專利名稱：具有采用水平電場的光傳感器的光學(xué)器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)器件且更具體而言涉及具有光傳感器的器件。
背景技術(shù)：
光學(xué)和/或光電器件在通信應(yīng)用中的使用不斷增加。這些器件通常包括從波導(dǎo)接收光信號的光傳感器。這些光傳感器通常采用吸收光信號的光吸收材料。在光傳感器的操作期間，在光吸收材料兩端施加電場。當(dāng)光吸收材料吸收光信號時，電流流經(jīng)光吸收材料。 因此，流經(jīng)光吸收材料的電流的水平指示被光吸收材料接收的光信號的強度。在光學(xué)和/或光電器件上存在的這些波導(dǎo)通常由硅制成。因為硅不吸收具有在通信應(yīng)用中使用的波長的光信號，硅通常并不有效地用作用于通信應(yīng)用的光傳感器中的光吸收介質(zhì)。對照地，鍺是可以吸收這些光信號的材料并因此通常用作用于通信應(yīng)用的光傳感器中的光吸收介質(zhì)。當(dāng)波導(dǎo)具有亞微米尺寸的剖面時，這些光傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)適當(dāng)?shù)乃俣?。然而，?dāng)與具有這些尺寸的波導(dǎo)一同使用時，這些光傳感器與不希望的高的光學(xué)損耗相關(guān)。而且，在很多通信應(yīng)用中使用的波導(dǎo)采用較大的波導(dǎo)。當(dāng)這些光傳感器與較大波導(dǎo)一同使用時，它們不希望地慢且通常與不希望的暗電流水平相關(guān)。由于上述原因，對于適于與較大波導(dǎo)一同使用的光傳感器存在需要。
發(fā)明內(nèi)容
光學(xué)器件包括基底上的波導(dǎo)。該器件還包括基底上的光傳感器。光傳感器包括配置成從波導(dǎo)接收光信號的光吸收介質(zhì)。光傳感器還包括用于在光吸收介質(zhì)中產(chǎn)生電場的場源。場源配置為使得電場基本平行于基底。在光學(xué)器件的一個實施例中，波導(dǎo)配置成引導(dǎo)光信號通過光傳輸介質(zhì)。另外，光吸收介質(zhì)具有在頂面和底面之間延伸的側(cè)面，其中底面位于基底和頂面之間。光吸收介質(zhì)配置成從波導(dǎo)中的光傳輸介質(zhì)接收至少一部分光信號。光傳輸介質(zhì)和光吸收介質(zhì)是不同的材料。光傳感器還包括配置成用作光吸收介質(zhì)中的電場源的場源。場源每個均接觸側(cè)面之一且被場源接觸的側(cè)面位于光吸收介質(zhì)的相對面上。
圖IA至ID說明具有配置成從波導(dǎo)接收光信號的光傳感器的光學(xué)器件。光傳感器包括配置成在光吸收介質(zhì)中產(chǎn)生基本水平電場的場源。圖IA是器件的透視圖。圖IA至圖ID中示出的器件采用光吸收介質(zhì)的摻雜區(qū)域作為場源。圖IB是圖IA中示出的器件沿著標(biāo)記為B的線截取的剖面圖。圖IC是圖IA中示出的器件沿著標(biāo)記為C的線截取的剖面圖。圖ID是圖IC中示出的光學(xué)器件沿著標(biāo)記為C的線截取且平行于波導(dǎo)的縱軸延伸的剖面圖。圖2A是采用電學(xué)導(dǎo)體作為場源的光傳感器的剖面圖。圖2B是采用電學(xué)導(dǎo)體作為場源的光傳感器的剖面圖。該電學(xué)導(dǎo)體提升到圖2A中示出的電學(xué)導(dǎo)體的高度以上。圖3是其中波導(dǎo)包括水平椎體的光學(xué)器件的頂視圖。圖4A至12C說明產(chǎn)生根據(jù)圖IA至IC構(gòu)建的光學(xué)器件的方法。圖13A至16B說明產(chǎn)生根據(jù)圖2B構(gòu)建的光學(xué)器件的方法。
具體實施例方式光學(xué)器件包括基底上的光傳輸介質(zhì)。器件還包括配置成引導(dǎo)光信號通過光傳輸介質(zhì)的波導(dǎo)。光學(xué)器件還包括配置成從波導(dǎo)接收光信號的光傳感器。光傳感器包括光吸收介質(zhì)，該光吸收介質(zhì)布置為使得光傳輸介質(zhì)的種子部分位于光吸收介質(zhì)和基底之間。光吸收介質(zhì)可以在光傳輸介質(zhì)的種子部分上生長。光傳感器包括與光吸收介質(zhì)接觸的場源。在光傳感器的操作期間，采用場源來在光吸收介質(zhì)中形成電場。場源布置為使得所得的電場基本平行于基底或者基本水平。例如， 場源可以布置在光吸收介質(zhì)的側(cè)面上。