專利名稱：光導(dǎo)區(qū)域間的隔離裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在集成光學(xué)電路區(qū)域間提供光和電隔離的隔離裝置。
背景技術(shù)：
已知集成光學(xué)電路的兩個(gè)光導(dǎo)區(qū)域相互隔離由兩個(gè)區(qū)域間的溝槽來提供。如果溝槽是空的，光學(xué)隔離是由在光導(dǎo)區(qū)域和溝槽間分界面的雜散光的反射來提供。優(yōu)選用光吸收材料填充溝槽的方式代替吸收雜散光，但可能有降低兩個(gè)光導(dǎo)區(qū)域間電隔離的趨勢(shì)。
通過在光學(xué)芯片的選擇區(qū)域中加入摻雜劑來吸收雜散光也是已知的，例如，WO-A-99/28772描述的內(nèi)容，在此引用其作為參考。
本發(fā)明的目的是提供一種提供光和電隔離的裝置的可選擇方式。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，提供一種在集成光學(xué)芯片的兩個(gè)光導(dǎo)區(qū)域間提供光和電隔離的隔離裝置，所述集成光學(xué)芯片包括第一延伸區(qū)，其摻雜了第一摻雜材料，沿芯片橫向延伸；第二延伸區(qū)，其在第一延伸區(qū)的一側(cè)，沿芯片橫向延伸；和第三延伸區(qū)，其在第一延伸區(qū)相對(duì)側(cè)，沿芯片橫向延伸；第二和第三延伸區(qū)被摻雜了與第一參雜材料極性相反的第二摻雜材料；因此，在第二和第一延伸區(qū)之間形成第一二極管，在第一和第三延伸區(qū)之間形成第二二極管，第一和第二二極管以相反極性串聯(lián)。
本發(fā)明優(yōu)選的和可選擇的特征將在下面說明書和說明書的附加權(quán)利要求中體現(xiàn)。


本發(fā)明現(xiàn)將僅通過舉例、參考附圖來進(jìn)一步描述。
圖1是本發(fā)明第一實(shí)施例的裝置的示意橫截面圖。
圖2是本發(fā)明另一實(shí)施例的裝置的示意橫截面圖。
圖3是如圖1和圖2所示的可變光學(xué)衰減器混合裝置的示意平面圖。
圖4是本發(fā)明又一實(shí)施例的裝置的示意橫截面圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1和圖2所示的含有一個(gè)在硅隔離(SOI)芯片的硅層中形成的N-P-N結(jié)的裝置，包括被隔離層3(如二氧化硅)隔離的硅層1和基片2(可能也是硅)。
通常硅層1是本征的，也就是沒有n或p的添加，盡管實(shí)際上往往含有非常少量的p摻雜劑。圖1示出了硅層1的第一和第二區(qū)域1A和1B，其被一個(gè)n-p-n結(jié)隔離。所述n-p-n結(jié)包括一個(gè)延伸p摻雜區(qū)4、一個(gè)在p摻雜區(qū)4一側(cè)的第一延伸n摻雜區(qū)5和一個(gè)在p摻雜區(qū)4相對(duì)側(cè)的第二延伸n摻雜區(qū)6。因此區(qū)域4和區(qū)域5形成第一pn結(jié)，區(qū)域4和區(qū)域6形成第二pn結(jié)，兩個(gè)pn結(jié)以相反極性串聯(lián)(通過共同的p摻雜區(qū)4)。眾所周知，電流正向偏置通過pn結(jié)，但反向偏置不能通過pn結(jié)。因此，既使在第一區(qū)域1A和第二區(qū)域1B之間存在電位差，沒有電流能流過區(qū)域4、5和6，因?yàn)槲徊罘聪蚱迷谄渲械囊粋€(gè)pn結(jié)上。這樣，n-p-n結(jié)將第一區(qū)域1A與第二區(qū)域1B電隔離，而且，提供給區(qū)域4、5和6中的摻雜劑既吸收要經(jīng)過區(qū)域1A到區(qū)域1B的雜散光，也吸收反方向的雜散光，因而n-p-n結(jié)也有效地將區(qū)域1A和區(qū)域1B光隔離。
