專利名稱：具有大熱阻抗的光學器件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及傳送光信號的技術。更具體地說，本發(fā)明涉及具有可熱調諧的光波導的光學器件。
背景技術：
波分復用(WDM)廣泛用于在公共的光波導上，以不同的載波波長傳送調制數(shù)據(jù)。 WDM能夠克服光纖擁塞，光纖擁塞是包括每根光纖一個通道的并行光收發(fā)器的光模塊中的潛在問題。特別地，通過顯著減少每個光模塊的光纖數(shù)，WDM復用能夠簡化光模塊，從而降低其成本和尺寸。在密集WDM(DWDM)中，使用相鄰波長的窄間距。這一般是通過把數(shù)據(jù)直接調制到高度穩(wěn)定的光載波上，隨后把多個載波結合到光纖中實現(xiàn)的。DWDM允許在給定波段內容納大量的通道，從而提供較高的性能。在DWDM中，各種光學器件被用作調制器、多路復用器(比如插入濾波器)，多路分解器(比如分出濾波器)，濾波器和交換機。為了補償制造變化，溫度變化和/或激光波長漂移，一般相對于給定通道的特定波長，對這些光學器件調相。取決于系統(tǒng)要求，需要至少180°的調諧范圍。熱調諧是一種流行的調諧技術，因為它提供產(chǎn)生較大相移的能力?，F(xiàn)有的熱調諧技術包括直接加熱(由光波導中的摻雜實現(xiàn))和間接加熱(其中加熱器鄰近光波導)。通常，與間接加熱相比，直接加熱技術能量效率更高，不過會阻礙光波導執(zhí)行另外的功能(由于關于摻雜密度的約束)，并且歸因于自由載流子吸收(它會降低光諧振器的品質因數(shù))， 直接加熱會弓I入額外的光損失。原則上，可在硅襯底上制造光學器件，因為硅為光通信帶來許多益處。例如，硅和二氧化硅之間的高折射率對比度可用于產(chǎn)生亞微米波導，以封閉與單模光纖相比，空間密度高多達100倍的光。此外，通過利用絕緣體上硅(SOI)技術，硅波導可在四面都被二氧化硅環(huán)繞，這使低損耗的片上波導和有源器件(比如探測器和調制器)更容易。硅基光學器件可用于實現(xiàn)供WDM通信之用的各種光學組件。這些硅基光學器件提供各種優(yōu)點，包括小型化，低能量調制，在硅中與其它器件一體化的能力，和/或利用大型的現(xiàn)有硅生產(chǎn)基礎設施的能力。不幸的是，存在與硅基光學器件相關的許多問題。一個值得注意的問題是硅的熱導率高。盡管這有助于消除電路散發(fā)出的熱能，不過會使熱調諧硅基光學器件更加困難。 特別地，由于硅基光學器件的工作波長(比如光諧振器的諧振波長)極大地取決于溫度，因此，一般利用直接加熱或間接加熱改變硅基光學器件的工作溫度，調整工作波長。不過，硅的高熱導率導致與周圍環(huán)境的過度熱耦合。從而，硅基光學器件的熱調諧常常消耗不成比例的大量能量(通常，對180°的相移來說，50-100mW)。這種高功耗會抵消硅帶來的優(yōu)點， 使得更難以使用硅基光學器件在計算系統(tǒng)中(尤其是在具有光學器件的多個實例的系統(tǒng)中)實現(xiàn)光通信(例如，WDM)。
從而，需要一種沒有上述問題的能夠熱調諧的光學器件。

發(fā)明內容
本發(fā)明的一個實施例提供光學器件，所述光學器件包括襯底、沉積在襯底上的中間層、沉積在中間層上的半導體層。此半導體層包括熱可調諧的光波導和從半導體層的頂部延伸到與中間層鄰近的半導體層的底部的一個或多個通孔。半導體層的一部分自支撐地位于半導體層和襯底之間的間隙上方，其中，間隙對應于中間層的通過一個或多個通孔接觸(access)的去除的犧牲部分。此間隙增大半導體層和襯底之間的熱阻抗，從而降低與對光波導的熱調諧相關聯(lián)的功率消耗。此外，半導體層的另一部分被中間層的剩余部分支撐。注意，襯底可包括硅，中間層可包括氧化物(如二氧化硅)和/或半導體層可包括硅。