專利名稱：用于電光調(diào)制器的波導(dǎo)電容器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種集成光電子器件，特別是一種光波導(dǎo)器件。
背景技術(shù)：
基于硅的電光調(diào)制器利用自由載流子色散效應(yīng)來調(diào)制光波相位移。在這些器件 中，電光調(diào)制的物理媒體是一個(gè)光波導(dǎo)和電容器的復(fù)合體，在這個(gè)復(fù)合體中，電容器所存儲(chǔ) 的電荷量的改變將改變光波在波導(dǎo)中傳播時(shí)所積累的相位移。這個(gè)復(fù)合體我們這里稱為波 導(dǎo)電容。無論是金屬-氧化物-半導(dǎo)體MOS電容還是其他已被使用的波導(dǎo)電容，其調(diào)制效 率都不高，主要體現(xiàn)在電容器中，電荷調(diào)制的區(qū)域在整個(gè)光波導(dǎo)的截面積內(nèi)所占比例小，同 時(shí)光波導(dǎo)的截面積大。圖1是現(xiàn)有技術(shù)MOS波導(dǎo)電容的示意圖。圖中波導(dǎo)下覆蓋層1，為原SOI圓晶片 中的埋入二氧化硅，其上為硅脊波導(dǎo)平板區(qū)2、波導(dǎo)脊5，脊波導(dǎo)平板區(qū)2和波導(dǎo)脊5上部是 絕緣層3，絕緣層3上加載半導(dǎo)體4。通過絕緣層3，所加載半導(dǎo)體4和波導(dǎo)脊5之間形成電 容。同時(shí)，所加載半導(dǎo)體4和原脊波導(dǎo)一起形成新的波導(dǎo)。圖1所示的波導(dǎo)電容器，電荷調(diào)制的區(qū)域只是絕緣層上下十幾個(gè)納米的范圍，而 波導(dǎo)的模斑橫截面積大于一個(gè)微米。光波導(dǎo)截面積大，波導(dǎo)電容電荷調(diào)制的區(qū)域在整個(gè)光 波導(dǎo)的截面積內(nèi)所占比例小，這使調(diào)制器效率低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于電光調(diào)制器的波導(dǎo)電容器，要解決的技術(shù)問題是提 高基于互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體CMOS的電光調(diào)制器的效率。本發(fā)明采用以下技術(shù)方案一種用于電光調(diào)制器的波導(dǎo)電容器，包括脊波導(dǎo)，所述脊波導(dǎo)的波導(dǎo)脊上刻蝕有 槽型結(jié)構(gòu)，并在其上加載半導(dǎo)體材料，所加載的半導(dǎo)體材料和脊波導(dǎo)之間有絕緣層隔離，所 加載半導(dǎo)體材料填充至所刻蝕的槽中。其中，所述絕緣層上直接加載半導(dǎo)體材料，所述加載 后的波導(dǎo)仍保持脊波導(dǎo)的形狀，形成封蓋式波導(dǎo)電容；所述脊波導(dǎo)的波導(dǎo)脊上刻蝕縱向槽 形成一個(gè)雙脊結(jié)構(gòu)。本發(fā)明公開的一種用于電光調(diào)制器的波導(dǎo)電容器，所述半導(dǎo)體材料為三五族化合 物。本發(fā)明公開的一種用于電光調(diào)制器的波導(dǎo)電容器，所述加載的半導(dǎo)體材料沿波導(dǎo) 縱向形狀寬度呈周期性變化。一種用于電光調(diào)制器的波導(dǎo)電容器，包括脊波導(dǎo)，所述脊波導(dǎo)的波導(dǎo)脊上刻蝕有 槽型結(jié)構(gòu)，并在其上加載半導(dǎo)體材料，所加載的半導(dǎo)體材料和脊波導(dǎo)之間有絕緣層隔離，所 加載半導(dǎo)體材料填充至所刻蝕的槽中；所述絕緣層上直接加載半導(dǎo)體材料。其中，所述加載 后的波導(dǎo)仍保持脊波導(dǎo)的形狀，形成封蓋式波導(dǎo)電容；所述脊波導(dǎo)的波導(dǎo)脊上沿波導(dǎo)縱向周期性的刻有橫向槽，其間隔周期略短于光波長(zhǎng)的二分之一；所述橫向槽從邊到邊貫通或 不貫通。本發(fā)明公開的一種用于電光調(diào)制器的波導(dǎo)電容器，所述半導(dǎo)體材料為三五族化合 物。本發(fā)明公開的一種用于電光調(diào)制器的波導(dǎo)電容器，所述加載的半導(dǎo)體材料沿波導(dǎo) 縱向形狀寬度呈周期性變化。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，脊波導(dǎo)的波導(dǎo)脊上刻蝕有槽型結(jié)構(gòu)，提高了單位波導(dǎo)導(dǎo) 模模斑橫截面所攜帶的電容值，這是決定基于自由載流子色散效應(yīng)的電光調(diào)制器的調(diào)制效 率的關(guān)鍵參數(shù)，同時(shí)，波導(dǎo)導(dǎo)模的有效模斑尺寸比現(xiàn)有的波導(dǎo)電容小，對(duì)光的限制因子大， 有利于提高調(diào)制器的效率。