如圖1所示，p摻雜區(qū)4和n摻雜區(qū)5和6優(yōu)選向氧化層3(其是非導(dǎo)電的)延伸，因此，從區(qū)域1A向區(qū)域1B延伸沒有不摻雜硅的路徑。
摻雜區(qū)4、5和6可用各種已知的方法制作，包括離子植入和/或在摻雜劑上的散射，也可采取不同于圖1所示的方式。每個(gè)摻雜區(qū)5和6顯示出與摻雜區(qū)4相鄰，因此它們之間沒有不摻雜的硅區(qū)域?？蛇x擇地，相鄰的區(qū)域可以有一些重疊(如圖2所示)，這種布置適用在施加的較低電壓，如5V，并要求緊湊布局的情況。
圖2表示一種裝置的可選擇形式，其中溝槽7首先在硅層1上被蝕刻，先于n-p-n結(jié)的形成。保留在溝槽7底部的硅層較淺，使得通過氧化層3形成摻雜區(qū)4、5和6更容易。
圖2表示在摻雜區(qū)4、5和6下面保留的薄硅層，如上所述，摻雜區(qū)4、5和6優(yōu)選通過硅層的整個(gè)深度延伸到氧化區(qū)3。
在典型的SOI芯片中，硅層1有4-8微米的厚度(從芯片表面到氧化層3)，溝槽7優(yōu)選蝕刻到離底部的硅層大約2.6微米厚度的一個(gè)深度。
溝槽7可蝕刻到更深，或進(jìn)一步將溝槽蝕刻到底部，以減小硅層保留厚度，只要硅保留層有足夠的厚度，能在其中形成摻雜區(qū)4、5和6即可。然而，實(shí)際上溝槽可以在芯片上其它蝕刻特征—如p-i-n二極管(見下面)同時(shí)形成，因此受制于這些特征的最小厚度要求，其典型地可能是1微米。
溝槽7的深度，或在其中形成n-p-n結(jié)的硅層厚度，在裝置橫向不需要一致。
如上面描述的隔離裝置，可用于在集成光學(xué)電路的選擇部分之間提供光和電隔離，尤其可用于相鄰的光波導(dǎo)之間的隔離。例如，一個(gè)可變光學(xué)衰減器(VOA)可包括40或更多的波道，可以包括在硅層上形成的相互間隔大約250微米隔開的脊形光波導(dǎo)陣列。圖3表示VOA的部分平面圖，所述VOA包括若干沿芯片9橫向延伸的脊形光波導(dǎo)8，錐形截面8A設(shè)置在光波導(dǎo)的每個(gè)末端使其容易與光纖(未示出)低損耗耦合。例如，錐形截面8A可以是如US6 108478所述的那樣。設(shè)置在各波導(dǎo)8上的衰減裝置10提供波導(dǎo)8運(yùn)載的光信號(hào)的不同衰減。例如，衰減裝置可包括一個(gè)或多個(gè)如US 5 757 986或未審定申請(qǐng)?zhí)枮镚B 0019771.5(公開號(hào)為……)描述的p-i-n二極管調(diào)制器。含有上面描述的n-p-n結(jié)的隔離裝置11，設(shè)置在每對(duì)光波導(dǎo)8之間，以便在相鄰的光波導(dǎo)以及和它們關(guān)聯(lián)的衰減裝置10之間提供光和電隔離。裝置示出了包括在p摻雜區(qū)11B兩側(cè)的n摻雜區(qū)11A，如圖1和圖2描述。
又一實(shí)施例中，尤其是要求高壓電隔離，如超過90V，p型和n型區(qū)域優(yōu)選被相關(guān)的未摻雜區(qū)或本征區(qū)隔離。圖4表示了這樣一種裝置，其中，首先在硅層1蝕刻溝槽7A，先于被本征區(qū)12隔離的n型和p型區(qū)域5A，6A和4A的形成，因此形成n-i-p-i-n結(jié)。如前面所述，n型和p型摻雜區(qū)優(yōu)選通過整個(gè)硅層的深度延伸到氧化層3，以防止穿過區(qū)域1A和區(qū)域1B間的結(jié)的電流泄漏。由于在p型和n型區(qū)域間摻雜濃度梯度減緩，以及它們之間的本征區(qū)12，n-i-p-i-n排列提供更好的反向擊穿特性。
圖4也表示了p-i-n二極管衰減裝置10的橫截面，如上所述，其在n-i-p-i-n結(jié)的一側(cè)。
如上面所述的在相鄰光波導(dǎo)間的隔離裝置的構(gòu)造，很大程度上降低了波道間的串音，所述波道間的串音或者由通過一個(gè)光波導(dǎo)穿到另一波導(dǎo)的雜散光引起的，或者由施加于一個(gè)光波導(dǎo)上的衰減器10的電信號(hào)影響相鄰波導(dǎo)上的衰減器10引起的。