例如，襯底、中間層和半導體層可以構成絕緣體上硅(SOI)技術。 在某些實施例中，至少部分地從間隙去除空氣。此外，光學器件還可包括在半導體層中定義的加熱器(可以位于光波導中或與其鄰近)。例如，加熱器可包括無源電阻器或有源器件?？梢允褂么思訜崞鱽頍嵴{諧光波導。 注意，對于光波導中的180°相移，加熱器的功率消耗可以小于10-20mW。另外，光學器件可包括通過間隙上的一個或多個橋的半導體層和一個或多個電源觸點之間的一個或多個電耦合。然而，在其他實施例中，可以在中間層的剩余部分中發(fā)生半導體層和一個或多個電源觸點之間的一個或多個電耦合。在某些實施例中，光波導被包括在濾光鏡、光復用器和/或光學解復用器。另一實施例提供帶有光學器件的多個實例的陣列。在此實施例中，給定光學器件中的間隙增大到光學器件的其他實例的熱阻抗。此外，給定光學器件中的加熱器可以便于編程給定光學器件中的溫度，該溫度可以不同于光學器件的一個或多個其他實例中的溫度。另一實施例提供了用于制造光學器件的方法。在此方法中，減小三層結構中的半導體層的厚度，該三層結構包括襯底、沉積在襯底上的中間層，以及沉積在中間層上的半導體層。然后，打開從半導體層的頂部延伸到與中間層鄰近的半導體層的底部的一個或多個通孔。接下來，除去中間層的犧牲部分，以便半導體層的一部分自支撐地位于半導體層和襯底之間的間隙之上。注意，半導體層的另一部分被中間層的剩余部分支撐。此外，限定基本上位于間隙之上的半導體層中的熱可調諧光波導，從而降低與對光波導的熱調諧相關聯(lián)的功率消耗。


圖1是圖解說明按照本發(fā)明的一個實施例的可調諧光學器件的方框圖。圖2是圖解說明按照本發(fā)明的一個實施例的可調諧光學器件的方框圖。圖3A是圖解說明按照本發(fā)明的一個實施例的可調諧光學器件的方框圖。圖;3B是圖解說明按照本發(fā)明的一個實施例的可調諧光學器件的方框圖。圖4是圖解說明按照本發(fā)明的一個實施例的可調諧光學器件的方框圖。圖5是圖解說明按照本發(fā)明的一個實施例的可調諧光學器件的方框圖。圖6A是圖解說明按照本發(fā)明的一個實施例的可調諧光學器件的方框圖。
圖6B是圖解說明按照本發(fā)明的一個實施例的可調諧光學器件的方框圖。圖7A是圖解說明按照本發(fā)明的一個實施例的可調諧光學器件的方框圖。圖7B是圖解說明按照本發(fā)明的一個實施例的可調諧光學器件的方框圖。圖8是圖解說明按照本發(fā)明的一個實施例的可調諧光學器件的方框圖。圖9是圖解說明按照本發(fā)明的一個實施例的制造光學器件的處理的流程圖。注意在附圖中，相同的附圖標記表示對應的部分。
具體實施例方式提供下述說明是為了使本領域的技術人員能夠實現(xiàn)和使用本發(fā)明，下述說明是在特定的應用及其要求的上下文下進行的。對本領域的技術人員來說，對所公開實施例的各種修改是顯而易見的，這里定義的一般原理可適用于其它實施例和應用，而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。從而，本發(fā)明并不局限于所示的實施例，相反應被賦予與這里公開的原理和特征一致的最寬廣的范圍。下面說明光學器件，光學器件的陣列，和制造所述光學器件或陣列的技術的實施例。光學器件是在襯底(比如硅)上實現(xiàn)的，并包括帶有對于周圍外部環(huán)境的高熱阻以及對于局部加熱器的低熱阻的熱可調諧的光波導。具體而言，通過電極以通過襯底與從光學器件中的加熱器到外部環(huán)境的熱消散路徑相關聯(lián)的熱阻增大，而光波導和加熱器之間的熱阻減小。通過降低光波導和外部環(huán)境之間的熱耦合，可用與現(xiàn)有硅基光學器件相比，明顯小得多的功耗(例如，低10-100倍的功耗)，熱調諧光學器件。