延伸出来，以靠近第二波导132，作为一种示例，透明导电层142可以与第二波导132接触，参考图14所示，则透明导电层142可以在金属电极140之前形成，形成透明导电层142的方式具体为，沉积形成透明导电材料层，对透明导电材料层进行图案化形成透明导电层142，或形成硅层，对硅层进行掺杂。形成透明导电材料层、硅层的方式可以为cvd或ald，对透明导电材料层进行图案化的方式可以为光刻和刻蚀，或剥离等。
129.透明导电层142可以直接设置在电光晶体膜层120上方，也可以设置于绝缘层和金属电极之间，在金属电极140的侧壁被第二介质层130覆盖时，透明导电层142的侧壁以及延伸至金属电极140之外的上表面也可以被第二介质层130覆盖。因此，可以在形成绝缘层后再形成绝缘层上的透明导电层142。
130.本技术实施例中，还可以形成第二介质层130，第二介质层130可以设置于电光晶体膜层120之上，且至少覆盖第二波导132的侧壁，在第二波导132与第二平板层133连接时，第二介质层130可以位于第二波导132两侧的第二平板层133表面，在第二波导132设置于第二平板层133下方时，第二介质层130位于第二平板层133和电光晶体膜层120之间，即位于第二波导132两侧的第二平板层133下方，而在第二波导132设置于第二平板层133上方时，第二介质层130位于第二波导132两侧的第二平板层133上方。第二介质层130的折射率小于第二波导132的折射率，可以理解的是，若移相器中并未设置第二介质层130，则第二波导132被空气或真空包围，第二波导132的折射率依然大于空气或真空，因此第二波导132的折射率大于周围的介质的折射率。第二介质层130的材料可以与第一介质层100的材料一致，也可以不一致，例如可以为氧化硅、氮化硅等。
131.在第二介质层130覆盖第二波导132的侧壁时，第二介质层130还可以覆盖金属电极140的侧壁，在第二波导132与第二平板层133连接时，金属电极140和第二波导132可以设置于第二平板层133的同一侧，也可以设置于第二平板层133的不同侧。在金属电极140和第二波导132设置于第二平板层133的同一侧时，第二介质层130位于第二波导132两侧的第二平板层133表面，在覆盖第二波导132的侧壁的同时也覆盖金属电极140的侧壁，在金属电极140和第二波导132设置于第二平板层133的不同侧时，第二介质层130可以设置于第二平板层133的两侧，分别覆盖第二波导132的侧壁以及覆盖金属电极140的侧壁。当然，第二介质层130也可以覆盖第二波导132的顶部以及金属电极140的顶部。
132.具体的，在第二波导132设置于第二平板层133下方时，金属电极140可以也设置在第二平板层133的下方，第二介质层130位于第二波导132两侧的第二平板层133下方；当然，金属电极140也可以设置在第二平板层133的上方，第二介质层130可以设置在第二波导132两侧的第二平板层133下方以覆盖第二波导132的侧壁，同时第二介质层130设置在第二平板层133上方以至少覆盖金属电极140的侧壁。而在第二波导132设置于第二平板层133上方时，金属电极140也设置在第二平板层133的上方，第二介质层130位于第二波导132两侧的
第二平板层133上方。
133.作为一种可能的实施方式，第二介质层130可以在第二波导132和金属电极140之后形成，则可以形成在第二波导132和金属电极140之后(参考图13、图14、图24所示)，进行第二介质材料的沉积，而后进行第二介质材料的平坦化，得到第二介质层130，以覆盖第二波导132和金属电极140的侧壁，或覆盖第二波导132和金属电极140的侧壁和上表面，参考图2、图4、图5a所示，当然，也可以不进行第二介质材料的平坦化，而直接作为第二介质层130，第二介质层130可以保护器件。第二介质材料的沉积方式可以为cvd，平坦化工艺可以为cmp技术。
