專利名稱：高傳導(dǎo)性埋層光波導(dǎo)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光學(xué)裝置，特別是但不僅限于用于調(diào)制在波導(dǎo)中導(dǎo)向的輻射的裝置。
光學(xué)裝置已被現(xiàn)有工藝所熟知。它們在H P Zappe(ISBNO-89006-789-9)“對半導(dǎo)體光學(xué)集成的介紹”的文獻中有所描述。用于調(diào)制輻射的光學(xué)裝置通過開發(fā)可受外部因素影響的調(diào)制介質(zhì)的光學(xué)特性而工作。光學(xué)特性之一可包括折射率。折射率的感應(yīng)變化可以是各向異性，這里的介質(zhì)變成雙折射，或各向同性。還有很多其它可行的技術(shù)調(diào)節(jié)折射率。這些技術(shù)也同時描述如下。
折射率在某些透射光的材料中，可通過施加一種外部機械力而引起變化。這被稱做光致彈性效應(yīng)。熱誘導(dǎo)的折射率變化被稱做熱光效應(yīng)。
磁誘導(dǎo)的雙折射，被稱做法拉第效應(yīng)或磁光效應(yīng)，在一些透射光材料遇到一個磁場時出現(xiàn)。諸如材料的磁通密度，材料的費爾德常數(shù)，材料的成分和材料的輻射傳播的路徑長度等這些因素決定可達到雙折射的量級。
在一些材料中通過施加一個電場于其上，可以引起折射率變化。這種折射率變化的發(fā)生歸因于克爾效應(yīng)和普克爾斯效應(yīng)兩者。由克爾效應(yīng)引起的折射率的變化與材料的克爾常數(shù)和施加的電場的平方成比例。至于普克爾斯效應(yīng)，折射率的變化與施加的電場成比例。普克爾斯效應(yīng)僅僅在缺乏對稱中心的晶體組成的晶體中可被觀察到。
折射率變化也可在給一些材料引入自由電荷載體時引起。這種變化被稱做自由電荷調(diào)制或有時稱做等離子分散效應(yīng)。自由載體修改折射率的實數(shù)部分和虛數(shù)部分，因此對通過有載荷的材料區(qū)域傳播的光學(xué)輻射造成光學(xué)移相和光學(xué)吸收。
硅具有中心對稱的晶體結(jié)構(gòu)，因此不表現(xiàn)普克爾斯效應(yīng)，除非施加高溫極性調(diào)整的情況下可獲得微弱的效應(yīng)。這個微弱的效應(yīng)相應(yīng)公式[1]的10-12mν-1系數(shù)r，公式[1]描述一個以硅折射率n0和施加的電場E為自變量的折射率Δn函數(shù)的變化Δn=12n03rE---------[1]]]>當施加高強度電場時，硅顯示弱的克爾效應(yīng)，例如，當施加電場強度為106Vm-1時，獲得的折射率變化約為10-4。為了根據(jù)硅波導(dǎo)提供一種用于調(diào)制輻射的使用的光學(xué)裝置，就需使用熱-光效應(yīng)或等離子分散效應(yīng)。依賴硅波導(dǎo)的熱-光效應(yīng)的裝置，其運行頻帶寬度受相對慢的波導(dǎo)熱力的限制；實際應(yīng)用中，當輸入功率等于幾瓦特時，可獲得數(shù)千周的頻帶寬度。相反，依賴硅波導(dǎo)的等離子效應(yīng)的裝置，其運行頻帶寬度受從光輻射傳播區(qū)域移去和注入電荷載體的快速性所限制。在實際應(yīng)用中，這種裝置可提供數(shù)十兆周的運行頻帶寬度。在均勻介質(zhì)中的光輻射傳播具有電場向量量級E，其在介質(zhì)中的空間變化，在時間依據(jù)公式[2]的情況下，E∝eikx[2]這里，k是光輻射的波數(shù)；x是在介質(zhì)中的距離；及i是-1的平方根。
公式[2]中的波數(shù)k可表達為光輻射的自由空間波數(shù)k0和介質(zhì)的折射率n的乘積，根據(jù)公式[3]E∝eink0x---------[3]]]>在公式[3]中，折射率n可以依據(jù)實數(shù)部分nr和虛數(shù)部分α表達，根據(jù)公式[4]n＝nr+iα [4]從中，電場強度的量級E可根據(jù)公式[5]表達如下E∝einrk0xe-αk0x---------[5]]]>當介質(zhì)是硅時，注入自由載流子于其中，修正折射率n的實數(shù)部分nr和虛數(shù)部分α兩者，根據(jù)Kramers-Kronig關(guān)系式，其相互關(guān)系可用公式[6]和公式[7]表達Δnr=-q3λ24π2c3nrϵ0(Nemce2μe+Nhmch2μh)------[6]]]>Δα=-q2λ28π2c2nr2ϵ0(Nemce+Nhmch)-----(7)]]>其中
c是在真空中的光速；μe是硅的電子遷移率；μh是硅的空穴遷移率；mce是硅的自由電子的有效質(zhì)量；mch是硅的自由空穴的有效質(zhì)量；q是一個電子的電荷；λ是在介質(zhì)中輻射傳播的波長；Ne是介質(zhì)的自由電子濃度；Nh是介質(zhì)的自由空穴濃度；Δnr是實數(shù)部分nr的變化；Δα是虛數(shù)部分α的變化；和ε0是自由空間的電容率。
如果在硅介質(zhì)中的光輻射的傳播波長是1μm，電荷載體的注入引起的實數(shù)部分nr的變化約為10-4。伴隨的虛數(shù)部分的變化比這個小約一個數(shù)量級。
現(xiàn)有的根據(jù)硅波長調(diào)制輻射的光學(xué)裝置一般都用等離子分散效應(yīng)。這樣的裝置使用標準硅微型制造技術(shù)制造的硅p-i-n型二極管結(jié)構(gòu)，如外延技術(shù)在晶片襯底上增生一層。這個結(jié)構(gòu)包括一個電子受主摻雜p區(qū)域，一個拱肋形式的本征i區(qū)域，和電子供體摻雜n區(qū)域。光輻射被限制在其功能是波導(dǎo)的本征i區(qū)域。當p區(qū)域在較n區(qū)域高的電位下偏移時，電荷載體被從p區(qū)域和n區(qū)域注入本征i區(qū)域。載體調(diào)節(jié)波長的反射率。
在現(xiàn)有工藝的裝置中，被注入的載體引起輻射傳播有個小的相變。通過并入至少一個裝置于馬赫-曾德爾干涉儀中，這個相變可轉(zhuǎn)變成一個振幅變化。
現(xiàn)有工藝的光學(xué)裝置的第一個例子在專利說明US4787 691中被闡述過。這個裝置被設(shè)計成用于在波導(dǎo)中調(diào)制和開關(guān)制導(dǎo)光線。它按順序依次包括一個硅襯底基座，一個n+摻雜流注硅襯底，一個低折射率的電介質(zhì)層，一個n型晶體硅層和一個p+摻雜硅層。低指數(shù)的電介質(zhì)層在制造裝置時被蝕刻，形成裝置中的電介質(zhì)帶。N型層和p+摻雜層在制造裝置時被蝕刻，形成具有p+電極在頂端的波導(dǎo)，所說的波導(dǎo)和電極沿帶排列。帶協(xié)助限制輻射于波導(dǎo)內(nèi)。P+電極形成裝置的第一電極，襯底基座形成第二電極。施加于第一和第二電極之間的電位差導(dǎo)致載體注入波導(dǎo)，這調(diào)節(jié)折射率，并因此使這里的輻射傳播具有特征。