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)基于SOI的MOS波導(dǎo)電容結(jié)構(gòu)示意。圖2為本發(fā)明實(shí)施例基于SOI的雙脊波導(dǎo)加載波導(dǎo)電容結(jié)構(gòu)示意。圖3為本發(fā)明實(shí)施例基于SOI的雙脊波導(dǎo)之柵極加載波導(dǎo)電容的結(jié)構(gòu)。圖4(a)為本發(fā)明實(shí)施例基于SOI的雙脊波導(dǎo)之非連續(xù)的柵極加載的波導(dǎo)電容結(jié) 構(gòu)的俯視圖。圖4(b)為圖4(a)中A點(diǎn)的截面圖。圖4 (c)為圖4 (a)中B點(diǎn)的截面圖。圖5為本發(fā)明實(shí)施例封蓋式周期性單脊波導(dǎo)之柵極加載的波導(dǎo)電容的結(jié)構(gòu)圖。圖6(a)為本發(fā)明實(shí)施例基于SOI的周期性單脊波導(dǎo)之柵極加載的波導(dǎo)電容結(jié)構(gòu) 的縱向圖。圖6(b)為本發(fā)明實(shí)施例基于SOI的周期性單脊波導(dǎo)之柵極加載的波導(dǎo)電容結(jié)構(gòu) 的立體圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。如圖2所示，在絕緣體硅片SOI (Silicon on insulator)起始脊波導(dǎo)的波導(dǎo)脊5 上刻有縱向槽7，形成雙脊波導(dǎo)，槽的深度可任意選擇，在所形成的雙脊波導(dǎo)的表面，包括平 板區(qū)2，通過氧化形成薄的二氧化硅絕緣層3 ；然后在其上對(duì)應(yīng)于波導(dǎo)脊5的部分加載半導(dǎo) 體材料6，所加載半導(dǎo)體材料6把所刻縱向槽7完全填充。絕緣層3的厚度小于10納米，半 導(dǎo)體材料6為單晶硅或多晶硅，加載方式為沉積或生長(zhǎng)。如圖3所示的封蓋式雙脊波導(dǎo)波導(dǎo)電容，在起始的波導(dǎo)脊5上刻蝕縱向槽7形成 一個(gè)雙脊結(jié)構(gòu)，然后在波導(dǎo)脊5和縱向槽7上形成柵極絕緣層3，在所述柵極絕緣層3上加 載半導(dǎo)體層8。所述半導(dǎo)體層8可以是多晶硅，單晶硅，或三五族化合物。在所述半導(dǎo)體層 8之上覆蓋低折射率絕緣材料11，金屬接觸電極9提供在所加載半導(dǎo)體層8和原始硅層10 的對(duì)外連接。如圖6所示，加載后的波導(dǎo)仍保持脊波導(dǎo)的形狀，提供對(duì)光波的橫向限制，而 所述半導(dǎo)體層8和所述絕緣層3下面的硅10形成電容。加載半導(dǎo)體層8后，光波導(dǎo)的波導(dǎo)核心(waveguide core)由原來的脊波導(dǎo)的波導(dǎo)脊5和半導(dǎo)體層8在波導(dǎo)脊之上的區(qū)域組合形成，波導(dǎo)脊5和半導(dǎo)體層8之間由非常薄，小 于10納米的柵極絕緣層分開，不影響統(tǒng)一導(dǎo)模的形成。雙脊波導(dǎo)之柵極加載波導(dǎo)電容的制作過程和互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體CMOS中的形 成柵極多晶硅的過程完全一樣。而極薄的柵極絕緣層有效地提高了波導(dǎo)電容的電容值，有 利于降低電光調(diào)制器的功耗。如圖4 (a)所示，波導(dǎo)脊5設(shè)置在中部，金屬接觸電極9設(shè)置在兩側(cè)，所加載半導(dǎo)體 層的寬度沿波導(dǎo)傳播方向呈周期性分布。波導(dǎo)脊5上A點(diǎn)和B點(diǎn)為沿波導(dǎo)方向的不同位置。 如圖4(b)所示，B點(diǎn)的橫截面和圖3所示實(shí)施例相似，加載半導(dǎo)體層8在橫向展開。如圖 4(c)所示，A點(diǎn)的橫截面所加載半導(dǎo)體層81在橫向不展開。如圖5所示，封蓋式周期性單脊波導(dǎo)電容是在原始的單脊波導(dǎo)的波導(dǎo)脊上沿波導(dǎo) 縱向周期性地刻蝕橫向槽后形成的結(jié)構(gòu)。在起始的波導(dǎo)脊5上刻蝕沿縱向周期性分布的橫 向槽12，其間隔周期略短于光波長(zhǎng)的二分之一，所述橫向槽從邊到邊貫通或不貫通。然后在 波導(dǎo)脊5和橫向槽12上形成柵極絕緣層3，在所述柵極絕緣層3上加載半導(dǎo)體層8。所述 半導(dǎo)體層8可以是多晶硅，單晶硅，或三五族化合物。