功耗的降低可便于實現(xiàn)使用通道間隔約50GHz的DWDM的系統(tǒng)，以及包括光互連的高性能計算系統(tǒng)。此外，在這些系統(tǒng)中，光學器件可以減少組件的數(shù)目，降低成本，和/或增大可靠性?，F(xiàn)在說明包括光波導的光學器件的實施例。在硅上實現(xiàn)的光波導的熱調諧通常以硅的折射率隨著溫度而升高為基礎。通過改變光波導中的溫度，能夠調整所述折射率，以及光波導中的傳播激光的光相位(與折射率成比例)。為了實現(xiàn)高效的熱調諧，需要對于可獲得的加熱器功率，使光波導中的溫度變化達到最大。圖1是圖解說明可調諧光學器件100的橫截面視圖的方框圖。該光學器件包括 襯底110，沉積在襯底110上的中間層112，和沉積在中間層112上的半導體層114。所述半導體層包括可熱調諧的諧振光波導，如ρ/η結116所示(如圖2中所示，可用環(huán)形調制器結構實現(xiàn)光波導，以致圖1中所示的Ρ/η結116的兩部分實際上是一個連續(xù)結構的一部分)。 該光波導的諧振波長是ρ/η結116的溫度的函數(shù)。該光波導可包含在各種光學組件中，比如光濾波器，光多路復用器，光多路分解器和光分插器。在光學器件100中，中間層112被部分蝕刻，從而在半導體層114和襯底110之間產(chǎn)生一個或多個間隙118。例如，可通過去除中間層112的犧牲部分，制造所述一個或多個間隙118。可利用化學蝕刻工藝去除所述犧牲部分，化學蝕刻工藝通過從半導體層114的頂部延伸到與中間層112相鄰的半導體層114的底部的一個或多個通孔122，接觸中間層 112。從而，一部分的半導體層114被底切，自支撐地位于一個或多個間隙118之上，半導體層114的中央部分由中間層112的剩余的中央部分支撐。注意，所述一個或多個間隙118減小半導體層114和襯底110之間的熱耦合。如果在光波導中或者鄰近光波導，在半導體層114的自支撐(free-standing)部分上實現(xiàn)加熱器124，那么與光波導的熱調諧相關的功耗被降低，因為所述一個或多個間隙118的熱阻大于中間層112的熱阻(10倍以上)(從而允許在該界面兩側施加和保持更大的溫差)。例如，在該光波導中，對180°相移來說，加熱器的功耗可以小于20mW(至少比現(xiàn)有的光學器件低2. 5-5倍)。在一個例證實施例中，襯底110包括硅，中間層112包括氧化物(比如二氧化硅)， 和/或半導體層114包括硅。于是，襯底110，中間層112和半導體層114可構成絕緣體上硅(SOI)技術。此外，硅半導體層114的厚度可為0.5微米，二氧化硅中間層的厚度為 0. 001-10微米。另外，所述一個或多個間隙118的側壁可被熱氧化，以避免散射損失。注意，一個或多個間隙118中的空氣具有與二氧化硅(1. 4ff/m-K)相比，低得多的熱導率(約0. 02W/m-K)，這能夠以IOx的因子(factor)降低相對于襯底110的熱發(fā)散。在一些實施例中，從所述一個或多個間隙118中至少部分除去空氣，以進一步增大熱阻。例如，利用吸氣劑，并且隨后密封所述一個或多個通孔122，可實現(xiàn)軟真空。與加熱器IM和/或光波導的電連接可以利用半導體層114的中央部分和一個或多個電源觸點(示于圖2和3中)之間的一個或多個可選的空氣橋電耦合120實現(xiàn)。不過， 在其它實施例中，半導體層114的中央部分和所述一個或多個電源觸點之間的一個或多個電連接可出現(xiàn)在中間層112的剩余的中央部分中。例如，加熱器124(比如無源電阻或有源器件)可以位于中間層112的剩余的中央部分中。這樣的非底切區(qū)域具有相對于光波導的低熱阻，和相對于光學器件100的外部環(huán)境的高阻抗。在一些實施例中，在光波導內實現(xiàn)電阻加熱(代替利用非常接近于光波導的加熱器，比如加熱器124)。