上面描述的專利申請US 4 787 691的裝置，使用包括在襯底基座上蝕刻層的程序。它的結(jié)構(gòu)因此受這個程序所強加限制的控制。這些限制之一即襯底基座被用做電極之一。這導(dǎo)致第一個問題，即當幾個裝置共同形成于襯底基座上時，基座將作為所有裝置的共同的第二電極。這樣設(shè)置了一個可用于控制裝置的電路結(jié)構(gòu)的限制。另外，基座和流注硅襯底提供的導(dǎo)電性比金屬，如鋁小好幾個數(shù)量級。導(dǎo)致電極的串聯(lián)電阻的第二個問題，即，由于能量在串聯(lián)電阻自身內(nèi)，而非在發(fā)生載體注入和獲得有用的調(diào)制效應(yīng)的區(qū)域內(nèi)所散失，降低了裝置的運行效率。另外，由于被安置在波導(dǎo)下面的電介質(zhì)帶，裝置的電荷載體主要被注入到波導(dǎo)的邊緣區(qū)域。然而，輻射傳播主要在波導(dǎo)的中心區(qū)域，因此被注入到波導(dǎo)的邊緣區(qū)域的電荷載體不能特別有效地調(diào)制在波導(dǎo)中的輻射。因此，一個不必要的過量的電荷載體被注入以達到所要求的波導(dǎo)內(nèi)調(diào)制輻射的效果。這會引起第三個問題，即，這個不必要的過量的載體降低了裝置的調(diào)制頻帶寬度，因為在波導(dǎo)內(nèi)重組過量的載體需要時間。
現(xiàn)有工藝的光學(xué)裝置的第二個例子在歐洲專利說明EP 0 121 401A2中被闡述。這個裝置依次包括一個襯底，一個襯底層，一個光學(xué)波導(dǎo)層和由全n-型或全p-型半導(dǎo)體晶體成分形成的中間層。這些層全部都是由外延沉積形式形成于襯底的第一面。一個拱肋狀波導(dǎo)從中間層通過選擇性蝕刻它們而形成。中間層之一提供第一電極在拱肋狀波導(dǎo)的頂端，一個金屬合金層沉積在襯底的第二面提供第二電極。沿波導(dǎo)的輻射傳播相應(yīng)于施加于第一和第二電極上的電位差被修正。上述歐洲專利申請描述的裝置，由于它的制造方法所限，要經(jīng)受上面第一例子提到的第一和第二問題。
現(xiàn)有工藝的光學(xué)裝置的第三例子在專利申請US 4 093 345中被闡述。裝置包括一個支撐n-型鋁砷化鎵的第一外延層的n型砷化鎵單晶襯底，具有比第一外延層的鋁比鎵比率低的n-型鋁砷化鎵的第二外延層，一個接觸第二外延層的拱肋部分的電極鍍層材料，一個金電極接觸層歐姆接觸電極鍍層，及一個錫電極接觸層歐姆接觸襯底。裝置的安置使得施加到金電極層和錫接觸層之間的調(diào)節(jié)電位，改變拱肋部分的折射率，用以調(diào)節(jié)那里的輻射傳播。使用外延程序制造的裝置使裝置的結(jié)構(gòu)受到限制。這些限制的結(jié)果是，裝置遭受上述第一和第二例子中提到的第一和第二個問題。
本發(fā)明的目標是提供一種替代的光學(xué)裝置，其至少可以減小上述問題之一。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種光學(xué)裝置，其具有一個用以輻射傳播的活性區(qū)域及一個注入電荷載體于活性區(qū)域的注入裝置，其特征在于，注入裝置在結(jié)合晶片偶聯(lián)體的兩個晶片元件之間有一個高導(dǎo)電性的埋層，該光學(xué)裝置在埋層之間有一個集聚元件與活性區(qū)域相結(jié)合，用以在活性區(qū)域集聚電荷載體。
本發(fā)明提供一種優(yōu)勢，即，高導(dǎo)電性層提供一個給裝置加偏壓的電子通路，與現(xiàn)有工藝的光學(xué)裝置相比，減少了損耗。另外，本發(fā)明還提供了一種優(yōu)勢，由于在輻射傳播的活性區(qū)域有集聚元件集聚電荷載體，因此裝置能夠比現(xiàn)有工藝的裝置更有效地調(diào)制輻射。
裝置還可包含一個電介質(zhì)絕緣層，用于在晶片偶聯(lián)體內(nèi)使它電隔離。這提供了一種優(yōu)勢，例如，當幾個光學(xué)裝置共同制造在偶聯(lián)體上時，裝置能與晶片元件隔離。
活性區(qū)域可包含濃度少于1016原子cm-3的摻雜異物。這提供一種優(yōu)勢，即，活性區(qū)域能夠提供一個用于輻射傳播的通路，這里的輻射衰減小于1dB cm-1。
活性區(qū)域可提供一種輻射波導(dǎo)元件，其折射率可由注入裝置調(diào)制。這樣提供了一種方便的裝置結(jié)構(gòu)，以在活性區(qū)域調(diào)制輻射傳播，特別是當活性區(qū)域的組成材料具有中心對稱晶體結(jié)構(gòu)。
集聚元件可包含一個位于活性區(qū)域的一面的第一電極，光學(xué)裝置包括位于另一面的第二電極。這為裝置提供了結(jié)構(gòu)簡單實用的優(yōu)勢。
在第一實施例，集聚裝置可以是一個埋層區(qū)域，其突出穿過伸至裝置的部件之間的一個絕緣層。這樣提供了一個能夠特別有效地在活性區(qū)域集聚電荷載體的結(jié)構(gòu)，因此增加了裝置的效能。
埋層可以是一個多晶硅層。這提供了一種優(yōu)勢，即，多晶硅是一種方便用做該層的材料，因為它用傳統(tǒng)的半導(dǎo)體制造設(shè)備就能很容易地沉積。
多晶硅層可包含濃度范圍為1018到1019原子cm-3的摻雜物。使用這個范圍的摻雜物濃度的優(yōu)勢在于，用傳統(tǒng)的半導(dǎo)體制造工藝可以達到。
在第二實施例中，集聚裝置可以是一個化學(xué)成分不同于埋層的高摻雜區(qū)域。這提供的優(yōu)勢是集聚裝置可以更適于注入電荷載體于活性區(qū)域，而埋層能更適于為集聚裝置提供一種電連接通路。
埋層可以是一個金屬硅化物層。這提供的優(yōu)勢是硅化物具有少于1.5μΩm的電阻系數(shù)，因此與現(xiàn)有工藝相比，為集聚裝置提供一種低電阻的聯(lián)結(jié)通路，從而降低了裝置的運行損耗。
埋層可以是一個硅化鎢層。這提供的優(yōu)勢是鎢化硅可以抵抗在制造光學(xué)裝置的過程中后面的操作步驟所需的約1000℃的高溫。
埋層可以是硅化鉭，硅化鈷和硅化鈦層的任意一種。這里提供的一系列材料，能更好地用來制造埋層。
集聚裝置和埋層可以共享一個相似的提供前述導(dǎo)電性的摻雜物。這提供的優(yōu)勢是集聚裝置可以選擇型地摻雜，并可以作為制造裝置時的摻雜物的來源。
本發(fā)明的另一個方面，制造裝置的方法可包括下列步驟(a)提供第一和第二晶片元件；(b)提供晶片元件，其具有一個層結(jié)構(gòu)用于限定注入電荷載體于輻射傳播的活性裝置區(qū)域的注入裝置；(c)提供具有金屬硅或多晶硅層的晶片元件之一，以提供注入裝置；(d)結(jié)合晶片元件以形成晶片偶聯(lián)體，金屬硅化物層或多晶硅層埋于其間。及(e)處理偶聯(lián)體以限定活性裝置區(qū)域。