因為電場基本平行于基底，電場也基本平行于光傳輸介質(zhì)的種子部分與光吸收介質(zhì)之間的界面。電場與該界面之間的相互作用是光傳感器中暗電流的源。因此，形成平行于該界面的電場減小了光傳感器中的暗電流。另外，波導(dǎo)的寬度可以在光信號進入光吸收介質(zhì)之前逐漸變小。因此，光吸收介質(zhì)可以具有比波導(dǎo)的寬度小的寬度。減小的寬度增加了光傳感器的速度。因此，即使當(dāng)與通信應(yīng)用中常見的波導(dǎo)大小一同使用時，光傳感器可以具有希望的速度和暗電流水平，同時還具有減小的與較大波導(dǎo)相關(guān)的光學(xué)損耗。圖IA至ID說明具有配置成從波導(dǎo)接收光信號的光傳感器的光學(xué)器件。圖IA是器件的透視圖。圖IB是光傳感器的剖面圖。例如，圖IB是圖IA中示出的器件沿著標(biāo)記為 B的線截取的剖面圖。圖IC是波導(dǎo)的剖面圖。例如，圖IC是圖IA中示出的器件沿著標(biāo)記為C的線截取的剖面圖。圖ID是圖IC中示出的光學(xué)器件沿著標(biāo)記為C的線截取且平行于波導(dǎo)的縱軸延伸的剖面圖。器件處于已知為平面光學(xué)器件的光學(xué)器件的分類內(nèi)。這些器件典型地包括相對于基板或基底固定的一個或更多波導(dǎo)。光信號沿著波導(dǎo)的傳播方向一般平行于器件的平面。 器件的平面的示例包括基底的頂面、基底的底面、基板的頂面和/或基板的底面。所示器件包括從頂面12延伸到底面14的側(cè)面10 (或邊緣)。光信號沿著平面光學(xué)器件上波導(dǎo)的長度的傳播方向一般延伸通過器件的側(cè)面10。器件的頂面12和底面14是非側(cè)面。器件包括向/從光學(xué)部件17運送光學(xué)信號的一個或更多波導(dǎo)16?？梢员话ㄔ谄骷系墓鈱W(xué)部件17的示例包括但不限于從由以下組成的群組選擇的一個或更多部件光信號可以通過其進入和/或退出波導(dǎo)的分面、光信號可以從器件的上面或下面通過其進入和/或/退出波導(dǎo)的進入/退出端口、用于將多個光信號組合到單個波導(dǎo)的多路復(fù)用器、 用于分離多個光信號使得在不同的波導(dǎo)上接收不同的光信號的解復(fù)用器、光學(xué)耦合器36、 光學(xué)開關(guān)、用作光信號的源的激光器、用于放大光信號的強度的放大器、用于衰減光信號的強度的衰減器、用于將信號調(diào)制到光信號上的調(diào)制器、將光信號轉(zhuǎn)換成電信號的光傳感器 29以及提供用于光信號從器件的底面14行進通過器件到器件的頂面12的光學(xué)路徑的通孔。另外，器件可以可選地包括電學(xué)部件。例如，器件可以包括用于向波導(dǎo)施加電勢或電流和/或用于控制光學(xué)器件上的其他部件的電學(xué)連接。波導(dǎo)16限定在位于基底20上的光傳輸介質(zhì)18中。光傳輸介質(zhì)18包括通過部分延伸到光傳輸介質(zhì)18中或延伸通過光傳輸介質(zhì)18的溝槽M限定的脊。合適的光傳輸介質(zhì)包括但不限于硅、聚合物、二氧化硅、SiN, GaAs, InP和LiNb03。第四光傳輸介質(zhì)沈光學(xué)地布置在光-光傳輸介質(zhì)上。第四光傳輸介質(zhì)沈可以用作用于波導(dǎo)16和/或器件的覆層。當(dāng)光傳輸介質(zhì)18是硅時，合適的第四光傳輸介質(zhì)沈包括但不限于硅、聚合物、二氧化硅、SiN、GaAs, InP 禾Π LiNb03。與光傳輸介質(zhì)18相鄰的基底20的部分配置成將來自波導(dǎo)16的光信號反射回波導(dǎo)16以限制光信號處于波導(dǎo)16中。例如，與光傳輸介質(zhì)18相鄰的基底20的部分可以是具有比光傳輸介質(zhì)18低的折射率的光學(xué)絕緣體27。折射率的下降可以導(dǎo)致來自光傳輸介質(zhì)18的光信號反射回光傳輸介質(zhì)18中。基底20可以包括布置在基板觀上的光學(xué)絕緣體 27。從下面可以明顯看出，基板觀可以配置成傳輸光信號。例如，基板觀可以由與光傳輸介質(zhì)18不同或相同的光傳輸介質(zhì)18構(gòu)建。在一個示例中，器件構(gòu)建在絕緣體上硅晶片上。 絕緣體上硅晶片包括用作光傳輸介質(zhì)18的硅層。絕緣體上硅晶片還包括布置在硅基板上的二氧化硅層。二氧化硅層可以用作光學(xué)絕緣體27且硅基板可以用作基板觀。光學(xué)器件還包括配置成接收通過一個或更多波導(dǎo)16引導(dǎo)的光信號的光傳感器 29。