等离体子增强型电磁辐射发射器件及其制造方法技术

本发明专利技术的各个实施例涉及表面等离体子增强型电磁辐射发射器件并且涉及制造这些器件的方法。在本发明专利技术的一个实施例中，一种电磁辐射发射器件（１００）包括多层核（１０６）、金属器件层（１０８）以及衬底（１０４）。多层核（１０６）具有内层（１１０）和外层（１１２），其中该外层被配置为围绕该内层的至少一部分。金属器件层（１０８）被配置成围绕该外层的至少一部分。衬底（１０４）具有与内层（１１０）电通信的底部传导层（１１８）以及与金属器件层（１０８）电通信的顶部传导层（１２２）以使得当在底部传导层和顶部传导层之间施加适当的电压时所暴露的部分发射表面等离体子增强的电磁辐射。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术的实施例涉及电磁辐射发射器件，并且具体地涉及能够实施在光子器件中的等离体子(plasmon)增强型电磁辐射发射器件。
技术介绍
近年来，集成电路上微电子器件的不断增加的密度已经在能够用来互连这些器件的金属信号线的密度方面造成了技术瓶颈。另外，金属信号线的使用造成功耗的显著增加以及在同步位于大多数电路顶部上的最长链路方面的困难。不是经由信号线作为电信号来传输信息，相同信息能够被编码在电磁辐射("ER")中并且经由波导(诸如光纤、脊波导或光子晶体波导)进行传输。经由波导传输被编码在ER中的信息与经由信号线传输电信号相比具有许多优点。首先，经由波导传输的ER的降低或损耗比经由信号线传输的电信号的降低或损耗低很多。其次，波导能够被制造成支持比信号线高很多的带宽。例如，单个Cu或A1导线仅能够传输单个电信号，而单个光纤能够被配置成传输大约IOO或更多个不同编码的ER。 近来，材料科学和半导体制造技术的进步已经使得发展能够与诸如CMOS电路之类的电子器件集成以形成光子集成电路("PIC")的光子器件成为可能。术语"光子"指的是能够以具有横跨电磁频谱的频率的经典表征的电磁辐射或量子化的电磁辐射进行工作的器件。PIC是电子集成电路的光子等同物并且可以被实施在半导体材料的晶片上。为了有效地实施PIC，需要无源和有源光子部件。波导和衰减器是无源光子部件的示例，其一般能够使用常规外延和光刻方法来制造并且可以用来引导ER在微电子器件之间的传播。物理学家和工程师已经意识到需要能够被实施在PIC和其他光子器件中的有源光子部件，诸如ER发射器件和调制器。
技术实现思路
本专利技术的各个实施例涉及表面等离体子增强型电磁辐射发射器件并且涉及制作这些器件的方法。在本专利技术的一个实施例中，一种电磁辐射发射器件包括多层核、金属器件层以及衬底。多层核具有内层和外层，其中该外层被配置为围绕该内层的至少一部分。金属器件层被配置成围绕该外层的至少一部分。衬底具有与内层电通信的底部传导层以及与金属器件层电通信的顶部传导层以使得当在底部传导层和顶部传导层之间施加适当的电压时所暴露的部分发射表面等离体子增强的电磁辐射。附图说明 图1A示出了依据本专利技术的实施例的电磁辐射发射器件的等距视图。 图IB示出了依据本专利技术的实施例的图IA所示电磁辐射发射器件的俯视图。 图2示出了依据本专利技术的实施例的电磁辐射发射器件沿图1所示的线2-2的截面图。 图3示出了依据本专利技术的实施例的多层核和金属器件层的截面图。 图4A-4I示出了对应于用于制造依据本专利技术的实施例的图1-2所示电磁辐射发射器件的方法的步骤的等距视图和截面图。具体实施例方式本专利技术的各个实施例涉及表面等离体子增强型电磁辐射发射("SPEERE")器件以及涉及制造SPE ERE器件的方法。SPE ERE器件包括ER源，该ER源能够以比典型的ER发射源(诸如发光二极管)更高的速度和效率生成调制的ER。 SPE ERE器件能够被用作各种不同PIC中的调制ER源。在下面描述的各个器件和制造实施例中，包括相同材料的许多结构上类似的部件已经被提供有相同的附图标记，并且为了简洁起见，不再重复对其结构和功能的解释。 图IA示出了分别依据本专利技术的实施例的SPE ERE器件100的等距视图。SPE ERE器件100包括多层ER源102，该多层ER源102由分层衬底104支撑并且与分层衬底104电通信。ER源102包括多层核106和金属器件层108，所述金属器件层108被配置为围绕多层核106的至少一部分。多层核106包括内层110和围绕内层110的至少一部分的外层112。