本發(fā)明的方法提供的優(yōu)勢是提供一種用傳統(tǒng)的現(xiàn)有工藝技術(shù)不能制造的制造裝置的程序，例如，制造裝置上目前使用外延技術(shù)不可行的在晶片上沉積連續(xù)的層。
本發(fā)明的另一個方面，根據(jù)本發(fā)明的裝置可以用上述方法制造。
為了更徹底理解本發(fā)明，通過例子及伴隨的草圖，下面將對一個實施例進行描述。


圖1.是現(xiàn)有工藝等離子分散光學(xué)調(diào)幅器裝置的透視框圖2.是包含有一個導(dǎo)電埋層的光學(xué)調(diào)幅器裝置的透視框圖；圖3.是顯示圖2所示的本發(fā)明的包含有硅化鎢埋層的光學(xué)裝置的透視圖；圖4.顯示圖3所示的包含有硅襯底的光學(xué)裝置的透視圖；圖5.是顯示本發(fā)明的包含有多晶硅n+型摻雜導(dǎo)電層和相連的延長n+型摻雜電極區(qū)域的光學(xué)裝置的透視圖；圖6.顯示圖5所示的包含有二氧化硅埋層和硅襯底的光學(xué)裝置的透視圖；圖7.顯示生產(chǎn)圖2的光學(xué)裝置的微制造程序的分步；圖8.顯示生產(chǎn)圖3和圖4的光學(xué)裝置的微制造程序的分步；圖9.顯示生產(chǎn)圖5的光學(xué)裝置的微制造程序的分步；圖10.顯示生產(chǎn)圖6的光學(xué)裝置的微制造程序的分步；參考圖1，這里顯示現(xiàn)有工藝的等離子分散光學(xué)調(diào)幅器裝置(一般用1表示)的框圖。它依次包含硅襯底2，二氧化硅層(SiO2)3和硅表面層4。硅襯底2，二氧化硅層(SiO2)3和硅表面層4是相互平行的相互重疊而渾然一體。表面層4具有低摻雜硅層，雜質(zhì)濃度小于1016原子cm-3。
表面層4在制造裝置1時在背面被蝕刻以形成一個外露拱肋6。參考軸x-x’被包括在圖1，沿著拱肋6的方向被定向。拱肋6的上表面被摻雜以在其上形成延長的p+型電極8。表面層4的外露表面被摻雜以在表面層4上形成延長n+型電極10a，10b。延長n+型電極10a，10b分別相鄰于拱肋6的兩面但不侵入其上。P+型電極8，n+型電極10a，10b和拱肋6都彼此平行排列。界面12形成于二氧化硅層3和表面層4之間。
電極8，10a，10b用濃度范圍在1018到1019的原子cm-3的雜質(zhì)摻雜。n+型電極10a，10b用磷摻雜，p+型電極用硼摻雜。
電極8，10a，10b在平行于拱肋6的參考軸x-x’的方向為2.5mm長。拱肋6在垂直于軸x-x’，平行于表面層4的方向的寬度為4μm。在從界面12垂直向上方向的高度是6.5μm。表面層4在遠離拱肋6的區(qū)域，從界面12垂直向上方向的高度3.3μm。電極10a，10b在垂直于軸x-x’，平行于表面層4的方向的寬度為5μm。它們與表面層4的外露表面垂直方向的深度是0.5μm。
現(xiàn)在將對現(xiàn)有工藝的調(diào)制裝置1的運行伴隨圖1進行描述。拱肋6形成單模光波導(dǎo)，沿該波導(dǎo)波長在1.3μm到1.5μm范圍的光輻射，特別是波長在1.3μm到1.5μm范圍且常常用于光通信系統(tǒng)的輻射，以小于1dB cm-1的低損失傳播。輻射被限定在這個波導(dǎo)內(nèi)是依靠拱肋6二氧化硅層3，和包罩住裝置1的光學(xué)調(diào)幅器低介電常數(shù)介質(zhì)如空氣或鍍膜(未顯示)的折射率不同而實現(xiàn)的。
電極8，10a，10b和拱肋6形成p-i-n型二極管。當施加一個電位差，以偏置p+電極8較n+型電極10a，10b高的電位，p-i-n型二極管變成正向偏壓，電荷載體被注入波導(dǎo)。電極8，10a，10b這樣的結(jié)構(gòu)，使電位差引起產(chǎn)生一個電場，其集中于相對于拱肋6的中心區(qū)域16的邊緣區(qū)14a，14b。結(jié)果，從電極8，10a，10b注入的電荷載體主要被集聚在邊緣區(qū)14a，14b。繼而，由于在相對于中心區(qū)域16的邊緣區(qū)14a，14b的等離子分散效應(yīng)，折射率發(fā)生很大變化。波導(dǎo)內(nèi)的光輻射傳播主要被限定在中心區(qū)域16，因此僅僅受到邊緣區(qū)14a，14b注入載體的輕微影響。
電荷載體注入拱肋6，導(dǎo)致折射率改變，由此對沿著它傳播的光輻射調(diào)相。通過使調(diào)幅器裝置1置于馬赫-曾德爾干涉儀的一個臂(未顯示)，這個光輻射的調(diào)相被轉(zhuǎn)化成調(diào)幅。
在現(xiàn)有工藝中發(fā)現(xiàn)一個調(diào)幅器裝置1的變體。在這個變體中，沒有包括n+型電極10a，10b。取而代之的是，襯底2被摻雜上濃度范圍在1018到1019原子cm-3的磷施主雜質(zhì)，并且遠離拱肋6提供從襯底2穿過二氧化硅層3，到表面層4的一個電連接。在變體中，襯底2提供p-i-n型二極管的第一電極，p+型電極8提供二極管的第二電極。在這個變體中，對p+型電極8加以較襯底2高的電位偏壓導(dǎo)致電荷載體被注入拱肋6，從而調(diào)制那里的輻射傳播。
圖1所示的調(diào)幅器裝置1和上述的變體中遇到一個問題是那里形成的p-i-n型二極管具有相對較高的串聯(lián)電阻，例如，當拱肋6和它的p+型電極8大約1mm長時，二極管具有1kΩ的串聯(lián)電阻。在結(jié)合串聯(lián)電阻時，襯底2或電極10a，10b和p+型電極8之間的電容是電位調(diào)制頻帶寬度的限制因素。
調(diào)幅器裝置1和上述的變體中遇到另一個問題是能量在串聯(lián)電阻中的損耗。這個問題的一個例子是，當它或它的p+型電極8是1mm長，并且在p+型電極8和n+型電極10a，10b之間流動的電流是10mA時，調(diào)幅器裝置1提供一個可用的調(diào)制效應(yīng)于沿拱肋6的輻射傳播上；這就導(dǎo)致當串聯(lián)電阻是1kΩ時，有114mW的能量損耗，需要11.4伏的電壓施加于p+型電極8和n+型電極10a，10b或襯底2之間，即使當大約1.4伏的電壓被施加正向偏壓于p-i-n型二極管上，p-i-n型二極管將會導(dǎo)通。因此，在這個例子中，14mW的能量損耗發(fā)生在波導(dǎo)6以達到調(diào)制效應(yīng)，有100mW的能量損耗發(fā)生在串聯(lián)電阻內(nèi)。
調(diào)幅器裝置1和此變體使用外延層沉積在硅襯底上而制造。目前還不能沉積對適于制造裝置1和這個變體的層厚度(即大約為0.3μm)而言薄片電阻率在小于每平方10Ω數(shù)量級的摻雜半導(dǎo)體。因此，目前還不可能大幅度地降低串聯(lián)電阻，也就不能降低在裝置1和它的變體中的能量損耗。
現(xiàn)在來參考圖2，一個一般用100表示的光學(xué)裝置，其組成依次包括二氧化硅層102，一個n+型摻雜硅埋置接觸層104和一個硅表面層106。層102，104和106是平行，層疊和形成整體的。
