具有纵向电容器结构的电光调制器制造技术

光学调制器可以包括最左侧的波导、最右侧的波导、以及它们之间的介电层。在一个实施例中，波导可以位于相同的平面上。当电压电势在最右侧的波导和最左侧的波导之间被创建时，这些层形成提供对通过调制器的光信号进行有效高速光调制的硅‑绝缘体‑硅电容器(也被称为SISCAP)结构。与介电层位于上层波导和下层波导之间的水平SISCAP结构不同，将介电层布置在位于相同平面上的波导之间致使产生纵向SISCAP结构。在一个实施例中，最左侧的波导和最右侧的波导都由晶体硅制成。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请是申请日为2014年1月24日的共同未决美国临时专利申请No.61/931,314的非临时申请。前述相关专利申请的所有公开内容通过引用合并于此。
本公开提出的实施例通常涉及光学调制，更具体地，涉及基于硅的电光调制器。
技术介绍
许多电光设备应用(exploit)自由载流子扩散效应来改变折射率的实部和虚部。因为无应变的纯晶体硅不显示线性电光(Pockels)效应并且由于Franz-Keldysh效应和Kerr效应的折射率改变非常弱，所述这种应用会被利用。光学设备(例如，Mach-Zehnder调制器、基于全内反射(TIR)的结构、十字交换机、Y型交换机、环形谐振器以及Fabry-Perot谐振器)的特定区域中的相位调制可以被用于调制输出强度。电光设备中的自由载流子浓度可以通过载流子的注入、累积、消耗或反转来改变。到目前为止调查的大多数这种设备呈现出一些共同的特征：它们要求长的作用长度(例如，5～10mm)以及高于1kA/cm3的注入电流密度，以便于获取有效的调制深度。为了实现用于制造低成本紧凑型设备布置的高水平集成化和小型化，长的作用长度是不可取的。高的电流密度由于使结构变热而引起不期望的热光效应，并且事实上相对于与自由载流子移动相关联的对实际折射率变化的影响，高的电流密度会导致对实际折射率变化的相反影响，从而降低其有效性。附图说明因此以本公开的上述特征可以被详细理解的形式，简洁地总结上文的本公开的更具体的描述可以通过参考实施例得到，部分实施例在附图中被示出。然而，应该注意的是附图只示出本公开的典型实施例并且不因此被认为限制本公开的范围，本公开可以允许其它等效的实施例。图1根据本文公开的一个实施例示出SOI设备。图2根据本文公开的一个实施例示出具有纵向电荷调制区域的调制器的截面图。图3根据本文公开的一个实施例示出具有电气连接的调制器的截面图。图4A-4F根据本文公开的一个实施例示出制造具有纵向电荷调制区域的调制器的流程。图5A-5E根据本文公开的一个实施例示出制造具有纵向电荷调制区域的调制器的流程。图6A-6B根据本文公开的一个实施例示出具有极化转换器的Mach-Zehnder干涉仪。为了帮助理解，在可能的地方使用同一标号以指定与附图相同的同一元件。应该预期到在一个实施例中公开的元件可以被有利地用于没有具体详述的其它实施例。具体实施方式综述本公开提出的一个实施例是用于形成光学设备的方法。该方法包括蚀刻位于绝缘体上的晶体硅衬底以形成右晶体硅波导和左晶体硅波导，其中，右波导和左波导分别具有接触绝缘体的下表面。在形成右波导和左波导之后，该方法包括在右波导和左波导之间的纵向间隙中沉积介电材料。此外，左波导被掺杂第一导电类型而右波导被掺杂第二、不同的导电类型。本文所述的另一实施例是一种光学设备，该光学设备包括：位于介电
衬底上的右晶体硅波导以及位于介电衬底上的左晶体硅波导，其中，右波导和左波导位于由介电衬底定义的相同平面上。该设备还包括将右波导和左波导分离开的纵向区域。纵向区域从介电衬底纵向延伸至右波导和左波导中的一个的与接触介电衬底的下表面相对的上表面。此外，纵向区域被充满介电材料。此外，左波导被掺杂第一导电类型而右波导被掺杂第二、不同的导电类型。本文所述的另一实施例是一种光学设备，该光学设备包括：位于介电衬底上的右波导以及位于介电衬底上的左波导，其中，右波导和左波导位于由介电衬底定义的相同平面上，并且左波导被掺杂第一导电类型而右波导被掺杂第二、不同的导电类型。该光学设备还包括将右波导和左波导分离开的纵向区域。该纵向区域从介电衬底纵向延伸至右波导和左波导中的一个的与接触介电衬底的下表面相对的上表面。此外，纵向区域被充满介电材料。该光学设备还包括至少部分覆盖纵向区域的介电脊，其中，介电脊的宽度等于或大于纵向区域的宽度。示例实施例光调制器可以包括最左侧的波导、最右侧的波导、以及位于它们之间的介电层。在一个实施例中，波导可以位于相同的平面上。当电压电势在最右侧和最右侧的波导之间被创建时，这些层形成提供对通过调制器的光信号进行有效高速光调制的硅-绝缘体-硅电容器(也被称为SISCAP)结构。与介电层位于上层波导和下层波导之间的水平SISCAP结构不同，将介电层布置在位于相同平面上的波导之间致使产生纵向SISCAP结构。例如，波导可以位于相同的衬底上。在一个实施例中，波导由同一晶体硅衬底制成。因此SISCAP结构中的两个波导都由晶体硅制成，这与一个波导由晶体硅制成而另一波导由例如多晶硅制成的纵向SISCAP结构相比，可以减少光损耗。图1根据本文公开的一个实施例示出SOI设备100。SOI设备100包括表层105、掩埋绝缘层110(也被称为埋氧化物(BOX)层)、以及半导体衬底115。尽管本文的实施例用硅指代表层105和衬底115，但是本
