專(zhuān)利名稱：調(diào)制光學(xué)信號(hào)的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及光學(xué)通信，更具體地涉及用于光學(xué)通信鏈路的調(diào)制器。
背景技術(shù)：
在任何光學(xué)通信鏈路中有三個(gè)主要的部件產(chǎn)生光的光源、對(duì)光 進(jìn)行編碼的調(diào)制器和探測(cè)光的光電二極管。近來(lái)，硅已經(jīng)被視為用于 光學(xué)通信鏈路的調(diào)制器中的材料，然而，直到今天，這種硅調(diào)制器仍 有突出的缺點(diǎn)，例如，大的器件覆蓋區(qū)和/或有限的調(diào)制帶寬及光學(xué)帶 寬。
圖1是示出常規(guī)的金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)電容器100的一 部分的剖視圖。具體來(lái)說(shuō)，該電容器100包括第一硅層102和第二硅 層108，在第一珪層102和第二硅層108之間設(shè)置有柵極氧化物層104。 當(dāng)改變硅的折射率時(shí)，例如，由于所施加的電壓所產(chǎn)生的表面電荷(出 現(xiàn)在下文總稱為"載流子106"的載流子106rl06n中)，在傳播通過(guò)電 容器100的光的光學(xué)模中引起相移。
例如，當(dāng)(例如，通過(guò)積累或者反轉(zhuǎn))產(chǎn)生表面電荷時(shí)，由于在 表面電荷區(qū)域(即，其中產(chǎn)生載流子106的區(qū)域)上的硅的材料折射 率減小，光學(xué)模的有效折射率降低。因?yàn)楸砻骐姾蓞^(qū)域的厚度非常薄 (例如，在數(shù)十個(gè)納米的范圍)，所以波導(dǎo)和表面電荷區(qū)域的光學(xué)模 之間的重疊非常小，從而導(dǎo)致波導(dǎo)模的有效折射率變化非常有限。因 此，為了引起足夠的累積相位變化，電容器100必須采用非常長(zhǎng)的長(zhǎng) 度。
因此，需要用于光學(xué)調(diào)制的方法和設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是用于光學(xué)調(diào)制(例如，用于光學(xué)通信鏈路中)的方法和
設(shè)備。在一個(gè)實(shí)施例中，用于光學(xué)調(diào)制的設(shè)備包括第一硅層，在其
中形成有一個(gè)或者多個(gè)溝槽；電介質(zhì)層，作為第一硅層的襯里；第二 硅層，其設(shè)置在電介質(zhì)層上并填充溝槽。


為了可以得到和詳細(xì)地理解本發(fā)明的上述實(shí)施例的方式，通過(guò)引 用附圖中所示的本發(fā)明的實(shí)施例，可以得到對(duì)上面概述的本發(fā)明的更 加詳細(xì)的描述。然而，應(yīng)該注意，附圖僅僅示出本發(fā)明的典型實(shí)施例， 從而不應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的限制，因?yàn)楸景l(fā)明可以允許其它等同 有效的實(shí)施例。
圖1是示出傳統(tǒng)的金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)電容器的一部分
的剖視圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的電容器的 一個(gè)實(shí)施例的剖視圖，該電容 器可以實(shí)施用于光學(xué)通信鏈路；
圖3是示出示于圖2中的電容器的一部分的剖視圖；以及
圖4是示出根據(jù)本發(fā)明的電容器的第二實(shí)施例的剖視圖，該電容 器可以實(shí)施用于光學(xué)通信鏈路。
為了幫助理解，盡可能地使用相似的參考標(biāo)號(hào)表示附圖中共有的 相似元件。
具體實(shí)施例方式
在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明是用于光學(xué)調(diào)制的方法和設(shè)備。本發(fā)明 的實(shí)施例能夠通過(guò)提供放大的表面電荷區(qū)域(即，包括"水平"和"垂 直，，兩部分)來(lái)增強(qiáng)較小器件(調(diào)制器)覆蓋區(qū)內(nèi)的光學(xué)限制。當(dāng)與 高度限制的模態(tài)分布結(jié)合時(shí)，甚至可以進(jìn)一步地減少調(diào)制器的覆蓋 區(qū)。
圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的電容器200的一個(gè)實(shí)施例的剖視圖，該 電容器200可以實(shí)施用于光學(xué)通信鏈路。具體來(lái)說(shuō)，電容器200可以 用于光學(xué)通信鏈路的調(diào)制器(例如，基于Mach-Zenhder干涉儀的調(diào) 制器)中。電容器200與圖1所示的電容器100共有一些相似性，并 且，該電容器200包括掩埋的氧化物層202、第一硅層204、電介質(zhì) 層206和第二硅層216。