表面層106被蝕刻形成外露拱肋108。圖2包括一個參考軸k-k’，沿拱肋108的方向定向。拱肋108的上表面被摻雜形成延長型p+電極110。電極110和拱肋108互相平行排列。表面層106在遠離拱肋108的區(qū)域被選擇性蝕刻，形成兩條溝道112a，112b，用以與埋置接觸層104形成電連接。電連接通過沉積摻雜多晶硅或金屬軌道(未顯示)于溝道112a，112b內(nèi)形成。
p+型電極110用濃度范圍在1018到1019的原子cm-3的雜質(zhì)硼摻雜。拱肋108在垂直于軸k-k’，平行于表面層106的方向的寬度為4μm。它在從埋置接觸層104垂直向上方向的高度是6.5μm。表面層106在遠離拱肋108的區(qū)域，在埋置接觸層104法線方向的高度3.3μm。接觸層104是0.1μm厚，被用濃度范圍在1018到1019的原子cm-3的電子施主雜質(zhì)摻雜。二氧化硅層102至少1μm厚，用以減少沿拱肋108的光輻射的漏失。
現(xiàn)在將對裝置100的運行進行描述。拱肋108形成波導(dǎo)，沿該波導(dǎo)波長在1.3μm到1.5μm范圍的光輻射傳播，特別是常常用于光通信系統(tǒng)的波長在1.3μm到1.5μm范圍的輻射。輻射被限定在這個波導(dǎo)內(nèi)是因為拱肋108，埋置接觸層104，二氧化硅層102，和包罩住裝置100的低介電常數(shù)介質(zhì)的折射率不同。
當施加一個電位差，以偏置p+電極110于較埋置接觸層104高的電位，電荷載體支配性地被注入拱肋108的中心區(qū)域114。一個電荷分布產(chǎn)生，即，大部分電荷集聚在中心區(qū)域，與拱肋108的邊緣區(qū)域106相比，主要的光輻射都被限定在這個中心區(qū)域。從而，與圖1所示的現(xiàn)有工藝的調(diào)幅器裝置1比較，注入波導(dǎo)的載體能有效地調(diào)制輻射。在裝置100，注入的載體在波導(dǎo)內(nèi)提供了輻射調(diào)相。以與現(xiàn)有工藝的裝置1相似的方式，通過使裝置100成為馬赫-曾德爾干涉儀的一個臂(未顯示)，這個光輻射的調(diào)相被轉(zhuǎn)化成調(diào)幅。
參考圖3，另一個本發(fā)明的光學(xué)裝置用200代表。除了在二氧化硅層102和埋置接觸層104之間包含一個硅化鎢埋層(WSi2)202，及層104在臨近溝道112a，112b和拱肋108的區(qū)域204被選擇性摻雜以外，此光學(xué)裝置與圖2的裝置100等同。硅化物層202是100nm厚。
硅化鎢層202比埋置接觸層104有更大的導(dǎo)電性。它有效地反射光輻射，因此提供改良的限制輻射于拱肋108內(nèi)。另外，硅化物層202也提供一個與整個接觸層104區(qū)域的低電阻連接，從而增加裝置100的高頻調(diào)制性能。在埋層104中的區(qū)域204通過選擇性地植入一個摻雜物于硅化物層202，繼而在下面將要描述的晶片結(jié)合后，使摻雜物彌散入接觸層104而形成。
現(xiàn)在來看圖4，一個本發(fā)明的光學(xué)裝置用300代表。它依次包括硅化物襯底302，二氧化硅層304和硅化鎢埋層(WSi2)306，一個n+型硅埋置接觸層308和硅表面層310。層302到310是平行，層疊和一體的。
表面層310被蝕刻形成外露拱肋312。圖4包括一個參考軸m-m’，沿拱肋312的方向定向。拱肋312的上表面被摻雜形成延長型p+電極314。電極314和拱肋312互相平行排列。表面層310在遠離拱肋312的區(qū)域被選擇性蝕刻，形成兩條溝道316a，316b，用以與埋置接觸層308形成電連接。電連接通過沉積摻雜多晶硅或金屬軌道(未顯示)于溝道316a，316b內(nèi)形成。層308在臨近溝道316a，316b的區(qū)域320a，320c和臨近拱肋312的區(qū)域320b被選擇性摻雜，導(dǎo)致在區(qū)域320a，320b，320c之間的區(qū)域322摻雜較少。硅化物層306為100nm至250nm厚。
p+型電極314用濃度范圍在1018到1019的原子cm-3的雜質(zhì)硼摻雜。拱肋312在垂直于軸m-m’，平行于表面層310的方向的寬度為4μm。在埋置接觸層308的法線方向上距該層的高度是6.5μm。表面層310在遠離拱肋312的區(qū)域在埋置接觸層308的法線方向的厚度3.3μm。接觸層308是0.1μm厚，被用濃度范圍在1018到1019的原子cm-3的電子施主雜質(zhì)摻雜。二氧化硅層304至少1μm厚，用以減少沿拱肋312的光輻射的漏失。
現(xiàn)在將對裝置300的運行進行描述。拱肋312形成波導(dǎo)，沿其傳播波長在1.3μm到1.5μm范圍的光輻射，特別是波長在1.3μm到1.5μm范圍的常常用于光通信系統(tǒng)的輻射。輻射被限定在這個波導(dǎo)內(nèi)是因為拱肋312，埋置接觸層308，二氧化硅層304，和包罩住裝置300的低介電常數(shù)介質(zhì)(未顯示)的折射率不同。
當施加一個電位差，以偏置p+電極314位于較埋置接觸層308高的電位。電荷載體被支配性地注入拱肋312的中心區(qū)域324。一個電荷分布產(chǎn)生，即，大部分電荷集聚在中心區(qū)域，與拱肋312的邊緣區(qū)域326相比，主要的光輻射都被限定在這個中心區(qū)域。從而，與圖1所示的現(xiàn)有工藝的調(diào)幅器裝置1比較，注入波導(dǎo)的載體能有效地調(diào)制輻射。在裝置300，注入的載體在波導(dǎo)內(nèi)提供了輻射調(diào)相。以與現(xiàn)有工藝的裝置1相似的方式，通過使裝置300成為馬赫-曾德爾干涉儀的一個臂(未顯示)，這個光輻射的調(diào)相被轉(zhuǎn)化成調(diào)幅。
硅化鎢層306比埋置接觸層308有更大的導(dǎo)電性。它有效地反射光輻射，因此提供改良的限制輻射于拱肋312內(nèi)。另外，硅化物層306也提供一個與整個接觸層308區(qū)域的低電阻連接，從而增加裝置300的高頻調(diào)制性能，并且降低那里的能量損耗。與同等大小的現(xiàn)有工藝的裝置比較，裝置300的串聯(lián)電阻在數(shù)量上降低一個數(shù)量級。
在埋置接觸層308中的區(qū)域320a，320b，320c通過選擇性的植入一個摻雜物于硅化物層306，繼而在下面將要描述的晶片結(jié)合后，使摻雜物彌散入接觸層308而形成。
選擇性地摻雜區(qū)域320a，320b，320c提供一個優(yōu)勢，即，通過溝道316a，316b的電流主要都轉(zhuǎn)向硅化物層306，從區(qū)域320b注入的載體發(fā)生大部分進入拱肋312的中心區(qū)域324的情況，因此改善了裝置300的調(diào)制效能。層306具有的電阻率系數(shù)少于1.5μΩm，即當層306的厚度是200nm時，薄片電阻率小于7.5Ω每平方。一個具有W Si2.7成分的富含硅的硅化鎢膜具有特性，并發(fā)現(xiàn)具有約為0.4μΩm的電阻率系數(shù)，它對應(yīng)于200nm膜厚度的大約2Ω每平方的薄片電阻率。