光傳感器四配置成將光信號轉(zhuǎn)換成電信號。因此，光信號可以用于檢測光信號的接收。 例如，光傳感器四可以用于測量光信號的強度和/或光信號的功率。盡管圖IA說明在一個或更多部件和光傳感器四之間運送光信號的波導(dǎo)16，器件可以構(gòu)建為使得波導(dǎo)16將光信號直接從光纖運送到光傳感器四。合適的光傳感器四包括吸收光信號的光吸收介質(zhì)32。光吸收介質(zhì)32布置為接收沿著波導(dǎo)16行進的光信號的至少一部分。從圖IA可以明顯看出，光吸收介質(zhì)32的分面和光傳輸介質(zhì)18的分面之間存在界面。該界面可以具有相對于光信號在界面通過波導(dǎo)傳播的方向不垂直的角度。在一些示例中，界面相對于基底基本垂直而相對于傳播方向不垂直。界面的不垂直性減小了背反射的影響。相對于傳播方向的合適的界面角度包括但不限于80°至89°的角度以及80°至85°的角度。光傳感器四的光吸收介質(zhì)32布置在光傳輸介質(zhì)18的種子部分34上。光傳輸介質(zhì)18的種子部分34布置于基底上。具體而言，光傳輸介質(zhì)18的種子部分34位于絕緣體上。光傳輸介質(zhì)18的種子部分34可以與包括在波導(dǎo)16中的光傳輸介質(zhì)18連續(xù)或者與波導(dǎo)16隔開。當(dāng)光信號進入光傳感器時，光信號的一部分可以進入光傳輸介質(zhì)的種子部分34 且光信號的另一部分進入光吸收介質(zhì)32。因此，光吸收介質(zhì)可以僅接收光信號的一部分。 在一些示例中，光傳感器可以配置為使得光吸收接收全部光信號。
在器件的制造期間，光傳輸介質(zhì)18的種子部分34可以用于生長光吸收介質(zhì)32。 例如，當(dāng)光傳輸介質(zhì)18是硅且光吸收介質(zhì)32是鍺時，鍺可以在硅上生長。因此，光傳輸介質(zhì)18在波導(dǎo)16中的使用以及作為用于生長光吸收介質(zhì)32的種子層的使用可以簡化用于制造器件的工藝。在光傳感器四的操作期間，電場施加在光吸收介質(zhì)32兩端。當(dāng)光吸收介質(zhì)32吸收光信號時，電流流經(jīng)光吸收介質(zhì)32。因此，通過光吸收介質(zhì)32的電流的水平指示光信號的接收。另外，電流的幅度可以指示光信號的功率和/或強度。取決于傳感器四的功能， 不同的光吸收介質(zhì)32可以吸收不同的波長且因此適于在傳感器四中使用。適于檢測在通信應(yīng)用中使用的光信號的光吸收介質(zhì)32包括但不限于鍺、鍺硅、鍺硅量子阱、GaAs和hP。 鍺適于檢測波長在1300nm至ieOOnm范圍的光信號。光傳感器可以配置成向光吸收介質(zhì)32施加基本平行于基底的電場。例如，光吸收介質(zhì)32可以包括連接底面和頂面的側(cè)面。底面位于頂面和基底之間。在一些實例中，側(cè)面相對于基底基本垂直。光吸收介質(zhì)32的側(cè)面可以包括摻雜區(qū)域。從圖IB可以明顯看出， 摻雜區(qū)域中的每一個可以高達(dá)光吸收介質(zhì)32的頂面。摻雜區(qū)域中的每一個可以是N型摻雜區(qū)域或P型摻雜區(qū)域。例如，N型摻雜區(qū)域中的每一個可以包括N型摻雜劑且P型摻雜區(qū)域中的每一個可以包括P型摻雜劑。在一些實例中，光吸收介質(zhì)32包括作為N型摻雜區(qū)域的摻雜區(qū)域和作為P型摻雜區(qū)域的摻雜區(qū)域。 光吸收介質(zhì)32中的摻雜區(qū)域50之間的分離導(dǎo)致在光傳感器四中形成PIN (ρ型區(qū)域-絕緣體-η型區(qū)域)結(jié)。在光吸收介質(zhì)中，用于N型區(qū)域的合適的摻雜劑包括但不限于磷和/或砷。用于 P型區(qū)域的合適的摻雜劑包括但不限于硼。用于P型摻雜劑區(qū)域中的P型摻雜劑的合適的濃度包括但不限于大于1 X IO1W, 1 X IO17CnT3或1 X IO19CnT3和/或小于1 X IO1W, 1 X IO19CnT3或1 X IO21CnT3的濃度。用于N型摻雜劑區(qū)域中的N型摻雜劑的合適的濃度包括但不限于大于 1 X 1015cnT3、1 X IO17CnT3 或 1 X IO19CnT3 和 / 或小于 1 X 1017cnT3、1 X IO19CnT3 或 IXlO21Cm-3 的濃度。光吸收介質(zhì)18也包括摻雜區(qū)域。光吸收介質(zhì)18中的每個摻雜區(qū)域接觸光吸收介質(zhì)32的摻雜區(qū)域之一。