例如，在光波導中可以集成一個或多個加熱元件，可使量受控的電流從調諧電路流到這些加熱元件。不過，歸因于自由載流子吸收，通過摻雜光波導來實現(xiàn)所述一個或多個加熱元件會增大光損失，這些降低諧振器器件的品質因數(shù)。注意，光學器件100可包括圖1中所示結構的多個實例。例如，可以有在半導體層 114中實現(xiàn)的光波導陣列，借助間隙(比如所述一個或多個間隙118)，使每個光波導至少部分與襯底110熱隔離。在這種情況下，這些間隙還減小陣列中的光波導之間的熱耦合，從而減小或消除熱串擾。此外，可以單獨編程陣列中的光波導的溫度，以致一個或多個光波導可具有與陣列中的其它光波導不同的溫度。于是，在光波導(或者更一般地，光學組件)的陣列中，可以使用加熱器和/或加熱元件在整個陣列內產(chǎn)生任意的可編程的熱分布曲線，或者產(chǎn)生必要的調諧、調制和/或其它功能。一旦加熱器或加熱元件被接通，就可選擇每個加熱器或加熱元件的功率，以使每個諧振器件的溫度升高適當?shù)牧浚瑥亩_到在期望范圍中的工作溫度。 此外，溫度控制機構可包括偏置溫度控制。在一些工作條件下，陣列的絕對波長范圍可能漂移。如果環(huán)境溫度變化，或者如果存在襯底110的溫度的一定整體變化，那么會發(fā)生所述漂移。不過，即使在這種情況下，光波導的諧振波長的主動熱管理仍將產(chǎn)生和保持正確的波長，只要芯片不會經(jīng)歷熱耗散。如果還使用主動冷卻控制和使襯底110的整體溫度保持在預定水平，那么可顯著降低這種可能性。圖2是圖解說明包括光波導210的可調諧光學器件200的頂視圖的方框圖。光波導210-1位于間隙(用陰影線區(qū)域表示)之上，由中間層112(圖1)的剩余部分214支撐。 注意，在所述剩余部分214的四邊中的三邊，蝕刻本實施例中的中間層112(圖1)。光波導210-1的工作偏置可以經(jīng)空氣橋電耦合，比如可選的電耦合120(圖1)，由高摻雜、低電阻的電調制器觸點提供。注意，這些調制器觸點也可用于把熱和/或電流從包括一個或多個波導的芯片傳導到相關的激光元件。對于使中間層112(圖1)的部分蝕刻更容易的一個或多個通孔122(圖1)，可以使用各種結構。在一些實施例中，在襯底110(圖1)中實現(xiàn)通孔(或開孔)。圖3A是圖解說明具有內孔310的可調諧光學器件300的底視圖的方框圖，圖:3B是圖解說明具有外孔360 的可調諧光學器件350的底視圖的方框圖。可通過把硅襯底干法蝕刻到0. 1-0. 5微米的厚度，構成這些開孔。隨后，通過除去硅，以暴露一部分的中間層112(圖1)，可形成所述開孔。內孔310(圖3A)可提供更對稱的底切，可避免光波導中的不連續(xù)性(包層/無包層)，這可降低光損失。不過，外孔360可提供襯底110(圖1)和半導體層114(圖1)之間的更大熱阻。這兩個開孔結構都允許在沒有空氣橋的情況下確定電連接的路線。在諸如光學器件100(圖1)之類的光學器件中，一般存在三種散熱途徑第一種途徑通過有源半導體層114(圖1)，把熱量散逸到電連接；第二種途徑通過中間層112(圖1)， 把熱量散逸到襯底110(圖1)；和第三種途徑通過在半導體層114(圖1)之上的頂層，把熱量散逸到空氣中(這一般可以忽略)。注意，光波導中的溫度變化與所有散熱途徑中的熱阻成比例。由于第三種途徑一般可以忽略，因此為了使溫度變化達到最大，需要增大第一種和第二種途徑的熱阻。光學器件100 (圖1)提供一種增大第二種途徑的熱阻的技術?，F(xiàn)在說明增大第一種和第二種途徑的熱阻的其它技術，這些技術可以單獨使用和/或相互結合使用，以及結合圖1中所示的技術使用。通過結合所有這些技術，光學器件中的光波導和外部環(huán)境之間的熱阻可被增大一個量級以上。這能夠使在光波導的調諧期間消耗的功率降低一個量級。 另外，也能夠使由自由載流子吸收引起的光波導中的光損失降低不止4倍。