在裝置300的簡化變型中，選擇性摻雜不被用于區(qū)域320a，320b，320c。取而代之的是，接觸層308被完全一致地摻雜。用硅化鈦，硅化鉭和硅化鈷中至少一種取代在制造層306時使用的硅化鎢。
二氧化硅層304使硅襯底302和硅化物層306電隔離。這樣的優(yōu)勢是，從襯底302隔離拱肋312，從而使施加于注入電荷載體到拱肋312的電位，不會象前述的現(xiàn)有工藝的光學(xué)裝置一樣被襯底302的電位所限制。
在圖5中顯示的本發(fā)明的另一個光學(xué)裝置用400代表。它依次包括多晶硅n+型摻磷導(dǎo)電層402，二氧化硅絕緣埋層404和硅表面層406。表面層406摻雜量低，其雜質(zhì)濃度小于1016原子cm-3。它被深蝕刻，形成外露拱肋408。圖5包括一個參考軸n-n’，沿拱肋408的方向定向。拱肋408的上表面被摻雜硼雜質(zhì)形成延長型p+電極410。拱肋408和電極410互相平行排列。拱肋408的中心區(qū)域411被置于p+電極410下方。溝道412a，412b遠離拱肋408，它的形成通過蝕刻穿通表面層406和埋層404到達導(dǎo)電層402以使它能夠電連接。與導(dǎo)電層402的電連接通過沉積摻雜多晶硅或金屬軌道(未顯示)于溝道412a，412b內(nèi)形成。一個延長n+型電極區(qū)域414通過選擇性蝕刻穿通絕緣埋層404和0.5μm的短距離進入表面層406，形成一個溝道，摻雜多晶硅的層402沉積其上。電極區(qū)域414沿軸n-n’排列，被置于相對p+型電極410的中心區(qū)域411的對面。拱肋408是單模光波導(dǎo)，用以限定波長在1.3μm到1.5μm范圍的光輻射，特別是波長在1.3μm到1.5μm范圍、常常用于光通信系統(tǒng)的輻射。
導(dǎo)電層402和p+型電極410用濃度范圍在1018到1019的原子cm-3的雜質(zhì)原子摻雜。拱肋408與圖3所示的拱肋108大小相等。表面層406在遠離拱肋408的區(qū)域的厚度是3.3μm。
當施加一個電位差，以偏置p+電極410于較電極區(qū)域414高的電位。電荷載體被注入中心區(qū)域411。電極區(qū)域414被橫向地平切以保證注入的電荷載體大部分被限定于區(qū)域411，從而有效地調(diào)制它的折射率。由于這個制約，與裝置1的調(diào)幅器的極間電容相比，裝置400的p+型電極410和電極區(qū)域414之間的極間電容較小，以達到拱肋6的同等折射率變化。這個相對較小的極間電容為圖5的裝置400提供了增強工作頻帶寬度的優(yōu)勢。
在圖6中顯示的本發(fā)明的另一個光學(xué)裝置用500代表。它依次包括硅襯底502，第一二氧化硅絕緣埋層504，一個多晶硅n+型摻磷導(dǎo)電層506，一個第二二氧化硅絕緣埋層508和硅表面層510。表面層510摻雜量低，其雜質(zhì)濃度小于1016原子cm-3。它被在深蝕刻形成外露拱肋512。圖6包括一個參考軸p-p’，沿拱肋512的方向定向。拱肋512的上表面被摻雜硼雜質(zhì)形成延長型p+電極514沿其上。拱肋512和電極514互相平行排列。拱肋512的中心區(qū)域516被置于p+電極514下方。溝道518a，518b遠離拱肋512，它的形成通過蝕刻穿通表面層510和第二埋層508到達導(dǎo)電層506以使它能夠電連接。與導(dǎo)電層506電連接通過沉積摻雜多晶硅或金屬軌道(未顯示)于溝道518a，518b內(nèi)形成。一個延長n+型電極區(qū)域520通過選擇性蝕刻穿通第二絕緣埋層508形成一個溝道，摻雜多晶硅的層506沉積其上。電極區(qū)域520沿軸p-p’排列，被置于相對p+型電極514的中心區(qū)域516的對面。拱肋512是單模光波導(dǎo)，用以限定波長在1.3μm到1.5μm范圍的光輻射，特別是波長在1.3μm到1.5μm范圍、常常用于光通信系統(tǒng)的輻射。
導(dǎo)電層506和p+型電極514用濃度范圍在1018到1019的原子cm-3的雜質(zhì)原子摻雜。拱肋512與圖2所示的拱肋108大小相等。表面層510在遠離拱肋512的區(qū)域的厚度是3.3μm。
當施加一個電位差，以偏置p+電極514于較電極區(qū)域520高的電位。電荷載體被注入中心區(qū)域516。電極區(qū)域520被橫向地平切以保證注入的電荷載體大部分被限定于區(qū)域516，從而有效地調(diào)制它的折射率。由于這個制約，與裝置1的調(diào)幅器的極間電容相比，裝置500的p+型電極514和電極區(qū)域520之間的極間電容較小，以達到拱肋6的同等折射率變化。這個相對較小的極間電容為圖5的裝置500提供了增強工作頻帶寬度的優(yōu)勢。
現(xiàn)在來看圖7，這里顯示用以產(chǎn)生裝置100的微制造程序的分步框圖。一個拋光的摻雜雜質(zhì)濃度小于1016原子cm-3低摻雜硅晶片600受到離子注入以在它的一側(cè)形成n+型重摻雜層602。層602包含濃度范圍在1018到1019原子cm-3的摻雜雜質(zhì)。第二拋光低摻雜硅晶片604被熱氧化以在它的一面形成厚二氧化硅表面層606。層608，610分別對應(yīng)于晶片600，604的低摻雜硅區(qū)域。之后層602，606在1100℃的高溫，濕氧和氮大氣環(huán)境下被熱粘合，如此它們被熔合在一起形成晶片偶聯(lián)體，用612代表。大氣環(huán)境是通過混合氧，氫和氮氣，它們在高溫條件下自發(fā)反應(yīng)，形成蒸汽、氧和氮混合氣體而形成的。偶聯(lián)體612然后被拋光形成薄的偶聯(lián)體，用614表示，在其上，層608被拋光以除去如短畫線所指的616物質(zhì)，形成薄層615。下一步，偶聯(lián)體614受到離子注入以形成重摻雜p+型表面層620，其雜質(zhì)濃度范圍在1018到1019的原子cm-3。由此產(chǎn)生618所指的晶片偶聯(lián)體。然后使用標準微制造光刻和干蝕刻程序，以蝕刻層615，620，在622所指的晶片偶聯(lián)體上形成拱肋624。短畫線625代表在拱肋624形成時除去的物質(zhì)的量。下一步，通過使用標準光刻和蝕刻程序形成通路溝道628a，628b，由此產(chǎn)生626所指的晶片偶聯(lián)體。還有的偶聯(lián)體626的分步程序(未顯示)包括金屬軌道沉積，以電連接n+型摻雜層602和p+型表面層620，提供一個完成的光學(xué)裝置。
圖3所示的裝置200類似于圖2所示的裝置100，除了硅化鎢層202的沉積發(fā)生在晶片結(jié)合形成偶聯(lián)體之前。