絕緣體中的摻雜區(qū)域是和與光吸收介質(zhì)32接觸的摻雜區(qū)域相同類型的摻雜區(qū)域。例如，當(dāng)光吸收介質(zhì)32中的摻雜區(qū)域是P型區(qū)域時，該摻雜區(qū)域接觸絕緣體中的P型摻雜區(qū)域。因此，在一些實例中，光吸收介質(zhì)18中的摻雜區(qū)域之一是P型摻雜區(qū)域且光吸收介質(zhì)18中的摻雜區(qū)域之一是N型摻雜區(qū)域。在絕緣體中，用于N型區(qū)域的合適的摻雜劑包括但不限于磷和/或砷。用于P型區(qū)域的合適的摻雜劑包括但不限于硼。用于P型摻雜劑區(qū)域中的P型摻雜劑的合適的濃度包括但不限于大于 1 X 1015cnT3、1 X IO17CnT3 或 1 X IO19CnT3 和 / 或小于 1 X 1017cnT3、1 X IO19CnT3 或IX IO21CnT3的濃度。用于N型摻雜劑區(qū)域中的N型摻雜劑的合適的濃度包括但不限于大于 1 X IO1W, 1 X IO17CnT3 或 1 X IO19CnT3 和 / 或小于 1 X IO1W, 1 X IO19CnT3 或 1 X IO21CnT3 的濃度。光吸收介質(zhì)18中的每個摻雜區(qū)域與諸如金屬的電學(xué)導(dǎo)體接觸。因此，光吸收介質(zhì) 18中的摻雜區(qū)域中的每一個提供電學(xué)導(dǎo)體和光吸收介質(zhì)32中的摻雜區(qū)域之一之間的電學(xué)通信。因此，電能可以施加于電學(xué)導(dǎo)體以向光吸收介質(zhì)32施加電場。從圖IB中標(biāo)記為E的箭頭可以明顯看出，光吸收介質(zhì)32中的摻雜區(qū)域用作用于電場的場源。因此，所得的電場基本平行于基底。不是使用光吸收介質(zhì)中摻雜區(qū)域作為場源，諸如金屬的電學(xué)導(dǎo)體可以用作場源。 例如，圖2A是采用電學(xué)導(dǎo)體作為場源的光傳感器的剖面圖。電學(xué)導(dǎo)體從基底延伸到光吸收介質(zhì)的頂面。例如，圖2A說明電學(xué)導(dǎo)體從絕緣體延伸到光吸收介質(zhì)的頂面。光傳輸介質(zhì)18 的種子部分位于基底和光吸收介質(zhì)之間。從圖2A可以明顯看出，電學(xué)導(dǎo)體可以接觸基底。然而，如圖2B所示，電學(xué)導(dǎo)體可以與基底隔開。在圖2B中，間隔層在光傳輸介質(zhì)18的頂面上且抵著光吸收介質(zhì)的側(cè)面形成。電學(xué)導(dǎo)體從間隔層的頂面延伸到光吸收介質(zhì)32的頂面。因此，間隔層相對于基板提升了電學(xué)導(dǎo)體的底部。電學(xué)導(dǎo)體還提升到光吸收介質(zhì)32和光傳輸介質(zhì)18的種子部分34之間的界面之上。電學(xué)導(dǎo)體的提升減小了所得的電場和光吸收介質(zhì)32與光傳輸介質(zhì)18的種子部分34之間的界面之間的相互作用。該減小的相互作用還減小了與光傳感器相關(guān)的暗電流的水平。增加被場源接觸的側(cè)面的部分可以增加光傳感器的效率。因此，如圖IA和圖2A 明顯看出，場源中的每一個可以橫跨被場源接觸的側(cè)面的頂部和被場源接觸的側(cè)面的底部之間的距離。在一些實例中，場源中的每一個從被場源接觸的側(cè)面的頂部向基底延伸。備選地，場源中的每一個可以從高于被場源接觸的側(cè)面頂部和被場源接觸的側(cè)面的底部之間的距離的90%的位置向基底延伸。在一個示例中，場源之一從場源接觸的側(cè)面的頂部的 XXXym內(nèi)的位置向基底延伸。如上所述，光傳感器適于與適合在通信應(yīng)用中使用的波導(dǎo)尺寸結(jié)合使用。因此，用于波導(dǎo)的合適高度(在圖IC中以h標(biāo)記)包括但不限于大于XXX、XXX和XXX的高度。用于波導(dǎo)的合適寬度(在圖IC中以W標(biāo)記)包括但不限于大于XXX、XXX和XXX的寬度。合適的波導(dǎo)尺寸比(波導(dǎo)的寬度波導(dǎo)的高度)包括但不限于大于XXX: 1、XXX: 1和XXX: 1和/或小于 XXX: 1、XXX: 1 和 XXX: 1 的比例。波導(dǎo)的增加的尺寸還與光吸收介質(zhì)的增加的尺寸相關(guān)。例如，用于光吸收介質(zhì)的合適高度(在圖IB中以H標(biāo)記)包括但不限于大于XXX、XXX和XXX的高度。用于光吸收介質(zhì)的合適寬度(在圖IB中以W標(biāo)記)包括但不限于大于XXX、XXX和XXX的寬度。