從而，這些技術能夠顯著降低包括光互連的WDM系統(tǒng)和計算系統(tǒng)中的硅基光學器件的功率預算。圖4是圖解說明可調諧光學器件400的橫截面視圖的方框圖。該光學器件包括 襯底410，沉積在襯底410上的中間層412，沉積在中間層412上的半導體層(它包括可熱調諧的光波導414)，和沉積在半導體層上的頂層416。所述頂層包括從頂層416的上表面到頂層416的下表面的一個或多個通孔，頂層416的下表面鄰近半導體層。此外，光學器件 400包括沉積在頂層416上和在所述一個或多個通孔中的電極418，所述電極418通過觸點 420，與半導體層中的光波導414電耦合。 通過在電極418-2和418-4的各個部分中使用與其余的電極418-1和418-3相比， 熱導率較低(即，熱阻較高)的材料，可增大第一種途徑的熱阻，從而通過減小從外部環(huán)境到光波導414的熱耦合，降低與光波導414的熱調諧相關的功耗。例如，電極418-2和418-4 的各個部分可包括氧化銦錫(ITO)，或者具有高電導率和低熱導率的另一種材料。ITO導電性高，光學透明，并且具有很低的熱導率(小于10W/m-K，與硅的163W/m-K和銅的401W/m-K 相比)。這能夠使第一途徑中的熱阻增大不止10倍。 注意，中間層412和頂層416可以是具有低折射率和低熱導率的電絕緣體和介電材料。此外，襯底410，中間層412和半導體層可構成SOI技術。
另外，在光波導414的中央?yún)^(qū)域中的半導體層可被摻雜(例如，利用注入)，以限定使光波導414的熱調諧更容易的加熱器(另一方面，可以使用獨立的加熱器，比如圖1中的加熱器124)。對光波導中的180°相移來說，加熱器的功耗可以小于10-20mW。在一些實施例中，光波導414中的半導體層的中央?yún)^(qū)域(比如由隱失波的近似橫向范圍限定的區(qū)域)的摻雜可以小于環(huán)繞光波導414的橫向區(qū)域中的半導體層中的摻雜， 從而減小光波導414中的光損失，和降低沿著第二種途徑的熱耗散。例如，底部中央?yún)^(qū)域 422和頂部中央?yún)^(qū)域4 中的摻雜可以為IO1Vcm3，橫向區(qū)域4 中的摻雜可以為1018/cm3。 不過，在一些實施例中，光波導414的底部中央?yún)^(qū)域422 (而不是頂部中央?yún)^(qū)域424)被摻雜，從而進一步減小光波導414中的光損失。注意，光波導414的中央?yún)^(qū)域可以為0. 5微米寬，橫向區(qū)域似6可以為2微米寬。如圖5中所示，圖5是圖解說明可調諧光學器件500的橫截面視圖的方框圖，在一些實施例中，在光波導414之下的中間層412的厚度510-2大于中間層412的橫向區(qū)域的厚度510-1。通過增大該厚度，可增大第二種途徑的熱阻。注意，通過把氧原子注入在光波導414之下的硅襯底410中，可增大所述厚度。隨后，可以熱氧化一層襯底410，以增大厚度 510-2。圖6A是圖解說明可調諧光學器件600的頂視圖的方框圖。在光學器件600中，借助半導體層中的多個區(qū)域614，使光波導414 (它包括具有寬度6 的中央肋條610，和總寬度624)與電極612熱耦合，區(qū)域614具有比和區(qū)域614 —體化的其它區(qū)域616更高的電導率。在除氧化銦錫之外的材料中，這種更高的電導率常常伴隨更高的熱導率。為了解決這個問題，在一些實施例中，選擇電極材料和/或形狀，以在不顯著增大電極電阻的情況下， 降低熱導率。在半導體層的平面中，區(qū)域614具有與光波導414的對稱軸或主軸(穿過質心) 近似垂直(例如，在垂直線的15°范圍內)的對稱軸或主軸(穿過質心)。雖然用矩形區(qū)域圖解說明區(qū)域614，不過，在其它實施例中，可以使用各種形狀，比如之字形線和/或非對稱形狀。