134.作为另一种可能的实施方式，第二介质层130可以在第二波导132和金属电极140之前形成，则可以先沉积形成第二介质层130，而后对第二介质层130进行刻蚀得到第二沟槽和第三沟槽，并在第二沟槽中形成第二波导132，在第三沟槽中形成金属电极140。第二沟槽和第二波导132可以在第三沟槽和金属电极140之前形成，也可以在第三沟槽和金属电极140之后形成。在第二沟槽中形成第二波导132可以利用沉积工艺和平坦化工艺，在第三沟槽中形成金属电极140可以利用沉积工艺和平坦化工艺，或金属溅射工艺和剥离工艺。
135.当然，在第二波导132与第二平板层133连接时，可以先在第三沟槽中形成金属电极140，而后形成第二沟槽，沉积第二波导材料，对第二波导材料进行平坦化，平坦化后的表面可以不暴露第二介质层130，以形成第二沟槽中的第二波导132以及第二介质层130上的第二平板层133。其中，沉积方式可以为cvd，平坦化工艺可以为cmp。
136.作为又一种可能的实施方式，第二介质层130可以在第二波导132之前形成，而在金属电极140之后形成，具体的，可以先在电光晶体膜层120上形成金属电极140，参考图20所示，而后沉积形成第二介质层130，参考图21所示，之后可以对第二介质层130进行刻蚀得到第二沟槽，再沉积第二波导材料，对第二波导材料进行平坦化，平坦化后的表面可以不暴露第二介质层130，参考图5b所示，以形成第二沟槽中的第二波导132以及第二介质层130上的第二平板层133。
137.本技术实施例提供了一种移相器的制造方法，包括提供衬底，衬底上形成有第一介质层，第一介质层中设置有第一波导，第一波导的折射率大于第一介质层的折射率，在第一介质层表面形成电光晶体膜层，电光晶体膜层的材料为具有电光效应的材料，在电光晶体膜层上形成第二波导，以及第二波导两侧的金属电极，第二波导与所述第一波导在纵向上正对设置。这样在电光晶体膜层中有光信号时，第一波导可以在下方对光场进行限制，第二波导可以在上方对光场进行限制，第一波导和第二波导在纵向上正对，因此在横向上共同进行了光场的限制，提高了对光场的限制能力，降低金属电极对光信号的吸收损耗，利于金属电极之间实现较小的距离，提高了电场和光场的重合效率，提高电光调制效率。同时，电光晶体膜层作为平板结构而无需经过刻蚀，因此可以简化制造工艺，降低制造成本。
138.基于本技术实施例提供的一种移相器，本技术实施例还提供了一种半导体器件，半导体器件可以包括至少一个移相器，其中，移相器中的电光晶体膜层用于传输光信号，第一波导和第二波导用于限制电光晶体膜层中的光模场，金属电极用于在施加调制电压时改变电光晶体膜层的折射率以对光信号进行电光调制。半导体器件为能够将电信号转换为光信号的设备，例如可以为电光移相器、电光开关、电场传感器、电光调制器等，其中，电光移相器可以利用电场进行相位调制，进而输出经过相位调制的光信号，电光调制器可以利用
电场对光信号进行相位调制或强度调制，电光移相器电光开关可以通过调整电场来控制光强，光的强度信息体现开关信息，电场传感器可以用于检测电场，检测结果可以以光信号的形式体现。
139.本技术实施例中，半导体器件可以形成在同一衬底上，构成马赫-曾德尔(mach-zehnder，mz)干涉仪，该器件中可以包括至少一个本技术实施例提供的移相器，此外，还可以设置有其他结构的移相器与本技术实施例提供的移相器配合，移相器可以设置在干涉仪的至少一个臂上，用于调整光相位，进而改变光输出端的光信号强度或相位。下面以干涉仪中包括两个移相器为例，参考图25所示，为本技术实施例提供的一种半导体器件的结构示意图，半导体器件可以包括光输入端、1
×
2分束器、两个光通路、移相器、2
×
1合束、光输出端，其中，光信号经光输入端进入，经过1
×
2分束器分为两部分，分别导向mz干涉仪的两个臂的光通路，在mz干涉仪的两个臂上设置有前述的移相器，可以改变该臂的光信号相位，而后利用2
×
1合束器将mz干涉仪两臂的光信号进行合并，两臂的光信号产生干涉，使得合并后的光信号特性相较光输入端的光信号特性发生改变，如光强度改变或光相位改变等，合并后的光信号由光输出端进行输出。