合適的光吸收介質(zhì)尺寸比(波導(dǎo)的寬度波導(dǎo)的高度)包括但不限于大于XXX: 1、XXX 1和XXX: 1和/ 或小于XXX 1、XXX 1和XXX 1的比例。圖3是其中波導(dǎo)包括椎體的光學(xué)器件的頂視圖。椎體可以是水平椎體且不需要包括垂直椎體，盡管垂直椎體是可選的。椎體布置在光傳感器前面。例如，水平椎體在光傳輸介質(zhì)18而不是光吸收介質(zhì)32中出現(xiàn)。椎體允許光吸收介質(zhì)具有比波導(dǎo)窄的寬度。光吸收介質(zhì)的減小的寬度增加了光傳感器的速度。光學(xué)部件優(yōu)選地排除在椎體和光傳感器之間的附加部件，盡管可以存在其他部件。光學(xué)器件可以使用在集成電路、光電子電路和/或光學(xué)器件的制造中采用的制造技術(shù)構(gòu)建。例如，用于波導(dǎo)16和/或種子部分34的脊22可以在絕緣體上硅晶片上使用蝕刻技術(shù)在光傳輸介質(zhì)18中形成。水平椎體可以容易地使用掩膜和蝕刻技術(shù)形成。用于形成垂直椎體的合適的方法在2003年1月15日提交的名為“Controlled Selectivity Etch for Use with Optical Component Fabrication”的美國專利申請序列號 10/345，709 中公開，此處并入其全部內(nèi)容。圖4A至12C說明產(chǎn)生根據(jù)圖IA至IC構(gòu)建的光學(xué)器件的方法。使用絕緣體上硅晶片或芯片作為用于光學(xué)器件的起始前體說明該方法。然而，該方法可以適用于與絕緣體上硅平臺不同的平臺。圖4A至4C說明在絕緣體上硅晶片或芯片上形成第一掩膜以提供器件前體。圖 4A是器件前體的頂視圖。圖4B是圖4A中示出的器件前體沿著標(biāo)記為B的線截取的剖面圖。圖4C是圖4A中示出的器件前體沿著標(biāo)記為C的線截取的剖面圖。第一掩膜使得器件前體的一個區(qū)域露出(在那里要形成傳感器腔體)，同時保護器件前體的所述部分的其余部分。傳感器腔體是要形成光傳感器的器件前體的區(qū)域。然后執(zhí)行第一蝕刻從而形成傳感器腔體。第一蝕刻得出圖4A至圖4C的器件前體。第一蝕刻執(zhí)行為使得光傳輸介質(zhì)的種子部分保留在基底上。因此，第一蝕刻在到達(dá)基底之前終止。合適的第一掩膜包括但不限于諸如二氧化硅掩膜的硬掩膜。合適的第一蝕刻包括但不限于干法蝕刻。如圖5A至5C所示，在圖4A至圖4C的傳感器腔體中形成光吸收介質(zhì)。圖5A是器件前體的頂視圖。圖5B是圖5A中示出的器件前體沿著標(biāo)記為B的線截取的剖面圖。圖5C 是圖5A中示出的器件前體沿著標(biāo)記為C的線截取的剖面圖。當(dāng)光傳輸介質(zhì)18是硅且光吸收介質(zhì)32是鍺時，鍺可以在硅的種子部分上生長。在形成光光吸收介質(zhì)之后，器件前體可以被平面化以提供圖5A至5C的器件前體。第一掩膜可以從圖5A至5C的器件前體去除且在器件前體上形成第二掩膜，從而提供圖6A至6C的器件前體。圖6A是器件前體的頂視圖。圖6B是圖6A中示出的器件前體沿著標(biāo)記為B的線截取的剖面圖。圖6C是圖6A中示出的器件前體沿著標(biāo)記為C的線截取的剖面圖。第二掩膜形成為使得要形成溝槽的區(qū)域保持露出，同時保護器件前體的所示部分的其余部分。合適的第二掩膜包括諸如二氧化硅掩膜的硬掩膜。在圖6A至6C的器件前體上執(zhí)行第二蝕刻以提供圖7A至圖7C的器件前體。圖7A 是器件前體的頂視圖。圖7B是圖7A中示出的器件前體沿著標(biāo)記為B的線截取的剖面圖。 圖7C是圖7A中示出的器件前體沿著標(biāo)記為C的線截取的剖面圖。第二蝕刻在被蝕刻材料的第一部分被蝕刻到用于溝槽所需的深度處停止。因為第二蝕刻同時蝕刻光傳輸介質(zhì)和光吸收介質(zhì)，第二蝕刻將光傳輸介質(zhì)和光吸收介質(zhì)蝕刻到不同的深度。例如，圖7B說明光吸收介質(zhì)比光傳輸介質(zhì)蝕刻得深。合適的第二蝕刻包括但不限于可以蝕刻光傳輸介質(zhì)和光吸收介質(zhì)二者的干法蝕刻。如圖8A至圖8C的器件前體所示，在圖7A至圖7C的器件前體上形成第三掩膜。 圖8A是器件前體的頂視圖。盡管從圖8A的器件前體上方看不見光吸收介質(zhì)的位置，以虛線說明光吸收介質(zhì)以示出第三掩膜與底層的光吸收介質(zhì)之間的空間關(guān)系。圖8B是圖8A中示出的器件前體沿著標(biāo)記為B的線截取的剖面圖。圖8C是圖8A中示出的器件前體沿著標(biāo)記為C的線截取的剖面圖。在第二掩膜上方形成部分第三掩膜。第三掩膜形成為使得第二掩膜和第三掩膜的組合使得與波導(dǎo)相關(guān)的溝槽露出，同時保護器件前體的所述部分的剩余部分。然后執(zhí)行第三蝕刻以提供圖8A至圖8C的器件前體。第三蝕刻執(zhí)行為使得與波導(dǎo)和光傳感器相關(guān)的溝槽蝕刻到大約相同的深度。因此，第三蝕刻校正圖7B和圖7C中顯見的深度差異。