公开不限于此。例如，其它半导体或光传输材料可以被用于形成此处所示的结构100。此外，表层105和衬底115可以由相同材料制成，但是在其它实施例中，这些层105、115可以由不同材料制成。表层105的厚度可以从小于100纳米到大于微米变动。更具体地，表层105可以在100-300纳米厚之间。绝缘层110的厚度可以根据所需的应用变化。如会在下文进行详细讨论的，绝缘层110的厚度可以直接取决于被耦合于SOI设备100的模式的尺寸和所需效率。因此，绝缘层110的厚度可以从小于1微米到数十微米变动。衬底115的厚度可以根据SOI设备110的具体应用广泛地变化。例如，衬底115可以是典型的半导体晶片的厚度(例如，100-700微米)或者可以剪薄并且被安装在另一衬底上。对于光学应用，硅表层105和绝缘层110(例如，二氧化硅、氮氧化硅等)可以提供形成鲜明对比的折射率以将光信号限制在表层105的波导中。在随后的处理步骤中，SOI设备100的表层105可以被蚀刻以形成一个或多个硅波导。因为硅相比于绝缘体(例如，二氧化硅)具有更高的折射率，所以当光信号传播过绝缘层105时主要保持在波导中。纵向SISCAP图2根据本公开的一个实施例示出具有纵向电荷调制区域的调制器200的截面图。也就是说，取代将栅极介电层的至少某一部分布置在上层波导和下层波导之间，此处是将栅极介电层布置在位于相同的水平平面的波导之间，从而建立基本纵向的电荷调制区域。如所示，调制器200包括位于同一衬底(即，绝缘层110)上的左波导205、栅极介电区域210、以及右波导215。类似于上文实施例中所讨论的上层和下层波导，波导205、215可以是基于硅的并且可以包括应变硅、SixGel-x、充分单晶硅(即，晶体硅)、多晶硅、及其组合。然而，如下文的详细描述，形成波导205、215以使它们并排，这允许两个波导都由相同的材料制成(例如，晶体硅)，但这不是必需的。此外，波导205和215掺杂有具有相反导电类型的掺杂剂。如所示，栅极介电层210(也被称为“栅极电介质层”或“栅极氧化
层”)建立虚线框所示的电荷调制区域或电荷累积区域，在该区域中，自由载流子(例如，电子和空穴)流入和流出p型掺杂波导205和n型掺杂波导215。这样做以建立有源区域，在该有源区域中，与调制器200相关联的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于形成光学设备的方法，该方法包括：蚀刻位于绝缘体上的晶体硅衬底以形成右晶体硅波导和左晶体硅波导，其中，右波导和左波导分别具有接触所述绝缘体的下表面；以及在形成所述右波导和所述左波导之后，在所述右波导和所述左波导之间的纵向间隙中沉积介电材料，其中，所述左波导被掺杂第一导电类型而所述右波导被掺杂第二、不同的导电类型。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.01.24 US 61/931,3141.一种用于形成光学设备的方法，该方法包括：蚀刻位于绝缘体上的晶体硅衬底以形成右晶体硅波导和左晶体硅波导，其中，右波导和左波导分别具有接触所述绝缘体的下表面；以及在形成所述右波导和所述左波导之后，在所述右波导和所述左波导之间的纵向间隙中沉积介电材料，其中，所述左波导被掺杂第一导电类型而所述右波导被掺杂第二、不同的导电类型。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述纵向间隙从所述绝缘体延伸至第一波导和第二波导中的一个的上表面，所述上表面与相应的下表面相对。3.根据权利要求1所述的方法，形成至所述右波导的第一电气连接以及至所述左波导的第二电气连接，其中，所述介电材料将所述右波导与所述左波导电气绝缘，从而使得接收由所述第一电气连接提供的第一电压以及由所述第二电气连接提供的第二电压，生成建立电荷调制区域的电压电势。4.根据权利要求1所述的方法，其中，蚀刻所述晶体硅衬底以形成所述右波导和所述左波导两者是在单个蚀刻步骤中执行的。5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述纵向间隙具有小于15纳米的宽度。6.根据权利要求1所述的方法，还包括：在所述右波导、左波导各自的上表面以及被沉积在所述纵向间隙中的介电材料上沉积介电封盖层；在所述介电材料的封盖层中形成至少部分覆盖被沉积在所述纵向间隙中的介电材料的脊，其中，所述脊的宽度等于或大于所述纵向间隙的宽度。7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述纵向间隙包括形成多分层结构的至少两种不同的介电材料。8.根据权利要求1所述的方法，还包括：向所述右波导和所述左波导中蚀刻各自的沟槽以在所述右波导和所述左波导中形成相应的脊部件，所述脊部件毗连所述纵向间隙。9.一种光学设备，包括：位于介电衬底上的右晶体硅波导；位于所述介电衬底上的左晶体硅波导，其中，右波导和左波导位于由所述介电衬底定义的相同平面上；以及将所述右波导和所述左波导分离开的纵向区域，所述纵向区域从所述介电衬底纵向延伸至所述右波导和所述左波导中的一个的与接触所述介电衬底的下表面相对的上表面，其中，所述纵向区域被充满介电材料，...

【专利技术属性】
技术研发人员：威普库马·帕特尔，普拉卡什·约托斯卡，
申请(专利权)人：思科技术公司，
类型：发明
国别省市：美国;US