混雜mos光調(diào)制器的制造方法
【專利說明】混雜MOS光調(diào)制器
【背景技術(shù)】
[0001] 在光發(fā)射機(jī)中，光調(diào)制器被用來調(diào)制具有模擬或數(shù)字信號(hào)的光學(xué)載波（光束）W 用于通過光纖傳輸。一種典型的基于波分復(fù)用的光發(fā)射機(jī)利用各自W不同波長操作的若 干激光來產(chǎn)生若干不同的光學(xué)載波。每一載波穿過其自身的光調(diào)制器，在其中用待傳輸?shù)?信號(hào)對(duì)其進(jìn)行調(diào)制。然后，經(jīng)調(diào)制的載波通過光復(fù)用器進(jìn)入到用于傳輸?shù)墓饫w中。作為一 些有吸引力的娃基光調(diào)制器設(shè)計(jì)之一，娃M0S電容器鄰接于娃光波導(dǎo)。穿過電容器施加的 信號(hào)感應(yīng)電容器中央附近的電荷累積。該種電荷累積改變了光波導(dǎo)的折射率及其傳輸損 耗。折射率的改變導(dǎo)致通過波導(dǎo)傳播的光束中的相移，從而對(duì)光進(jìn)行相位調(diào)制。當(dāng)在諸如 馬赫-曾德爾干設(shè)儀（MZI)、環(huán)狀諧振器或法布里-巧羅（F巧諧振器之類的光波導(dǎo)組件中 利用相移時(shí)，光波導(dǎo)組件將光學(xué)相移轉(zhuǎn)變?yōu)楣夤β首兓琖實(shí)現(xiàn)光強(qiáng)度調(diào)制。當(dāng)模擬或恒定 光功率降低是為了替代將電信號(hào)編碼為光信號(hào)時(shí)，光調(diào)制器可被用作光衰減器。
【附圖說明】
[0002] 附圖不是按比例繪制的。其通過舉例說明本文公開的內(nèi)容。
[000引圖1是混雜M0S光調(diào)制器的實(shí)例的俯視圖。
[0004] 圖2是圖1的光調(diào)制器沿線2-2的截面圖。
[000引圖3是包括法布里-巧羅諧振器的混雜M0S光調(diào)制器的實(shí)例的俯視圖。
[0006] 圖4是馬赫-曾德爾干設(shè)儀中的混雜M0S光調(diào)制器的實(shí)例的俯視圖。
[0007] 圖5是混雜M0S環(huán)狀-諧振器光調(diào)制器的實(shí)例的透視圖。
[000引圖6是圖5中示出的調(diào)制器的俯視圖。
[0009] 圖7示出了針對(duì)折射率變化An,ff(左側(cè)軸）作圖和吸收損失變化Aa(右側(cè)軸） 作圖的載流子濃度（電子為e-，空穴為h+)之間的關(guān)系。
[0010] 圖8示出了在所施加功率的影響下混雜M0S光調(diào)制器中載流子濃度的實(shí)例。
[0011] 圖9A-圖9H是制造混雜M0S光調(diào)制器的實(shí)例的截面圖。
[001引圖10A-圖10C是在混雜M0S光調(diào)制器上安裝觸點(diǎn)的實(shí)例的截面圖。
[001引圖11是環(huán)狀諧振器混雜M0S調(diào)制器的實(shí)例的截面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014] 在附圖和本說明書中使用了示例性實(shí)例和細(xì)節(jié)描述，但也可W存在其他構(gòu)造并且 容易想到。諸如電壓、溫度、尺寸和分量值的參數(shù)為近似值。關(guān)于取向的術(shù)語，例如上、下、 頂和底僅僅是為了便于說明組件相對(duì)于彼此之間的空間關(guān)系而使用，除非另外說明，相對(duì) 于外部軸的取向并不是決定性的。為了清楚起見，沒有詳細(xì)描述一些已知方法和結(jié)構(gòu)。權(quán) 利要求中所限定的方法可W包括除權(quán)利要求中所列步驟之外的步驟，除了權(quán)利要求書本身 中提到的順序，該步驟可W不同于給定順序的其他順序進(jìn)行。因此，只有權(quán)利要求書構(gòu)成限 定，附圖和本說明書不構(gòu)成限制。
[00巧]光調(diào)制器利用多晶娃M0S電容器來調(diào)制光學(xué)載波。多晶娃中具有明顯的材料損 耗。如果滲雜多晶娃來降低其電阻，則會(huì)引入額外的自由載流子光損耗。多晶娃的載流子 遷移率也低。需要更有效的光調(diào)制器。
[0016] 圖1和圖2給出了在半導(dǎo)體基板100(在本例中為娃）上形成的混雜MOS光調(diào)制器 的實(shí)例。光調(diào)制器包括光波導(dǎo)102、包含第一材料并且在該光波導(dǎo)102上形成的陰極104、 W及包含不同于第一材料的第二材料并且在該光波導(dǎo)102中形成的陽極106。陽極鄰接于 陰極。在陽極和陰極之間限定電容器。
[0017] 在一些實(shí)例中，基板100包含在底層108上生長的氧化物。在基板100上形成娃 器件層110。溝槽112將器件層分成兩部分114和116。第一部分114包含陽極106。光 波導(dǎo)102在陽極106中形成。在本例中，陰極104包含III-V材料層，其被整合于第二部分 116。陰極104可W通過沉積、晶片鍵合、整體式生長、或其他制造技術(shù)來形成。在陰極104 和陽極106之間限定MOS電容器。