合適的第三掩膜包括但不限于光刻膠。合適的第三蝕刻包括但不限于干法蝕刻。第三掩膜被去除且在光傳輸介質(zhì)和光吸收介質(zhì)中形成摻雜區(qū)域，從而提供圖9A 至9C的器件前體。圖9A是器件前體的頂視圖。圖9B是圖9A中示出的器件前體沿著標(biāo)記為B的線截取的剖面圖。圖9C是圖9A中示出的器件前體沿著標(biāo)記為C的線截取的剖面圖。 η型摻雜區(qū)域可以通過在器件前體上形成摻雜掩膜使得η型摻雜區(qū)域的位置露出且器件前體的所述部分的其余部分被保護而產(chǎn)生。高角度摻雜劑注入工藝可以用于形成η型摻雜區(qū)域。摻雜掩膜然后可以被去除。相同的序列然后可以用于形成P型摻雜區(qū)域。P型摻雜區(qū)域可以在η型摻雜區(qū)域之前形成或者η型摻雜區(qū)域可以在P型摻雜區(qū)域之前形成。第二掩膜被從圖9Α至圖9C的器件前體去除且在器件前體上形成第一覆層，從而提供圖IOA至圖IOC的器件前體。圖IOA是器件前體的頂視圖。盡管從圖IOA的器件前體上方看不見光吸收介質(zhì)的位置，以虛線說明光吸收介質(zhì)以示出器件前體上的特征之間的空間關(guān)系。圖IOB是圖IOA中示出的器件前體沿著標(biāo)記為B的線截取的剖面圖。圖IOC是圖 IOA中示出的器件前體沿著標(biāo)記為C的線截取的剖面圖。從圖IOA和IOB可以明顯看出，第一覆層形成為使得要被電學(xué)導(dǎo)體接觸的摻雜區(qū)域的部分保持露出且器件前體的所示部分的其余部分被第一覆層覆蓋。合適的第一覆層包括但不限于隨后使用光刻構(gòu)圖的PECVD沉積的二氧化硅。在圖IOA至IOC的器件前體上形成電學(xué)導(dǎo)體，從而提供圖IlA至圖IlC的器件前體。圖IlA是器件前體的頂視圖。盡管從圖IlA的器件前體上方看不見光吸收介質(zhì)的位置， 以虛線說明光吸收介質(zhì)以示出器件前體上的特征之間的空間關(guān)系。圖IlB是圖IlA中示出的器件前體沿著標(biāo)記為B的線截取的剖面圖。圖IlC是圖IlA中示出的器件前體沿著標(biāo)記為C的線截取的剖面圖。從圖IlA和圖IlB可以明顯看出，電學(xué)導(dǎo)體可以形成為使得每個電學(xué)導(dǎo)體從摻雜區(qū)域之一延伸出溝槽且在光傳輸介質(zhì)上方延伸。合適的電學(xué)導(dǎo)體包括諸如鈦和鋁的金屬。金屬可以通過濺射沉積且通過光刻構(gòu)圖?？梢钥蛇x地在圖IlA至圖IlC的器件前體上形成第二覆層，從而提供圖12Α至圖 12C的器件前體。圖12Α是器件前體的頂視圖。盡管從圖12Α的器件前體上方看不見光吸收介質(zhì)和電學(xué)導(dǎo)體的位置，以虛線說明光吸收介質(zhì)和電學(xué)導(dǎo)體以示出器件前體上的特征之間的空間關(guān)系。圖12Β是圖12Α中示出的器件前體沿著標(biāo)記為B的線截取的剖面圖。圖 12C是圖12Α中示出的器件前體沿著標(biāo)記為C的線截取的剖面圖。從圖12Α和圖12Β可以明顯看出，第二覆層可以被構(gòu)圖為使得第二覆層限定接觸焊盤電學(xué)導(dǎo)體。合適的第二覆層包括但不限于隨后使用光刻構(gòu)圖的PECVD沉積的SiN。在去除在光刻期間形成的光刻膠之后，圖12A至圖12C的器件前體可以被燒結(jié)以形成光學(xué)器件。器件可以和與接觸焊盤電學(xué)通信的電子裝置結(jié)合使用。電子裝置可以向接觸焊盤施加電能，從而形成光傳感器中PIN結(jié)兩端的反向偏置。當(dāng)光吸收介質(zhì)32接收光信號時， 電流流經(jīng)光吸收介質(zhì)32，指示光信號的接收。圖13A至16B說明產(chǎn)生根據(jù)圖2B構(gòu)建的光學(xué)器件的方法。使用圖5A至圖5C的器件前體作為起始器件前體說明該方法。第一掩膜可以從圖5A至圖5C的器件前體去除且如圖13A至圖13C所示可以在器件前體上形成第二掩膜。