半導體層中的區(qū)域614可具有比區(qū)域616和光波導414高的摻雜。在一個例證實施例中，區(qū)域614具有大10倍的摻雜，比如l(T/cm3。此外，區(qū)域614的寬度618可以至少比區(qū)域614的周期(period) 622小5倍。在一個例證實施例中，區(qū)域614具有0. 1微米的厚度，1微米的寬度618，和2-3微米的長度620。此外，在相鄰區(qū)域614之間，存在9微米的間距。這種結構可以使第一種途徑中的熱阻增大一個量級，也可增大第二種途徑中的熱阻 (歸因于向下熱傳導的面積的減小)。如為圖解說明可調諧光學器件650的頂視圖的方框圖的圖6B中所示，在一些實施例中，光波導414中的半導體層的摻雜在第一種摻雜區(qū)660-1和第二種摻雜區(qū)660-2之間交替，第一種摻雜區(qū)660-1中的摻雜高于第二種摻雜區(qū)660-2中的摻雜。例如，第一種摻雜區(qū)660-1可被摻雜，而第二種摻雜區(qū)660-2可不被摻雜。這種交替摻雜分布減小光波導中的光損失，可降低沿著第二種途徑的熱耗散。另外，中央肋條610可不被摻雜或者輕微摻雜。在關于前述實施例的變形中，可利用雙SOI技術，在與光波導414分離的層中實現(xiàn)加熱器。這示于圖7A中，圖7A是圖解說明可調諧光學器件700的橫截面視圖的方框圖。在光學器件700中，在借助中間層712與光波導414分離的半導體層710 (比如硅)中實現(xiàn)加熱器(比如圖1中的加熱器124)(另一方面，半導體層710可以是導電聚合物或者電介質， 比如氮化硅)。例如，可通過把在光波導414之下的半導體層710摻雜到1018/cm3，實現(xiàn)加熱器。注意，中間層712可以是0.5微米厚的電絕緣體，所述電絕緣體是具有低熱導率的電介質材料(比如二氧化硅)。功能性的這種空間分離可結合直接加熱和間接加熱的優(yōu)點。特別地，光學器件700 中的光波導414和中間層712可提供自由載流子光損失減小的有效光約束。另外，在光波導414中可以實現(xiàn)另外的功能。注意，半導體層710中的加熱器和光波導414之間的熱傳遞可通過電極414發(fā)生，這種熱傳遞非常高效。例如，熱傳遞可用中間層712中的通孔中的電極418的一部分傳遞。此外，中間層412可減小半導體層710中的加熱器和襯底410之間的熱傳遞。此外，半導體層710中的加熱器的寬度714可大于光波導414的寬度716。這種幾何結構可使加熱器和光波導414之間的熱傳遞更容易。從而，對光波導414中的180°相移來說，光學器件700中的加熱器的功耗可以小于10-20mW。通過底切中間支412(利用圖1中所示的技術)，可以進一步降低對襯底410的熱傳遞。這示于圖7B中，圖7B是圖解說明可調諧光學器件750的橫截面視圖的方框圖。特別地，在位于半導體層710中的加熱器的至少一部分之下的中間層412中，存在間隙760。 注意，可在形成歐姆觸點，并通過環(huán)繞金屬壁保護中間層712之后，進行底切蝕刻。在一些實施例中，半導體層710和光波導414的縱向順序被反轉。這示于圖8中， 圖8是圖解說明可調諧光學器件800的橫截面視圖的方框圖。在這些實施例中，半導體層 710可包括多晶硅或非晶硅。光學器件100 (圖 1)，200 (圖 2)，300 (圖 3A)，350 (圖 3B)，400 (圖 4)，500 (圖 5)， 600 (圖6)，700 (圖7A)，750 (圖7B)和/或800可包括更少的組合或者另外的組件。此外， 盡管這些光學器件被圖解表示成具有許多不連續(xù)的部件，不過圖1-8是可能存在的各種特征的功能描述，而不是這里描述的實施例的結構示意圖。從而，在這些實施例中，兩個以上的組件可被組合成單個組件，和/或可以改變一個或多個組件的位置。