第一硅層204設(shè)置在掩埋的氧化物層202上。第一硅層204包括 形成在其中的一個(gè)或多個(gè)溝槽208^208n (下文總稱為"溝槽208")。 采用圖2的溝槽208,作為例子，每一個(gè)溝槽包括第一壁210、第二壁 212和第三壁214。第一壁210和第二壁212相互基本平行，而第三 壁214與第一壁210和第二壁212基本上垂直。
電介質(zhì)層206設(shè)置在第一硅層204上。在一個(gè)實(shí)施例中，電介質(zhì) 層206具有基本上鋸齒形或蜿蜒的橫截面(即，相對(duì)于光傳播通過(guò)電 容器200的方向)，從而電介質(zhì)層206內(nèi)襯(line)第一硅層204中 的溝槽208。因此，電介質(zhì)層206可以凈皮視為包括"水平，，部分(即， 與掩埋的氧化物層202基本上平行的部分，例如，與該掩埋的氧化物 層202基本上平行的第三壁214和其它溝槽208的壁)和"垂直"部分 (即，與掩埋的氧化物層202基本上垂直的部分，例如，與該掩埋的 氧化物層202基本上垂直的第二壁212和其它溝槽208的壁)二者。
在一個(gè)實(shí)施例中，電介質(zhì)層206包括厚度為t的材料層，該厚度 盡可能地薄，但是仍能夠支撐足以產(chǎn)生表面電荷的高電壓(例如，十 伏特)。因此，在一個(gè)實(shí)施例中，電介質(zhì)層206的厚度t在幾個(gè)納米 至數(shù)十個(gè)納米的范圍內(nèi)。在一個(gè)實(shí)施例中，電介質(zhì)層206包含這樣的 材料，相對(duì)于第二硅層216而言，該材料具有低的折射率。在另一個(gè) 實(shí)施例中，電介質(zhì)層206包含這樣的材料，該材料的折射率低于或近 似等于第二硅層216的折射率。在一個(gè)實(shí)施例中，電介質(zhì)層206包含 柵極氧化物。在一個(gè)實(shí)施例中，電介質(zhì)層206由下述材料中的至少一 種形成二氧化硅、硅氮化物或高k電介質(zhì)(即，具有高介電常數(shù)的 物質(zhì))。
第二硅層216設(shè)置在電介質(zhì)層206上，并且填充溝槽208，該溝 槽208用電介質(zhì)層206內(nèi)襯。因此，第二珪層216通過(guò)電介質(zhì)層206
與第一硅層204分隔開(kāi)。在一個(gè)實(shí)施例中，第一硅層204包含晶體硅， 而第二硅層216包含多晶硅。在另一個(gè)實(shí)施例中，第一硅層204和第 二硅層216都包含晶體硅。在一個(gè)實(shí)施例中，第一硅層204是n型摻 雜的，而第二硅層216是p型摻雜的。
在一個(gè)實(shí)施例中，電容器200還包括兩個(gè)氧化物層218i和2182 (下文總稱為"氧化物層218")，這兩個(gè)氧化物層橫向地設(shè)置在電介 質(zhì)層206的每一側(cè)上。因此，與電介質(zhì)層206 —樣，氧化物層218設(shè) 置在第一硅層204和第二硅層216之間。氧化物層218幫助維持光學(xué) 限制并防止傳播通過(guò)電容器200的光的光學(xué)場(chǎng)穿入接觸區(qū)域22(h和 2202 (下文總稱為"接觸區(qū)域220")。接觸區(qū)域220適合提供電壓給 電容器200，從而表面電荷(即，載流子222)積累在電介質(zhì)層206 的兩側(cè)上。
圖3是示出示于圖2中的電容器200的一部分300的剖視圖。具 體來(lái)說(shuō)，圖3示出與掩埋的氧化物層202"垂直地"或者基本上垂直地 設(shè)置的電介質(zhì)層206的一部分(例如，溝槽208t的第一壁210或第二 壁212)。
在這種情況下，當(dāng)假設(shè)第二硅層216包含其折射率從nsi下降到 ns的珪時(shí)，對(duì)于橫電(TE)模(即，x方向上的電場(chǎng))而言，由于電 位移的連續(xù)性，電場(chǎng)幅度從Ex提高到f4)A。結(jié)果，限制在表面電荷
區(qū)域中的能量從^2,.《^增加到通過(guò)改變MOS結(jié)構(gòu)的取向
(例如，從"水平"到"垂直")而實(shí)現(xiàn)的總增強(qiáng)因子是斗。
",
因此，電容器200允許增強(qiáng)較小覆蓋區(qū)內(nèi)的光學(xué)限制。因?yàn)殡娊?質(zhì)層206的蜿蜒橫截面產(chǎn)生放大的表面電荷區(qū)域(即，包括"水平"和 "垂直，，兩部分)，所以提高了表面電荷區(qū)域內(nèi)的光學(xué)限制因子。這樣 導(dǎo)致載流子與傳播通過(guò)電容器200的光學(xué)模非常強(qiáng)烈地重疊。這樣重 疊又允許減少包含電容器200的調(diào)制器的長(zhǎng)度。與電容器200中的高 度限制的模態(tài)分布和沿著電介質(zhì)層206的垂直部分的兩側(cè)的表面電荷 區(qū)域中的TE模光的增強(qiáng)限制因子結(jié)合，甚至可以進(jìn)一步地減少調(diào)制