140.具体实现时，半导体器件可以包括前述的移相器，移相器可以包括衬底、第一介质层、第一波导、电光晶体膜层、第二波导、金属电极，半导体器件还可以包括输出端与两个第一波导的输入端连接的第一分光器、输出端与两个第一波导正对的第二波导的输入端连接的第三分光器、输入端与两个第一波导的输出端连接的第二分光器、输入端与两个第一波导正对的第二波导的输出端连接的第四分光器，第一分光器和第二分光器位于第一介质层中，且第一分光器和第二分光器的折射率大于第一介质层的折射率，第三分光器和第四分光器位于电光晶体膜层上方，在电光晶体膜层上方设置有第二介质层时，第三分光器和第四分光器可以位于第二介质层中，第三分光器和第四分光器的折射率大于第二介质层的折射率。
141.第一分光器和第三分光器在纵向上正对设置，将二者中间的电光晶体膜层中的光场限制在第一分光器和第三分光器的延伸方向上，这样在功能上构成光输入端的1
×
2分束器，第二分光器和第四分光器在纵向上正对设置，将二者中间的电光晶体膜层中的光场限制在第二分光器和第四分光器的延伸方向上，在功能上构成光输出端的2
×
1合束器。为了便于制作，第一分光器和第二分光器的材料可以与第一波导的材料一致，且可以与第一波导同时形成，第三分光器和第四分光器的材料可以与第二波导的材料一致，且可以与第二波导同时形成。
142.需要说明的是，该半导体器件中的两个移相器可以平行设置，则每个移相器中包括一对金属电极，则两个移相器可以设置两对金属电极，在两个移相器的位置较为接近时，二者可以共用中间的金属电极，从而简化工艺。
143.本技术实施例中，半导体器件可以形成在同一衬底上，利用多个mz干涉仪组成单偏振或双偏振的同相/正交(inphase/quadrature,iq)调制器，以实现更高的调制速率。下面以iq调制器包括两个mz干涉仪为例进行说明，参考图26所示，为本技术实施例提供的另一种半导体器件的结构示意图，该器件包括光输入端、1
×
2分束器、两个mz干涉仪(mz干涉仪1和mz干涉仪2)、2
×
1合束器、光输出端，mz干涉仪中可以包括移相器，光输入端的1
×
2分束器将光分为两部分分别输入两个mz干涉仪，从mz干涉仪中输出的光信号可以利用2
×
1合
束器进行合并，两个mz干涉仪对光信号进行了调制，且两个mz干涉仪的输出光之间产生干涉，使得合并后的光信号相较光输入端的光信号特性发生改变，如光强度改变或光相位改变等，合并后的光信号由光输出端进行输出。
144.具体实现时，半导体器件可以包括前述的mz干涉仪，mz干涉仪包括光输入端、1
×
2分束器、两个光通路、移相器、2
×
1合束、光输出端，移相器可以包括衬底、第一介质层、第一波导、电光晶体膜层、第二波导、金属电极，半导体器件还可以包括输出端与两个第一分光器的输入端连接的第五分光器、输出端与两个第一分光器正对的两个第三分光器的输入端连接的第七分光器、输入端与两个第二分光器的输出端连接的第六分光器、输入端与两个第二分光器正对的两个第四分光器的输出端连接的第八分光器，第五分光器和第六分光器位于第一介质层中，且第五分光器和第六分光器的折射率大于第一介质层的折射率，第七分光器和第八分光器位于电光晶体膜层上方，在电光晶体膜层上方设置有第二介质层时，第七分光器和第八分光器可以位于第二介质层中，第七分光器和第八分光器的折射率大于第二介质层的折射率。
145.第五分光器和第七分光器在纵向上正对设置，将电光晶体膜层中的光场限制在第五分光器和第七分光器的延伸方向上，这样在功能上构成光输入端的1
×
2分束器，该分束器的输出端连接虚线框中的两个1
×
2分束器的输入端，第六分光器和第八分光器在纵向上正对设置，将电光晶体膜层中的光场限制在第六分光器和第八分光器的延伸方向上，这样在功能上构成光输出端的2
×
1合束器，该合束器的输入端连接虚线框中的两个2
×
1合束器的输出端。为了便于制造，第五分光器和第六分光器的材料可以与第一波导的材料一致，且可以与第一波导同时形成，第七分光器和第八分光器的材料可以与第二波导的材料一致，且可以与第二波导同时形成。
146.需要说明的是，该半导体器件中的四个移相器可以平行设置，则每个移相器中包括一对金属电极，则四个移相器可以设置四对金属电极，当然，在两个相邻移相器的位置较为接近时，二者可以共用中间的金属电极，从而简化工艺。