顯示在圖7的框圖的程序被稱做“在絕緣體上粘合和深蝕刻硅(BESOI)”。它還沒有被用于現(xiàn)有工藝制造光學(xué)裝置以調(diào)制輻射。
現(xiàn)在來看圖8，這里顯示用以產(chǎn)生裝置200，300的微制造程序的分步框圖。
在生產(chǎn)裝置200，300時需要兩個拋光的低摻雜硅晶片，即第一晶片700和第二晶片702，其摻雜雜質(zhì)濃度小于1016原子cm-3。第二晶片702受到離子注入以形成n+型重摻雜層706在它的一面。層706包含濃度范圍在1018到1019的原子cm-3的摻雜雜質(zhì)。由此，晶片702變成層706，與低摻雜層704相接。然后，一個硅化鎢層708被用化學(xué)蒸汽沉積方法沉積在n+型摻雜層706。下一步，一個二氧化硅表面層710用用化學(xué)蒸汽沉積方法沉積在硅化鎢層708上。
之后，第一晶片700和第二晶片710在1100℃的高溫，濕氧和氮大氣環(huán)境下保持接觸60分鐘，如此被熱熔合在一起形成晶片偶聯(lián)體，用712代表。大氣環(huán)境是通過混合氧、氫和氮氣，它們在高溫條件下自發(fā)反應(yīng)，形成蒸汽、氧和氮混合氣體而形成的。偶聯(lián)體712然后被拋光形成薄的偶聯(lián)體，用714表示，在其上，第一晶片700被拋光以除去如短畫線所指的717物質(zhì)，形成薄層715。下一步，偶聯(lián)體714受到離子注入以形成重摻雜p+型表面層720，其雜質(zhì)濃度范圍在1018到1019的原子cm-3。由此產(chǎn)生718所指的晶片偶聯(lián)體。然后使用標準微制造光刻和干蝕刻程序，以蝕刻層715，720，在722所指的晶片偶聯(lián)體上形成拱肋724。短畫線725代表在拱肋724形成時除去的物質(zhì)量。下一步，通過使用標準光刻和蝕刻程序形成通路溝道728a，728b，由此產(chǎn)生726所指的晶片偶聯(lián)體。針對偶聯(lián)體726的進一步程序(未顯示)包括金屬軌道沉積，以電連接n+型摻雜層702和p+型表面層720，提供一個完成的光學(xué)裝置。
在通路溝道728a，728b上以及拱肋724下面的區(qū)域730采用了高濃度的摻雜，以增加它們的導(dǎo)電性，與裝置200的區(qū)域204和裝置300的區(qū)域320a，320b，320c相對應(yīng)。它們至少由下列之一形成(i)選擇性對形成于第二晶片702上時的n+型摻雜層706摻雜；及(ii)用摻雜物選擇性摻雜硅化鎢層708，然后安排摻雜物彌散進入n+型摻雜層706以選擇性摻雜它。
示意顯示在圖8的程序被稱做“在絕緣體上粘合和深蝕刻硅(BESOI)”。從現(xiàn)有工藝可知道，在硅化物層和硅層之間粘合需要高強力，因此，不要期望使用埋置硅化物層的光學(xué)裝置功能會可靠，或者甚至被制造。粘合的硅化物層因應(yīng)力所致的層離是由AcademicPress 1983 ISBN 0-12-511220-3的S.P Murarka著述的“超大規(guī)模集成電路中應(yīng)用的硅化物”一書中第50到59頁描述。因此埋置硅化物層目前還沒有被用在現(xiàn)有工藝光學(xué)裝置的制造中。在制造圖3和圖4所示的裝置200，300時，發(fā)現(xiàn)粘合硅化鎢層708到n+型摻雜層706和二氧化硅層710是可通過調(diào)整硅化鎢層708的stochiometric成分使其富含硅而得到增強。另外，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)通過選擇性蝕刻硅化物層708區(qū)域，即在將二氧化硅層710生長于其上前先使它定型，在硅化鎢層708到n+型摻雜層706和二氧化硅層710的粘合應(yīng)力可被減小。這種定型可包括周期性隔離溝道和孔，即空隙，在這些地方硅化物層708已經(jīng)被例如用離子銑削方法選擇性地蝕刻或腐蝕。另外，硅化物層708可定型使其結(jié)合成為隔離的硅化物島。
現(xiàn)在來看圖9，它顯示用以產(chǎn)生圖5的裝置400微制造程序的分步框圖。一個包含摻雜雜質(zhì)濃度小于1016原子cm-3的低摻雜硅晶片850受到磷摻雜植入以形成852所指的晶片，包含一個植入的n+型表面層854于其上。層854包含雜質(zhì)濃度范圍在1018到1019原子cm-3的雜質(zhì)。一個低摻雜硅晶片850被氧化形成一個1μm厚的二氧化硅表面層858于其上。一個溝道860使用標準微制造光刻和干蝕刻技術(shù)被蝕刻到二氧化硅層858里。一個摻雜的多晶硅n+型層862被沉積到二氧化硅層858，然后進入溝道860。一個外露的外表面層862被拋光成平面以形成864所指的晶片。晶片852，864通過表面層854接觸多晶硅n+型層862而緊靠。然后在1100℃的高溫，濕氧和氮大氣環(huán)境下被熱熔合在一起形成晶片偶聯(lián)體，用866表示。大氣環(huán)境是通過混合氧、氫和氮氣，它們在高溫條件下自發(fā)反應(yīng)，形成蒸汽、氧和氮混合氣體而形成的。偶聯(lián)體866然后被拋光，使包含其中的晶片856變薄，形成層868，其中的短畫線870代表拋光所除去的物質(zhì)的量，形成872所指的偶聯(lián)體。偶聯(lián)體872的層868受到硼摻雜植入形成摻雜的p+型表面層874，以提供876所指的晶片偶聯(lián)體。層868以雜質(zhì)濃度范圍在1018到1019的原子cm-3的硼雜質(zhì)摻雜。通過使用標準微制造光刻和干蝕刻技術(shù)，表面層874和層868除了形成拱肋880的區(qū)域以外的位置被深蝕刻(如878短畫線所指)，由此提供882所指的晶片偶聯(lián)體。兩個連接通路溝道884a，884b被勾劃外形，并被蝕刻穿通層858，868，提供886所指的晶片偶聯(lián)體。針對偶聯(lián)體886的進一步程序(未顯示)包括金屬軌道沉積，以電連接n+型摻雜層862和p+型表面層874，提供一個完成的光學(xué)裝置。