器的覆蓋區(qū)。
圖4是示出根據(jù)本發(fā)明的電容器400的第二實(shí)施例的剖視圖，該 電容器400可以實(shí)施用于光學(xué)通信鏈路中。電容器400與示于圖2中 的電容器200共有一些相似性，并且，該電容器400包括掩埋的氧化 物層402、第一硅層404、電介質(zhì)層406和第二硅層416。
第一硅層404設(shè)置在掩埋的氧化物層402上。第一硅層404包括 形成在其中的一個(gè)或多個(gè)溝槽408r408n (下文總稱為"溝槽408")。
電介質(zhì)層406設(shè)置在第一硅層404上。在一個(gè)實(shí)施例中，電介質(zhì) 層406具有基本上鋸齒形或蜿蜒的橫截面(即，相對(duì)于光傳播通過(guò)電 容器400的方向)，從而電介質(zhì)層406內(nèi)襯第一珪層404中的溝槽408。 在一個(gè)實(shí)施例中，電介質(zhì)層406包括厚度為t的材料層，該厚度盡可 能地薄，但是仍能夠支撐足以產(chǎn)生表面電荷的高電壓(例如，十伏特)。 因此，在一個(gè)實(shí)施例中，電介質(zhì)層406的厚度t在幾個(gè)納米至數(shù)十個(gè) 納米的范圍內(nèi)。在一個(gè)實(shí)施例中，電介質(zhì)層406包含這樣的材料，即 相對(duì)于第二硅層416而言，該材料具有低的折射率。在另一個(gè)實(shí)施例 中，電介質(zhì)層406包含這樣的材料，該材料的折射率低于或近似等于 第二硅層416的折射率。在一個(gè)實(shí)施例中，電介質(zhì)層406包含柵極氧 化物。在一個(gè)實(shí)施例中，電介質(zhì)層406由下述材料中的至少一種形成 二氧化硅、硅氮化物或高k電介質(zhì)(即，具有高介電常數(shù)的物質(zhì))。
第二硅層416設(shè)置在電介質(zhì)層406上，并且填充溝槽408，該溝 槽408用電介質(zhì)層406內(nèi)襯。因此，第二珪層416通過(guò)電介質(zhì)層406 與第一珪層404分隔開(kāi)。在一個(gè)實(shí)施例中，第一硅層404包含晶體硅， 而第二硅層416包含多晶硅。在另一個(gè)實(shí)施例中，第一硅層404和第 二硅層416都包含晶體硅。在一個(gè)實(shí)施例中，第一硅層404是n型摻 雜的，而第二硅層416是未摻雜的。
在一個(gè)實(shí)施例中，電容器400還包括兩個(gè)氧化物層418i和4182 (下文總稱為"氧化物層418")，這兩個(gè)氧化物層橫向地設(shè)置在電介 質(zhì)層406的每一側(cè)上。因此，與電介質(zhì)層406 —才羊，氧化物層418i殳 置在第一硅層404和第二珪層416之間。氧化物層418幫助維持光學(xué)
限制并防止傳播通過(guò)電容器400的光的光學(xué)場(chǎng)穿入接觸區(qū)域42(^和 4202 (下文總稱為"接觸區(qū)域420")。接觸區(qū)域420適合提供電壓給 電容器400，從而表面電荷(即，栽流子422)積累在電介質(zhì)層406 的兩側(cè)上。
另外，電容器400包括高度p型摻雜的材料薄層418,該薄層418 用電介質(zhì)層406內(nèi)襯，從而，該層418設(shè)置在電介質(zhì)層406和第二硅 層416之間。在一個(gè)實(shí)施例中，層418包含p型摻雜的硅。因此，與 圖2中所示的電容器200不一樣，電容器400包括設(shè)置在非常薄的p 型摻雜的區(qū)域(即，層418)上的未摻雜的區(qū)域(即，第二硅層416)。 與電容器200相比較，這樣具有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。第一，減少了光學(xué)損耗(即， 自由載流子吸收)。自由載流子吸收通常由p型摻雜區(qū)域產(chǎn)生，但是， 因?yàn)殡娙萜?00的p型摻雜區(qū)域非常薄，所以減少了光學(xué)損耗。第二， 由于高度p型摻雜的層218的電阻率低，電容器400將表面電荷更加 均勻地分布在"水平，，和"垂直，，兩部分上。因此，電荷區(qū)與光學(xué)模的重 疊增強(qiáng)。
因此，在光子學(xué)領(lǐng)域中，本發(fā)明代表顯著的進(jìn)步。本發(fā)明的實(shí)施 例可以通過(guò)提供放大的表面電荷區(qū)域(即，包括"水平"和"垂直"兩部 分)來(lái)有效地實(shí)施于光學(xué)通信鏈路中，以在減少器件(調(diào)制器)覆蓋 區(qū)的同時(shí)增強(qiáng)光學(xué)限制。與高度限制的模態(tài)分布和利用鋸齒形電介質(zhì) 層的增大的表面電荷區(qū)域結(jié)合，甚至可以進(jìn)一步地減少調(diào)制器的覆蓋 區(qū)。