[001引在陰極104和陽極106之間形成薄介電質(zhì)118。該介電質(zhì)118可W是陰極或陽極 或二者的本征氧化物，或者外部介電質(zhì)材料如高-k介電質(zhì)或聚合物，其能夠通過沉積、氧 化、晶片鍵合或其他介電質(zhì)涂覆方法來形成。
[0019] 陰極104可W包含負(fù)滲雜的娃，陽極106可W包含正滲雜的娃。電極120位于陰 極104上，電極122位于陽極106上。當(dāng)在電極之間施加電壓時(shí)，在介電質(zhì)120周圍會(huì)發(fā)生 載流子累積、消耗或反轉(zhuǎn)。由于電容器區(qū)域與光波導(dǎo)交疊，因此載流子濃度變化導(dǎo)致波導(dǎo)模 折射率變化和傳播損耗。能夠?qū)崿F(xiàn)光強(qiáng)度調(diào)制和衰減。
[0020] 圖3中示出了在其光波中包括導(dǎo)法布里-巧羅諧振器的光調(diào)制器的實(shí)例。除了光 波導(dǎo)之外，圖3中所示的光調(diào)制器的組件與圖1和圖2中所示的那些類似。該些組件具有相 同的編號(hào)并且不再進(jìn)一步討論。陽極106和陰極104鄰接于光波導(dǎo)300。W-定距離在光 波導(dǎo)300中形成多個(gè)部分反射體302和304,在多個(gè)反射器之間限定光波導(dǎo)中的法布里-巧 羅諧振器306。除了傳統(tǒng)的平面內(nèi)波導(dǎo)情況之外，相同的概念還可適用于垂直于晶片表面的 光傳播方向（即，波導(dǎo)取向）。
[0021] 圖4中示出了作為馬赫-曾德爾干設(shè)儀的一部分形成的光調(diào)制器的實(shí)例。除了光 波導(dǎo)之外，圖4中所示的光調(diào)制器的組件類似于圖1和圖2中所示的那些；該些組件具有 相同的標(biāo)號(hào)，并且將不對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步討論。在圖4所示的光調(diào)制器中，陽極106包含位于 陰極相對(duì)側(cè)上的第一和第二陽極106A和106B。在本例中，陰極在第一和第二區(qū)段104A和 104B中形成，而在其他實(shí)例中，僅使用單個(gè)陰極。光波導(dǎo)400包含第一和第二臂402和404， 并且如上文所述混雜MOS光調(diào)制器可W如圖4中所示在臂404中形成，或者可根據(jù)需要在 兩個(gè)臂中形成。
[0022] 圖5和圖6給出了環(huán)狀諧振器光調(diào)制器的實(shí)例。類似于已經(jīng)討論過的實(shí)例，本實(shí) 例在基板（未示出）上形成。娃器件層在氧化物上形成。環(huán)狀溝槽500將娃器件層分為第 一和第二部分。第一部分限定了環(huán)形陽極502。第二部分限定了位于陰極下方并且為圓柱 形的娃層504。波導(dǎo)506在陽極502中形成。陰極508由不同于陽極的材料制成，其被整合 于娃層504。橫跨陰極和陽極之間的邊界501限定MOS電容器。陽極部分為環(huán)形且部分環(huán) 繞陰極。
[0023] 如前述實(shí)施例中，在陰極和陽極之間的邊界處形成氧化物512的薄層。該氧化物 形成MOS電容器的介電層。電極514在陰極上，電極516在陽極上。
[0024] 圖7示出了針對(duì)折射率變化An,ff(左側(cè)軸）作圖和吸收損失變化Aa(右側(cè)軸） 作圖的載流子濃度（電子為e-，空穴為h+)之間的關(guān)系。
[0025] 圖8給出了與AC信號(hào)源802串聯(lián)連接的DC電源800的實(shí)例。該AC信號(hào)源802 提供了調(diào)制信號(hào)，光波導(dǎo)102中的光束利用該調(diào)制信號(hào)被調(diào)制。DC信號(hào)源800具有連接于 陰極電極120的負(fù)極端子和通過AC信號(hào)源802連接于陽極電極122的正極端子。該導(dǎo)致 負(fù)電荷從陰極104向波導(dǎo)側(cè)遷移，而正電荷（"空穴"）從陽極106通過本征娃的波導(dǎo)部分 106向波導(dǎo)102的相對(duì)側(cè)遷移。在其他實(shí)例中，源800和802可W并聯(lián)，或者DC電源的極性 可W反轉(zhuǎn)，或者可W省略該些源之一。
[0026] MOS電容器在III-V材料和本征娃的下層電容器部分之間的邊界處形成。在一些 實(shí)例中，在該邊界處天然形成非常薄的大約幾納米厚的娃層和III-V氧化物并且起到電容 器的介電質(zhì)的作用。在一些實(shí)例中，沒有采取特別的步驟來促進(jìn)該氧化物的形成。在其他 實(shí)例中，可W刺激氧化物形成，例如通過升高溫度、