147.此外，iq调制器中，在mz干涉仪之外可以不设置移相器，也可以额外设置移相器，可以设置一个移相器，也可以设置多个移相器，移相器可以设置在mz干涉仪的输入端，也可以设置在mz干涉仪的输出端，图26所示的例子中将移相器设置在mz干涉仪1输出端的位置，该移相器的作用是将两个mz干涉仪的输出光信号之间的相对相位调制至工作所需的位置。在mz干涉仪之外设置的移相器可以为本技术实施例提供的移相器，也可以为其他结构的移相器。
148.也就是说，从结构上，第五分光器和第一分光器之间可以连接有至少一个第三波导，第三波导位于第一介质层中，第三波导的折射率大于第一介质层的折射率，第七分光器和第三分光器之间可以连接有至少一个第四波导，第四波导位于电光晶体膜层上方，在电光晶体膜层上方设置有第二介质层时，第四波导位于第二介质层中，且第四波导的折射率小于第二介质层的折射率，第四波导两侧设置有金属电极，第三波导和第四波导在纵向上正对设置，这样第三波导、第四波导、电光晶体膜层、第一介质层构成移相器，第三波导和第四波导可以对电光晶体膜层中的光场进行限制，同时第四波导两侧的金属电极可以用于产生电场，实现对光信号的调制。为了便于制造，第三波导的材料可以与第一波导的材料一致，且可以与第一波导同时形成，第四波导的材料可以与第二波导的材料一致，且可以与第
二波导同时形成。
149.类似的，在第六分光器和第二分光器之间可以连接有至少一个第五波导，第五波导位于第一介质层中，第五波导的折射率大于第一介质层的折射率，第八分光器和第四分光器之间连接有至少一个第六波导，第六波导位于电光晶体膜层上方，在电光晶体膜层上方设置有第二介质层时，第六波导位于第二介质层中，且第六波导的折射率小于第二介质层的折射率，第六波导两侧设置有金属电极，第五波导和第六波导在纵向上正对设置，这样第五波导、第六波导、电光晶体膜层、第一介质层构成移相器，第五波导和第六波导可以对电光晶体膜层中的光场进行限制，同时第六波导两侧的金属电极可以用于产生电场，实现对光信号的调制。为了便于制造，第五波导的材料可以与第一波导的材料一致，且可以与第一波导同时形成，第六波导的材料可以与第二波导的材料一致，且可以与第二波导同时形成。
150.本技术实施例中，半导体器件可以形成在同一衬底上，构成微环谐振腔(microring resonator)结构，在微环谐振腔的微环内，可以设置至少一个本技术实施例提供的移相器，此外，还可以设置有其他结构的移相器与本技术实施例提供的移相器配合，这样可以利用光的谐振现象，改变输出的光信号强度。参考图27所示，为本技术实施例提供的一种半导体器件的结构示意图，半导体器件可以包括光输入端、光输出端、耦合器、微环谐振腔、移相器，其中，光信号从光输入端输入，经过微环谐振腔以及微环谐振腔中的移相器回到耦合器，与从光输入端输入耦合器的光合并，产生干涉，从光输入端输入的光信号可以为多个波长的光信号，由于微环谐振腔以及移相器的特性，可以使某一波长的光干涉相消，使某一波长的光干涉相长，因此具有波长选择性。通过移相器中的电信号对该出的波导施加电压，产生电场，改变该处波导的有效折射率，改变微环谐振腔的谐振波长，即调整微环谐振腔选择的光信号的波长，进而改变光输出端的光信号强度或相位。
151.从结构上而言，半导体器件可以包括光耦合器和移相器，移相器可以包括衬底、第一介质层、第一波导、电光晶体膜层、第二波导、金属电极，光耦合器可以与移相器中的输入端通过第七波导连接，且与移相器的输出端通过第八波导连接。第七波导和第八波导可以与电光晶体膜层构成一体结构，也可以为分离结构，第七波导、第八波导、光耦合器构成微环谐振腔，则移相器位于微环谐振腔内。
152.需要说明的是，前述实施例中光输出端和光输入端共用同一耦合器，在其他实施例中，光输出端和光输入端也可以不共用同一耦合器。此外，微环谐振腔的第七波导和第八波导可以仅包括弯曲波导，也可以包括弯曲波导和直波导，构成跑道型结构。微环谐振腔中的第七波导和第八波导可以为电光晶体膜层，电光晶体膜层上方可以设置有限制波导，下方也可以设置有限制波导，限制波导可以具有与第一波导和第二波导对电光晶体膜层的限制作用相同的限制作用，从而对电光晶体膜层中的光场进行限制。