在所述半導(dǎo)體層8之上覆蓋低折射率 絕緣材料11，金屬接觸電極9提供在所加載半導(dǎo)體層8和原始硅層10的對(duì)外連接。如圖5 所示，加載后的波導(dǎo)仍保持脊波導(dǎo)的形狀，提供對(duì)光波的橫向限制，而所述半導(dǎo)體層8和所 述絕緣層3下面的硅10形成電容。如圖6 (a)所示，封蓋式周期性單脊波導(dǎo)電容的二氧化硅層1上部的波導(dǎo)脊5，在 波導(dǎo)脊5上刻蝕橫向槽12，沿波導(dǎo)縱向周期性排列，其間隔周期略短于光波長(zhǎng)的二分之一， 使光在波導(dǎo)中的傳播速度變慢。所加載半導(dǎo)體層8與被刻蝕的波導(dǎo)脊5之間有絕緣層3。 如圖6(b)所示，所加載半導(dǎo)體層8在橫向展開。同時(shí)，所刻蝕的橫向槽12可以從邊到邊貫 通，也可以不貫通。
權(quán)利要求
1.一種用于電光調(diào)制器的波導(dǎo)電容器，包括脊波導(dǎo)，所述脊波導(dǎo)的波導(dǎo)脊上刻蝕有槽 型結(jié)構(gòu)，并在其上加載半導(dǎo)體材料，所加載的半導(dǎo)體材料和脊波導(dǎo)之間有絕緣層隔離，所加 載半導(dǎo)體材料填充至所刻蝕的槽中，其特征在于所述絕緣層上直接加載半導(dǎo)體材料；所 述加載后的波導(dǎo)仍保持脊波導(dǎo)的形狀，形成封蓋式波導(dǎo)電容；所述脊波導(dǎo)的波導(dǎo)脊上刻蝕 縱向槽形成一個(gè)雙脊結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于電光調(diào)制器的波導(dǎo)電容器，其特征在于所述半導(dǎo)體材 料為三五族化合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于電光調(diào)制器的波導(dǎo)電容器，其特征在于所述加載的半 導(dǎo)體材料沿波導(dǎo)縱向形狀寬度呈周期性變化。
4.一種用于電光調(diào)制器的波導(dǎo)電容器，包括脊波導(dǎo)，所述脊波導(dǎo)的波導(dǎo)脊上刻蝕有槽 型結(jié)構(gòu)，并在其上加載半導(dǎo)體材料，所加載的半導(dǎo)體材料和脊波導(dǎo)之間有絕緣層隔離，所加 載半導(dǎo)體材料填充至所刻蝕的槽中，其特征在于所述絕緣層上直接加載半導(dǎo)體材料；所 述加載后的波導(dǎo)仍保持脊波導(dǎo)的形狀，形成封蓋式波導(dǎo)電容；所述脊波導(dǎo)的波導(dǎo)脊上沿波 導(dǎo)縱向周期性的刻有橫向槽，其間隔周期略短于光波長(zhǎng)的二分之一；所述橫向槽從邊到邊 貫通或不貫通。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于電光調(diào)制器的波導(dǎo)電容器，其特征在于所述半導(dǎo)體材 料為三五族化合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于電光調(diào)制器的波導(dǎo)電容器，其特征在于所述加載的半 導(dǎo)體材料沿波導(dǎo)縱向形狀寬度呈周期性變化。
全文摘要
一種用于電光調(diào)制器的波導(dǎo)電容器，包括脊波導(dǎo)，所述脊波導(dǎo)的波導(dǎo)脊上刻蝕有槽型結(jié)構(gòu)，并在其上加載半導(dǎo)體材料，所加載的半導(dǎo)體材料和脊波導(dǎo)之間有絕緣層隔離，所加載半導(dǎo)體材料填充至所刻蝕的槽中，其中所述加載后的波導(dǎo)仍保持脊波導(dǎo)的形狀，形成封蓋式波導(dǎo)電容；所述絕緣層上直接加載半導(dǎo)體材料；所述脊波導(dǎo)的波導(dǎo)脊上刻蝕有縱向槽或周期性分布的橫向槽結(jié)構(gòu)，所述縱向槽使波導(dǎo)脊形成雙脊結(jié)構(gòu)，所述橫向槽的間隔周期略短于光波長(zhǎng)的二分之一。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，脊波導(dǎo)的波導(dǎo)脊上刻蝕有槽型結(jié)構(gòu)，提高了單位波導(dǎo)導(dǎo)模模斑橫截面所攜帶的電容值，同時(shí)，波導(dǎo)導(dǎo)模的有效模斑尺寸比現(xiàn)有的波導(dǎo)電容小，對(duì)光的限制因子大，有利于提高調(diào)制器的效率。
文檔編號(hào)G02F1/025GK102087425SQ201110028768
公開日2011年6月8日 申請(qǐng)日期2008年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月31日
發(fā)明者李冰 申請(qǐng)人:李冰