本領域的技術人員知道，可以使用各種制造技術制造圖1-8中的光學器件。另外， 雖然前述實施例圖解說明光學器件的單個實例，不過可在包括多個實例的陣列中實現(xiàn)任意前述實施例。注意，當電調諧光波導時，也可使用光學器件的實施例。在這些實施例中，仍然重要的是使光波導與其外部環(huán)境熱隔離。一個或多個這些光學器件可包括在多芯片模塊(MCM)(比如交換機或處理器)中， 和/或包括MCM的系統(tǒng)中。MCM可包括芯片模塊(CM)的陣列，或者單芯片模塊(SCM)，給定的SCM可包括至少一個半導體裸片。注意，MCM有時稱為“宏芯片”。此外，半導體裸片可利用電磁耦合信號的鄰近通信(稱為“電磁鄰近通信”)，比如電容耦合信號，和/或光信號的鄰近通信(分別稱為“電鄰近通信”和“光鄰近通信”)，與其它半導體裸片，CM, SCM和/或 MCM中的器件通信。在一些實施例中，電磁鄰近通信包括感應耦合信號和/或傳導耦合信號。MCM的實施例可以用在各種應用中，包括VLSI電路，通話系統(tǒng)，存儲區(qū)域網(wǎng)，數(shù)據(jù)中心，網(wǎng)絡(比如局域網(wǎng))，和/或計算機系統(tǒng)(比如多核芯處理器計算機系統(tǒng))。例如，MCM可包含在與多處理器刀片耦接的底板中，或者MCM可耦接不同種類的組件(比如處理器，存儲器，I/O裝置，和/或外圍設備)。在一些實施例中，MCM實現(xiàn)下述功能交換機，集線器， 橋接器和/或路由器。注意，計算機系統(tǒng)可包括(但不限于)服務器，膝上型計算機，個人計算機，工作站，大型計算機，刀片，企業(yè)計算機，數(shù)據(jù)中心，便攜式計算設備，巨型計算機，網(wǎng)絡附加存儲器(NAS)系統(tǒng)，存儲區(qū)域網(wǎng)(SAN)系統(tǒng)，和/或另外的電子計算設備。此外注意，特定的計算機系統(tǒng)可以在一個位置，或者可以分布在多個地理上分散的位置。現(xiàn)在說明制造光學器件，比如光學器件100(圖1)的處理的實施例。圖9是圖解說明制造光學器件的處理900的流程圖。在該處理期間，包括襯底、沉積在襯底上的中間層和沉積在中間層上的半導體層的三層結構中的半導體層的厚度被減小(910)。隨后，打開從半導體層的頂部延伸到半導體層的底部的一個或多個通孔(912)，所述半導體層的底部鄰近中間層。之后，除去中間層的犧牲部分，以致一部分的半導體層自支撐地位于半導體層和襯底之間的間隙之上(914)。注意半導體層的另一部分由中間層的剩余部分支撐。此外，限定大體上置于所述間隙之上的半導體層中的可熱調諧光波導(916)，從而降低與光波導的熱調諧相關的功耗。在處理900的一些實施例中，可存在另外的或者較少的操作。此外，操作的順序可被改變，和/或兩個以上的操作可被結合成單一操作。上面只是出于舉例說明的目的，描述了本發(fā)明的實施例。上述說明不是詳盡的，也不意圖把本發(fā)明局限于公開的形式。因而，對本領域的技術人員來說，許多修改和變化是顯而易見的。另外，上面的公開內容并不意圖限制本發(fā)明。本發(fā)明的范圍由附加的權利要求限定。
權利要求
1.一種光學器件，包括 襯底；沉積在所述襯底上的中間層；以及沉積在所述中間層上的半導體層，包括熱可調諧的光波導和從所述半導體層的頂部延伸到與所述中間層鄰近的所述半導體層的底部的通孔；其中，所述半導體層的一部分自支撐地位于所述半導體層和所述襯底之間的間隙上方，其中，所述間隙對應于所述中間層的通過所述通孔可接觸的去除的犧牲部分； 其中，所述半導體層的另一部分被所述中間層的剩余部分支撐；以及其中，所述間隙增大所述半導體層和所述襯底之間的熱阻抗，由此降低與對所述光波導的熱調諧相關聯(lián)的功率消耗。
2.如權利要求1所述的光學器件，其中，所述襯底包括硅。