現(xiàn)在來看圖10，它顯示用以產(chǎn)生圖5的裝置500的微制造程序的分步框圖。兩個摻雜雜質(zhì)濃度小于1016原子cm-3的低摻雜硅即第一晶片950和第二晶片952，被氧化形成1μm厚的二氧化硅表面層954，956于它們的上面，分別形成958，959所指的晶片。然后，一個溝道960使用標準微制造光刻和干蝕刻技術(shù)被蝕刻到二氧化硅層956里。一個摻雜的多晶硅n+型層962被沉積到二氧化硅層956，然后進入溝道960。一個外露的外表面層962被拋光成平面形成964所指的晶片。晶片958，964通過表面層954接觸多晶硅n+型層962而緊靠。然后在1100℃的高溫，濕氧和氮大氣環(huán)境下保持接觸60分鐘，被熱熔合在一起形成晶片偶聯(lián)體，用966表示。大氣環(huán)境是通過混合氧、氫和氮氣，它們在高溫條件下自發(fā)反應(yīng)，形成蒸汽、氧和氮混合氣體而形成的。偶聯(lián)體966然后被拋光變薄，晶片952包含其中，形成層968，其中的短畫線970代表拋光所除去的物質(zhì)的量，形成972所指的偶聯(lián)體。偶聯(lián)體972的層968受到硼摻雜植入形成摻雜的p+型表面層974，以提供976所指的晶片偶聯(lián)體。層968以雜質(zhì)濃度范圍在1018到1019的原子cm-3的硼雜質(zhì)摻雜。通過使用標準微制造光刻和干蝕刻技術(shù)，表面層974和層968除了形成拱肋980的區(qū)域以外的位置被深蝕刻到978短畫線所指，由此提供982所指的晶片偶聯(lián)體。兩個連接的溝道956a，984b被勾劃外形，并被蝕刻穿通層956，968，提供986所指的晶片偶聯(lián)體。偶聯(lián)體986的進一步程序(未顯示)包括金屬軌道沉積，以電連接n+型摻雜層962和p+型表面層974，提供一個完成的光學(xué)裝置。
在圖10中，一個熔合面被提供在摻雜多晶硅n+型層962和二氧化硅表面層954之間。在另一種制造裝置500的微制造程序中，表面層954可以被沉積到n+型層962上，而不是沉積到第一晶片950上，由此，熔合面被提供在表面層954和第一晶片950之間。
用外延技術(shù)制造圖3到6所示的裝置200，300，400，500是不可行的。硅化鎢層202，306，多晶硅層402，506和二氧化硅層304，504不是單晶體。結(jié)果，在所說的層202，304，306，402，504，506上的任何外延生長層也都不是單晶體。因此，以現(xiàn)有的層，外延生長單晶體層在其上用于制造拱肋108，314，408，512是不可行的。所以，顯示在圖7到10的程序是制造裝置200，300，400，500所必需的。
現(xiàn)在來看圖2到6，拱肋108，312，408，512可以被摻金以通過保證用復(fù)合快速除去電荷載體而增加裝置的運行頻帶寬度。作為摻金的替代措施，通過在那里形成作為復(fù)合位點的晶格缺陷，可以增加在拱肋108，312，408，512的電荷載體復(fù)合這樣的缺陷可以通過暴露拱肋108，312，408，512于高能激光、電子或氫離子束下引入。另外，拱肋108，312，408，512可以被暴露于中子束下引入此缺陷。
在圖2到6，摻雜型可以被調(diào)換，即，n+型摻雜和p+型摻雜區(qū)域分別變成p+型區(qū)域和n+型區(qū)域，提供本發(fā)明的另一種光學(xué)裝置。這樣做除了在注入電荷載體于拱肋108，312，408，512時需要的施加電位的電極相反以外，不影響它們的運行模式。盡管上面描述了在1100℃下晶片的熱粘合，在800℃到1200℃范圍的溫度下都可達到滿意的粘合。盡管上面描述了在暫定的濕氧和氮的大氣環(huán)境下，可以改善粘合強度，但對于在晶片之間達到熱粘合不是必須的。這個粘合足夠承受更高的高溫處理步驟，例如，在電子電路集成于晶片上所必須的步驟。其它粘合方法，例如熔化粘合也可替代熱粘合，被用在制造裝置中。
電子電路可與裝置100，200，300，400，500單塊集成。這些電路可包括，例如，緩沖放大器和邏輯門。電路可以在拱肋108，312，408，512，624，724，880，980成型后制造?；蛘撸娐芬部梢栽诠袄?08，312，408，512，624，724，880，980成型前制造，并且可以以蝕刻時保護拱肋一樣的方式加以保護，以避免被蝕刻，例如，采用可以使用濺鍍、等離子體蝕刻或濕化學(xué)蝕刻等這類后面的處理過程除去的抗蝕膜層或金屬罩層。
盡管拱肋108，312，408，512，624，724，880，980包含的摻雜雜質(zhì)濃度小于1016原子cm-3，雜質(zhì)濃度可以增加到1016原子cm-3以上，結(jié)果，裝置100，200，300，400，500內(nèi)的輻射吸收也相應(yīng)地增加。
盡管圖2到6的光學(xué)裝置100，200，300，400，500是基于硅半導(dǎo)體技術(shù)，它們也可以用III-V半導(dǎo)體材料的晶片粘合技術(shù)制造。
盡管圖7到10顯示了單光學(xué)裝置的制造，也可以在晶片600，604，700，702，850，856，950，952上同時制造許多裝置。這樣制造的裝置可以用切割或鋸開偶聯(lián)體626，726，886，986而彼此分開，如此，所說的裝置包含被粘合在一起的晶片600，604，700，702，850，856，950，952。另外，裝置100，200，300，400，500的陣列可以在晶片偶聯(lián)體上被制造，用以提供一個相控陣列裝置。
盡管裝置100，200，300，400，500用以調(diào)制輻射，在另一些類型的半導(dǎo)體光學(xué)裝置(例如，高能固態(tài)激光)中使用高導(dǎo)電性埋層(例如金屬硅化物埋層)可供提供一個電通路，以減少施加偏電壓于所說的裝置時的串聯(lián)電阻。
權(quán)利要求
1.一個光學(xué)裝置，具有一個活性區(qū)域(108；312；408；512)用以輻射傳播，及一個注入裝置(110；202；204；410；514；520)用以注入電荷載體于活性區(qū)域，其特征在于注入裝置在連接的晶片偶聯(lián)體的兩個晶片元件之間包含有高導(dǎo)電性埋層(104；202；306；308；402；506)，并且，光學(xué)裝置還包括集聚元件(204；414)，安置于埋層和活性區(qū)域之間，用以在活性區(qū)域集聚電荷載體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其特征在于集聚元件(414)是埋層(402)的一個突出穿過絕緣層(404)的區(qū)域，伸展于裝置的部件之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的裝置，其特征在于埋層是一個多晶硅層(402)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的裝置，其特征在于多晶硅層(402)包含雜質(zhì)濃度范圍在1018到1019的原子cm-3。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其特征在于集聚元件是一個化學(xué)成分不同于埋層(202)的高摻雜區(qū)域(204)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或5的裝置，其特征在于埋層是一個金屬硅化物層(202)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的裝置，其特征在于埋層(202)是一個硅化鎢層。
8.根據(jù)權(quán)利要求6的裝置，其特征在于埋層(202)是硅化鉭層，硅化鈷層和硅化鈦層的任意一種。