圖13A是器件前體的頂視圖。圖1 是圖13A中示出的器件前體沿著標(biāo)記為B的線截取的剖面圖。圖13C是圖13A中示出的器件前體沿著標(biāo)記為C的線截取的剖面圖。圖13D是圖13A中示出的器件前體沿著標(biāo)記為D的線截取的剖面圖。第二掩膜形成為使得要形成溝槽的區(qū)域保持露出。第二掩膜還使得將要形成電學(xué)接觸焊盤的接觸區(qū)域露出。第二掩膜保護器件前體的所示部分的其余部分。合適的第二掩膜包括諸如二氧化硅掩膜的硬掩膜。在器件前體上執(zhí)行第二蝕刻從而提供圖13A至圖13C的器件前體。第二蝕刻在被蝕刻材料的第一部分被蝕刻到溝槽所需的深度的位置停止。因為第二蝕刻同時蝕刻光傳輸介質(zhì)和光吸收介質(zhì)，第二蝕刻將光傳輸介質(zhì)和光吸收介質(zhì)蝕刻到不同的深度。例如，圖13B 說明光吸收介質(zhì)比光傳輸介質(zhì)蝕刻得深。合適的第二蝕刻包括但不限于可以蝕刻光傳輸介質(zhì)和光吸收介質(zhì)二者的干法蝕刻。如圖14A至14D的器件前體所示，在圖13A至圖13D的器件前體上形成第三掩膜。 圖14A是器件前體的頂視圖。盡管從圖14A的器件前體上方看不見光吸收介質(zhì)的位置，以虛線說明光吸收介質(zhì)以示出第三掩膜和底層光吸收介質(zhì)之間的空間關(guān)系。圖14B是圖14A 中示出的器件前體沿著標(biāo)記為B的線截取的剖面圖。圖14C是圖14A中示出的器件前體沿著標(biāo)記為C的線截取的剖面圖。圖14D是圖14A中示出的器件前體沿著標(biāo)記為D的線截取的剖面圖。第三掩膜形成為使得第二掩膜和第三掩膜的組合使得與波導(dǎo)相關(guān)的溝槽露出， 同時保護器件前體的所示部分的其余部分。然后執(zhí)行第三蝕刻，從而提供圖14A至圖14D的器件前體。第三蝕刻執(zhí)行為使得與波導(dǎo)和光傳感器相關(guān)的溝槽被蝕刻到大約相同的深度。 因此，第三蝕刻校正了在圖13C和圖13D中顯見的深度差異。第三掩膜被從圖14A至圖14D的器件前體去除。如圖15A至15C所示，在該結(jié)果上形成間隔層。圖15A是器件前體的頂視圖。圖15B是圖15A中示出的器件前體沿著標(biāo)記為B的線截取的剖面圖。圖15C是圖15A中示出的器件前體沿著標(biāo)記為C的線截取的剖面圖。用于間隔層的合適的材料包括但不限于后續(xù)使用光刻連同濕法蝕刻構(gòu)圖的PECVD沉積
的二氧化硅。如圖16A和16B所示，在圖15A至15C的器件前體上形成電學(xué)導(dǎo)體。圖16A和16B 是器件前體的每個剖面圖。從圖16A和16B可以明顯看出，電學(xué)導(dǎo)體可以形成為使得每個電學(xué)導(dǎo)體從間隔層延伸到側(cè)面的頂部。每個電學(xué)導(dǎo)體還延伸出溝槽且進入接觸區(qū)域。合適的電學(xué)導(dǎo)體包括諸如鈦和鋁的金屬。金屬可以通過濺射沉積且通過光刻構(gòu)圖。如結(jié)合圖12A至圖12C所討論，覆層和接觸焊盤可以在圖16A和16B的器件前體上形成。如上所述，所得的接觸焊盤可以與電子裝置結(jié)合使用。圖13A至16B的方法可以調(diào)適為形成圖2A的器件。例如，第二蝕刻和第三蝕刻可以向下執(zhí)行到基底的水平且在不形成間隔層的情況下執(zhí)行方法的剩余部分。鑒于這些教導(dǎo)，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將容易想到本發(fā)明的其他實施例、組合和修改。因此，本發(fā)明僅由下面的權(quán)利要求限定，所述權(quán)利要求包括結(jié)合上述說明書和附圖觀察時的所有這些實施例及修改。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)器件，包含基底上的波導(dǎo)，該波導(dǎo)配置成引導(dǎo)光信號通過光傳輸介質(zhì)；以及布置在基底上的光傳感器，該光傳感器包括光吸收介質(zhì)，該光吸收介質(zhì)具有側(cè)面，該側(cè)面每個均在頂面和底面之間延伸，該底面位于基底和頂面之間，該光吸收介質(zhì)配置成從波導(dǎo)中的光傳輸介質(zhì)接收光信號的至少一部分，該光傳輸介質(zhì)和光吸收介質(zhì)是不同的材料，場源，配置成用作光吸收介質(zhì)中的電場源，該場源每個均接觸側(cè)面之一且被場源接觸的側(cè)面位于光吸收介質(zhì)的相對的面上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，其中被場源之一接觸的側(cè)面中的每一個垂直于基底。