3.如權利要求1所述的光學器件，其中，所述中間層包括氧化物。
4.如權利要求3所述的光學器件，其中，所述中間層包括二氧化硅。
5.如權利要求1所述的光學器件，其中，所述半導體層包括硅。
6.如權利要求1所述的光學器件，其中，所述襯底、所述中間層和所述半導體層包括絕緣體上硅技術。
7.如權利要求1所述的光學器件，其中，至少部分地從所述間隙除去空氣。
8.如權利要求1所述的光學器件，其中，還包括在所述半導體層中定義的加熱器。
9.如權利要求8所述的光學器件，其中，所述加熱器包括無源電阻器或有源器件。
10.如權利要求1所述的光學器件，其中，還包括通過所述間隙之上的橋的所述半導體層和電源觸點之間的電耦合。
11.如權利要求1所述的光學器件，其中，在所述中間層的所述剩余部分提供所述半導體層和電源觸點之間的電耦合。
12.如權利要求1所述的光學器件，其中，還包括位于所述光波導中或與其鄰近的加熱器，被用來熱調諧所述光波導，其中，對于所述光波導中的180°相移，所述加熱器的功率消耗小于20mW。
13.如權利要求1所述的光學器件，其中，所述光波導被包括在濾光鏡、光復用器或光學解復用器中。
14.光學器件的多個實例的陣列，其中，所述光學器件的給定實例包括 襯底；沉積在所述襯底上的中間層；以及沉積在所述中間層上的半導體層，包括熱可調諧的光波導和從所述半導體層的頂部延伸到與所述中間層鄰近的所述半導體層的底部的通孔；其中，所述半導體層的一部分自支撐地位于所述半導體層和所述襯底之間的間隙上方，其中，所述間隙對應于所述中間層的通過所述通孔可接觸的去除的犧牲部分； 其中，所述半導體層的另一部分被所述中間層的剩余部分支撐；以及其中，所述間隙增大所述半導體層和所述襯底之間的熱阻抗，由此降低與對所述光波導的熱調諧相關聯(lián)的功率消耗。
15.如權利要求14所述的光學器件陣列，其中，所述間隙增大到所述光學器件的其他實例的熱阻抗。
16.如權利要求14所述的光學器件陣列，其中，所述襯底、所述中間層和所述半導體層包括絕緣體上硅技術。
17.如權利要求14所述的光學器件陣列，其中，還包括在所述半導體層中定義的加熱ο
18.如權利要求17所述的光學器件陣列，其中，所述加熱器便于所述光學器件的所述給定實例中的可編程溫度，所述溫度可以不同于所述光學器件的一個或多個其他實例中的溫度。
19.如權利要求14所述的光學器件陣列，其中，還包括位于所述光波導中或與其鄰近的加熱器，被用來熱調諧所述光波導，其中，對于所述光波導中的180°相移，所述加熱器的功率消耗小于20mW。
20.一種用于制造光學器件的方法，包括減小三層結構中的半導體層的厚度，該三層結構包括襯底、沉積在襯底上的中間層，以及沉積在中間層上的半導體層；打開從半導體層的頂部延伸到與中間層鄰近的半導體層的底部的通孔； 除去中間層的犧牲部分，以便半導體層的一部分自支撐地位于半導體層和襯底之間的間隙之上，其中半導體層的另一部分被中間層的其余部分支撐；以及限定基本上位于間隙之上的半導體層中的熱可調諧光波導，由此降低與對光波導的熱調諧相關聯(lián)的功率消耗。
全文摘要
描述了光學器件、光學器件陣列，以及用于制造光學器件或陣列的實施例。此光學器件是在襯底(如硅)上實現(xiàn)的，并包括具有與其環(huán)境的良好的絕熱的熱可調諧的光波導。具體而言，包括光波導的光學器件中的半導體的一部分，自支撐地位于半導體層和襯底之間的間隙上方。通過降低光波導和外部環(huán)境之間的熱耦合，可以以小得多的功率消耗熱調諧光學器件。
文檔編號G02F1/025GK102414600SQ201080019597
公開日2012年4月11日 申請日期2010年3月29日 優(yōu)先權日2009年3月31日
發(fā)明者A·V·克里什納莫西, I·舒彬, J·E·坎寧安, 李國良, 鄭學哲 申請人:甲骨文美國公司