多层核106还可以包括位于内层110和外层112之间的中间层114以及围绕金属器件层108的至少一部分的任选外层116。分层衬底104可以包括底部传导层118、中部介电层120以及顶部传导层122。中部介电层120用作顶部传导层122和底部传导层118之间的绝缘层。顶部传导层122能够是金属器件层108的延伸部分，或者顶部传导层122能够由与金属器件层108电通信的半导体或导体组成。底部传导层118能够是绝缘体上硅衬底的Si层，其中所述Si层与内层110电通信，如下面参照图2所描述的。 图1B示出了依据本专利技术的实施例的ER源102的俯视图。如图1A-1B所示，多层核106的层108U10、112和114被暴露以便发射在ER源102内生成的电磁辐射，如下面参照图3所描述的。注意，图1所示的ER源102不限于圆柱形配置。例如，ER源102能够具有椭圆形、方形、矩形、六边形、不规则或任何其他适合的截面形状。 任选的外层116能够由金属或半导体组成，并且任选的外层116和中部层120两者都能够由Si(^、Si3N4或另一适合的介电材料组成。金属器件层108能够由金、钛、镍、铬、钼、钯、铝或另一适合的金属导体或金属合金组成。多层核106和底部传导层118能够由间接带隙元素半导体或者直接或间接带隙化合物半导体组成。元素半导体包括Si和Ge。化合物半导体一般为III-V材料，其中罗马数字III和V代表元素周期表的第三列和第五列中的元素。化合物半导体能够根据组成半导体的III和V元素的量进行分类。例如，二元半导体化合物包括GaAs、 InP、 InAs和GaP ;三元半导体化合物包括GaASyP卜y，其中y在0和1之间变化；而四元半导体化合物包括InxGai—,ASyP^y，其中x和y两者都在0和1之间变化。 化合物半导体的元素组成能够被改变以便发射具有特定波长的电磁辐射。例如，GaAs是直接带隙III-V半导体，其发射具有在电磁频谱的红外部分中的波长的电磁辐射；而GaP是间接带隙半导体，其发射具有在电磁频谱的不同部分中的波长的电磁辐射。四元半导体能够用来发射在电磁频谱的其他部分内的电磁辐射。例如，InAlGaP半导体中的元素量能够被改变以发射具有在电磁频谱的红色、黄色、和橙色可见光部分中的波长的电磁辐射，而AlGalnN半导体中的元素量能够被改变以发射具有在电磁频谱的蓝色和绿色可见光部分中的波长的电磁辐射。 在本专利技术的某些实施例中，内层110能够是p型半导体，而外层112能够是n型半导体。在本专利技术的其他实施例中，内层110能够是n型半导体，而外层112能够是p型半导体。换言之，内层110和外层112形成pn二极管的两个层。术语"p型半导体"指的是用电子受主杂质(诸如硅中的硼)进行掺杂以便提高称为"空穴"的自由正载流子的数量的本征半导体，而术语"n型半导体"指的是用电子施主杂质(诸如硅中的砷)进行掺杂以便提高自由电子的数量的本征半导体。空穴和电子是两种类型的电荷载流子。中间层114能够是横跨P型半导体和n型半导体的结或界面而形成的耗尽区。内层110和外层112之间的载流子浓度差产生横跨耗尽区的电场，如下面所描述的。载流子从高浓度区扩散到低浓度区。具体而言，源自多层核106的p型半导体的空穴部分地扩散到多层核106的n型半导体中，n型半导体的空穴浓度低于p型半导体。类似地，来自多层核106的n型半导体的电子部分地扩散到多层核106的p型半导体中，n型半导体的电子浓度高于p型半导体。随着电荷载流子扩散，它们留下了产生它们的电离掺杂剂。当多层核106的n型和p型半导体层之间本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电磁辐射发射器件（１００），包括：多层核（１０６），所述多层核具有内层（１１０）和外层（１１２），其中该外层被配置为围绕该内层的至少一部分；金属器件层（１０８），其被配置成围绕该外层的至少一部分；以及衬底（１０４），所述衬底具有与所述内层电通信的底部传导层（１１８）以及与所述金属器件层电通信的顶部传导层（１２２）以使得当在所述底部传导层和所述顶部传导层之间施加适当的电压时所暴露的部分发射表面等离体子增强的电磁辐射。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：D法塔尔，NJ奎托里亚诺，H曹，M菲奥伦蒂诺，TI卡明斯，
申请(专利权)人：惠普开发有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]