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，其中光傳輸介質(zhì)和光吸收介質(zhì)在一界面處彼此接觸， 該界面配置成使得光信號行進通過該界面，該界面處于相對于在界面處光信號通過波導(dǎo)傳播的方向不垂直的角度。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的器件，其中該角度介于80°至85°之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，其中光傳輸介質(zhì)的種子部分布置在光吸收介質(zhì)和基底之間，并且光吸收介質(zhì)接觸光傳輸介質(zhì)的種子部分。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，其中場源每個均是光吸收介質(zhì)的摻雜區(qū)域。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，其中場源每個均是金屬。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的器件，其中光傳輸介質(zhì)的種子部分布置在光吸收介質(zhì)和基底之間，該光吸收介質(zhì)接觸光傳輸介質(zhì)的種子部分，并且每個場源布置為使得包括在場源中的金屬的最低部分高于光傳輸介質(zhì)的種子部分。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，其中場源中的每一個跨越被場源接觸的側(cè)面的頂部和被場源接觸的側(cè)面的底部之間的距離。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，其中場源中的每一個從被場源接觸的側(cè)面的頂部向基底延伸。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，其中場源中的每一個從高于被場源接觸的側(cè)面的頂部與被場源接觸的側(cè)面的底部之間的距離的90%的位置向基底延伸。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，其中場源中的每一個從側(cè)面的頂部XXXym內(nèi)的位置向基底延伸。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，其中波導(dǎo)包括水平椎體，該水平椎體布置為使得波導(dǎo)從椎體直接行進到光傳感器。
14.一種光學(xué)器件，包含基底上的波導(dǎo)，該波導(dǎo)配置成引導(dǎo)光信號通過光傳輸介質(zhì)；以及布置在基底上的光傳感器，該光傳感器包括光吸收介質(zhì)，該光吸收介質(zhì)具有側(cè)面，該側(cè)面每個均在頂面和底面之間延伸，該底面位于基底和頂面之間，該光傳輸介質(zhì)的種子部分，位于光吸收介質(zhì)和基底之間，該光吸收介質(zhì)配置成從波導(dǎo)中的光傳輸介質(zhì)接收光信號的至少一部分， 該光傳輸介質(zhì)和光吸收介質(zhì)是不同的材料， 場源，配置成用作光吸收介質(zhì)中的電場源，該場源每個均接觸側(cè)面之一且被場源接觸的側(cè)面位于光吸收介質(zhì)的相對的面上，以及被場源之一接觸的側(cè)面中的每一個垂直于基底。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，其中場源每個均是光吸收介質(zhì)的摻雜區(qū)域。
全文摘要
光學(xué)器件包括基板上的波導(dǎo)和光傳感器。該光傳感器包括配置成從波導(dǎo)接收光信號的光吸收介質(zhì)。該光傳感器還包括用于在光吸收介質(zhì)中產(chǎn)生電場的場源。該場源配置成使得電場基本平行于基底。
文檔編號G02F1/035GK102326117SQ201080008529
公開日2012年1月18日 申請日期2010年2月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月19日
發(fā)明者馮 D., 阿斯哈里 M., 馮 N., 董 P. 申請人:科途嘉光電公司