雖然前述內(nèi)容涉及本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但是在不脫離本發(fā)明的 基本范圍的情況下可以設(shè)計(jì)本發(fā)明的其它的、額外的實(shí)施例，通過(guò)下 面的權(quán)利要求確定本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種設(shè)備，包括第一硅層，該第一硅層具有形成在其中的一個(gè)或多個(gè)溝槽；電介質(zhì)層，其內(nèi)襯所述第一硅層；以及第二硅層，其設(shè)置在所述電介質(zhì)層上并填充所述一個(gè)或多個(gè)溝槽。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述電介質(zhì)層的橫截面 包括基本上蜿蜒的形狀。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述第一硅層包含晶體硅。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中，所述第一硅層是n型摻雜的。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述電介質(zhì)層包含柵極 氧化物。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其中，所述柵極氧化物包括下 述物質(zhì)中的至少一種二氧化硅、硅氮化物或高k電介質(zhì)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述電介質(zhì)層的折射率 小于或近似等于所述第二硅層的折射率。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述第二硅層包含晶體 硅或多晶硅。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中，所述第二硅層是p型摻雜的。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，還包括 p型摻雜的硅層，其設(shè)置在所述電介質(zhì)層和所述第二硅層之間，所述p型摻雜的硅層內(nèi)襯所述電介質(zhì)層。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，所述第二硅層是未摻雜的。
12. —種用于調(diào)制光學(xué)信號(hào)的方法，該方法包括 提供第一硅層，該第一硅層具有形成在其中的一個(gè)或多個(gè)溝槽； 用電介質(zhì)層內(nèi)襯所述第一硅層；以及用設(shè)置在所述電介質(zhì)層上的第二硅層填充所述一個(gè)或多個(gè)溝槽。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，還包括 在所述電介質(zhì)層上聚集表面電荷。
14. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述第一硅層包含晶體硅。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述第一硅層是n型 摻雜的。
16. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述電介質(zhì)層的折射 率小于或近似等于所述第二硅層的折射率。
17. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述第二硅層包含晶 體硅或多晶硅。
18. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述第二硅層是p型 摻雜的。
19. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，還包括 用設(shè)置在所述電介質(zhì)層和所述第二硅層之間的p型摻雜的硅層內(nèi)襯所述電介質(zhì)層。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，所述第二硅層包含未摻雜的硅。
全文摘要
本發(fā)明是用于光學(xué)調(diào)制(例如，用于光學(xué)通信鏈路)的方法和設(shè)備。在一個(gè)實(shí)施例中，用于光學(xué)調(diào)制的設(shè)備包括第一硅層，該第一硅層具有形成在其中的一個(gè)或多個(gè)溝槽；電介質(zhì)層，其內(nèi)襯所述第一硅層；以及第二硅層，其設(shè)置在所述電介質(zhì)層上并填充所述溝槽。
文檔編號(hào)G02F1/015GK101178486SQ20071017005
公開(kāi)日2008年5月14日 申請(qǐng)日期2007年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月9日
發(fā)明者夏豐年, 尤里伊·A.·維拉索 申請(qǐng)人:國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司