9.根據(jù)權(quán)利要求5的裝置，其特征在于高摻雜區(qū)域(204)和埋層(202)共享一個相似的摻雜雜質(zhì)，提供前者導(dǎo)電性。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的裝置，其特征在于摻雜雜質(zhì)可以從埋層(202)熱彌散到高摻雜區(qū)域(204)。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10的裝置，其特征在于高摻雜區(qū)域的摻雜雜質(zhì)濃度范圍在1018到1019的原子cm-3。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其特征在于埋層(708)包含晶片偶聯(lián)體(714)材料的化學(xué)元素。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的裝置，其特征在于埋層(202；708)是金屬硅化物，晶片偶聯(lián)體材料是硅。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其特征在于它包含一個電介質(zhì)絕緣層(304；504)，用于使活性區(qū)域，埋層，注入元件和集聚元件與裝置的其它元件電隔離。
15.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其特征在于活性區(qū)域包含的摻雜雜質(zhì)濃度小于1016的原子cm-3。
16.根據(jù)權(quán)利要求1的光學(xué)裝置，其特征在于活性區(qū)域(108；312；407；512)提供輻射波導(dǎo)元件，其折射率可被注入元件調(diào)節(jié)。
17.根據(jù)權(quán)利要求1的光學(xué)裝置，其特征在于晶片偶聯(lián)體中之一的晶片元件提供活性區(qū)域。
18.根據(jù)權(quán)利要求1的光學(xué)裝置，其特征在于集聚元件包括第一電極(110)，安置于活性區(qū)域的一面，和第二電極(204)安置于另一面。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的光學(xué)裝置，其特征在于第一電極位于活性區(qū)域(108)和絕緣層(102)之間。
20.根據(jù)權(quán)利要求1的光學(xué)裝置，其特征在于活性區(qū)域提供輻射波導(dǎo)元件，及注入元件被安排通過注入電荷載體大部分進入輻射主要傳播的區(qū)域，來調(diào)制波導(dǎo)元件的折射率。
21.根據(jù)權(quán)利要求1的光學(xué)裝置，其特征在于埋層(202)具有一個小于1.5μΩm的電阻系數(shù)。
22.根據(jù)權(quán)利要求1的光學(xué)裝置，其特征在于埋層(202)具有一個小于7.5Ω每平方的電阻系數(shù)。
23.根據(jù)權(quán)利要求1，21，或22的光學(xué)裝置，其特征在于埋層至少包括孔穴，島和溝道之一，用以釋放在埋層和粘合于埋層上的層之間的壓力。
24.根據(jù)權(quán)利要求1的光學(xué)裝置，其特征在于活性區(qū)域至少包括下列之一(i)摻金；及(ii)人工晶格缺陷，用于縮短載體壽命及增加那里的復(fù)合位點密度。
25.一個制造光學(xué)裝置的方法包括下列步驟(a)提供第一和第二晶片元件(700，702，850，856)；(b)提供具有層結(jié)構(gòu)(706，708，710，854，862，858)的晶片元件，以限定注入電荷載體進入輻射傳播的活性區(qū)域的注入元件；(c)使晶片元件之一具有金屬硅化物層(708)或多晶硅層(862)，以提供注入元件；(d)粘合晶片元件形成晶片偶聯(lián)體(714；866)，金屬硅化物層或多晶硅層埋于其中；及(e)處理偶聯(lián)體(714；866)以限定活性裝置區(qū)域。
26.根據(jù)權(quán)利要求25的方法，其特征在于在步驟(b)，結(jié)構(gòu)層是一個具有氣孔(860)的絕緣層(858)，及在步驟(c)，注入元件伸展穿過氣孔(860)。
27.根據(jù)權(quán)利要求25的方法，其特征在于硅化物層的成分是硅化鎢層。
28.根據(jù)權(quán)利要求25的方法，其特征在于在步驟(d)，晶片元件通過使它們互相接觸一定時間，并在此時期內(nèi)加熱到800℃到1200℃溫度范圍，使它們熱粘合。
29.根據(jù)權(quán)利要求25的方法，其特征在于硅化物層(708)被從此層彌散到臨近層(706)的摻雜雜質(zhì)選擇性摻雜，由此限定一個導(dǎo)電區(qū)域(320b；703)，以集聚電荷載體注入到裝置的活性區(qū)域(324；724)。
30.根據(jù)權(quán)利要求25的方法，其特征在于裝置的活性區(qū)域至少是摻金或受輻照之一，以增加那里的電荷載體復(fù)合位點密度。
31.根據(jù)權(quán)利要求25的方法，其特征在于至少孔穴，島和溝道之一被形成于金屬硅化物層，用以釋放此層和粘合于此層上的層之間的壓力。
32.一個裝置，其特征在于它是根據(jù)權(quán)利要求25的方法制造的。
33.一個光學(xué)裝置，其特征在于它包括一個埋層，用于提供施加電偏壓于裝置的導(dǎo)電通路，所說的埋層具有一個小于1.5μΩm的電阻系數(shù)。
34.一個光學(xué)裝置，其特征在于它包括一個埋層，用于提供施加電偏壓于裝置的導(dǎo)電通路，所說的埋層具有一個小于7.5Ω每平方的表面電阻率。
全文摘要
一個光學(xué)裝置(300)包括由晶片粘合形成的多層結(jié)構(gòu),依次包括二氧化硅層(304),埋置硅化物層(306),接觸層(308)和硅表面層(310)。表面層(310)被選擇性蝕刻形成外露拱肋(312)。拱肋(312)的上表面被摻雜,沿該表面形成延長型電極(314)。表面層(310)在遠離拱肋(312)的區(qū)域被選擇性蝕刻到接觸層(308),形成通路溝道(316a,316vb),用以與接觸層(308)電連接。拱肋(312)構(gòu)成輻射沿其傳播的波導(dǎo)。當電極(314)相對于接觸層(308)被偏置時,電荷載體被注入拱肋(312),并在輻射沿拱肋(312)主要傳播的中心區(qū)域(324)引起折射率變化。硅化物層(306)提供一個有效的電流導(dǎo)電通路以注入載體,從而提供增強的裝置工作頻帶寬度和減小的能量損耗。
文檔編號G02F1/025GK1257586SQ9880528
公開日2000年6月21日 申請日期1998年2月24日 優(yōu)先權(quán)日1997年3月20日
發(fā)明者R·J·博澤特, V·納亞 申請人:英國國防部