153.本技术实施例中，半导体器件可以形成在同一衬底上，构成法布里-珀罗(fabry-perot，fp)谐振腔结构，在fp谐振腔结构中，可以设置至少一个本技术实施例提供的移相器，此外，还可以设置有其他结构的移相器与本技术实施例提供的移相器配合，这样可以利用光的谐振现象，改变输出的光信号强度。参考图28所示，为本技术实施例提供的还一种半导体器件的结构示意图，半导体器件可以包括光输入端、光输出端、第一部分反射镜、第二部分反射镜、移相器，其中，第一部分反射镜和第二部分反射镜构成谐振腔，谐振腔内设置
移相器，光信号从光输入端输入，在第一部分反射镜和第二部分反射镜之间来回反射，经过干涉后从部分反射镜出射，从光输入端输入的光信号可以为单个或多个波长的光信号，由于fp谐振腔以及其中的移相器的特性，可以使某一波长的光干涉相消，使某一波长的光干涉相长，因此具有波长选择性。通过移相器中的电信号对该出的波导施加电压，产生电场，改变该处波导的有效折射率，改变fp谐振腔的谐振波长，即调整fp谐振腔选择的光信号的波长，进而改变光输出端的光信号强度或相位。
154.从结构上而言，半导体器件可以包括第一部分反射镜、第二部分反射镜和移相器，移相器可以包括衬底、第一介质层、第一波导、电光晶体膜层、第二波导、金属电极，其中第一部分反射镜和移相器的输入端通过第九波导连接，第二部分反射镜和移相器的输出端通过第十波导连接。第九波导和第十波导可以与电光晶体膜层构成一体结构，也可以为分离结构。第一部分反射镜、第二部分反射镜、第九波导、第十波导构成法布里-珀罗谐振腔，则移相器位于法布里-珀罗谐振腔内。
155.微环谐振腔中的第九波导和第十波导可以为电光晶体膜层，电光晶体膜层上方可以设置有限制波导，下方也可以设置有限制波导，限制波导可以具有与第一波导和第二波导对电光晶体膜层的限制作用相同的限制作用，从而对电光晶体膜层中的光场进行限制。
156.第一部分反射镜和第二部分反射镜的功能的结构可以是沿着波导方向有周期性结构变化或周期性折射率变化的波导布拉格光栅结构。
157.基于本技术实施例提供的半导体器件，本技术实施例还提供了一种光通信系统，光通信系统可以包括至少一个以上的半导体器件。作为一种示例，光通信系统可以包括激光器、光探测器、前述的半导体器件，其中半导体器件设置于激光器和光探测器之间，激光器用于发射光信号，半导体器件用于对光信号进行电光调制，光探测器用于对经过调制的光信号进行探测。
158.具体的，参考图29所示，为本技术实施例提供的一种光通信系统的结构示意图，光通信系统可以包括发射机、传输介质和接收机，发射机用于实现电/光转换，接收机用于实现光/电转换，其中激光器可以输出特定波长的激光，调制器由发射机中的电芯片驱动，根据输入的电信号改变光的特性，如相位或强度等，以实现电信号到光信号的转换，波分复用器可以将多个不同波长的光信号汇合到一起，以同一端口输出，传输介质为传播光信号的光纤，波分解复用器将同一入射端口进来的不同波长的光信号分离并输送到不同的输出端口，光检测器将输入的光信号转化为电信号，接收机中的电芯片可以对光检测器输出的电信号进行处理。
159.其中，调制器可以为前述的半导体结构，可以包括至少一个移相器。发射机的调制器负责将电信号转换到光信号这一关键过程，是光通信系统中最核心的器件之一，也是决定光通信系统带宽的重要因素。进一步提高光信号到电信号转换过程的效率和带宽，对于改善光通信系统的性能起着关键的作用。所以，更高效率、高带宽的半导体器件对于实现更高性能的光通信系统具有非常重要的意义。
160.本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于方法实施例而言，由于其基本相似于结构实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见结构实施例的部分说明即可。
161.以上为本技术的具体实现方式。应当理解，以上所述实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的范围。