典型地，如圖1、圖2或圖4所示的裝置有一寬度(如n-p-n或(n-i-p-i-n)結(jié)的寬度)，范圍在20到50微米。n-p-n(或n-i-p-i-n)結(jié)是由沿光學(xué)裝置橫向延伸需要距離的延伸區(qū)4、5和6形成的。例如，上面提及的一個(gè)VOA的例子中，它們可延伸整個(gè)芯片的長度(如圖3所示)，可以是20mm或更大的距離。
眾所周知，類似的n-p-n(或n-i-p-i-n)結(jié)可以形成在其它類型的芯片中，以將一種材料與另一種光和電隔離，如III/V材料系統(tǒng)或其它的半導(dǎo)體材料。
一個(gè)p-n-p(或p-i-n-i-p)結(jié)可用于代替已描述的n-p-n(或n-i-p-i-n)，如果名義上的本征硅層1只是少許摻雜n，將被優(yōu)選。
典型地，p型摻雜劑可包括至少在1018cm-3的摻雜水平的硼，例如，在1018到1020cm-3的范圍內(nèi)，或更高。
典型地，n型摻雜劑可包括至少在1018cm-3的摻雜水平的磷，例如，在1018到1020cm-3的范圍內(nèi)，或更高。
盡管摻雜劑濃度優(yōu)選沿延伸的摻雜區(qū)的長度方向是基本一致的，實(shí)際上，可以有一些變化。
權(quán)利要求
1.根據(jù)本發(fā)明，提供一種在集成光學(xué)芯片的兩個(gè)光導(dǎo)區(qū)域間提供光和電隔離的隔離裝置，所述集成光學(xué)芯片包括第一延伸區(qū)，其摻雜了第一摻雜材料，沿芯片橫向延伸；第二延伸區(qū)，其在第一延伸區(qū)的一側(cè)，沿芯片橫向延伸；和第三延伸區(qū)，其在第一延伸區(qū)相對(duì)側(cè)，沿芯片橫向延伸；第二和第三延伸區(qū)被摻雜了與第一參雜材料極性相反的第二摻雜材料；因此，在第二和第一延伸區(qū)之間形成第一二極管，在第一和第三延伸區(qū)之間形成第二二極管，第一和第二二極管以相反極性串聯(lián)。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，包括一形成在非導(dǎo)電層上的光導(dǎo)層，第一、第二和第三摻雜區(qū)從光導(dǎo)層延伸到非導(dǎo)電層。
3.如權(quán)利要求1或2所述的裝置，其形成在光學(xué)芯片表面的溝槽底部。
4.如權(quán)利要求1、2或3所述的裝置，其中，第二、第一和第三延伸區(qū)形成一個(gè)n-p-n結(jié)。
5.一種如前面所述權(quán)利要求的任一項(xiàng)的裝置，其中，通過一個(gè)相對(duì)未摻雜區(qū)，將第一延伸區(qū)與第二延伸區(qū)和第三延伸區(qū)分別隔離。
6.一種如前面所述權(quán)利要求的任一項(xiàng)的裝置，其形成在硅隔離芯片上，所述芯片包括通過隔離材料層與基片層隔開的硅層。
7.如權(quán)利要求6所述的裝置，其形成在硅層上的兩脊形光波導(dǎo)之間。
8.一種實(shí)際上如前面所述的、參考附圖中的圖1和/或圖2和/或圖3和/或這些附圖所示的隔離裝置。
9.一種光學(xué)裝置，包括一個(gè)如權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)提供在相鄰光波導(dǎo)間的裝置的光波導(dǎo)陣列。
10.一種實(shí)際上如前面所述的參考附圖中的圖3和/或如該圖所示的光學(xué)裝置。
全文摘要
一種隔離裝置，在如集成光學(xué)芯片平行光波導(dǎo)的光導(dǎo)區(qū)域(1A，1B)之間提供光和電隔離。包括摻雜著第一摻雜材料(p+)的第一延伸區(qū)域(4)；第二延伸區(qū)域(5)，其在第一延伸區(qū)域(4)的一側(cè)；和第三延伸區(qū)域(6)，其在第一延伸區(qū)域(4)的相對(duì)側(cè)；第二和第三摻雜區(qū)域(5，6)參雜了與第一摻雜材料(p+)相反極性的第二摻雜材料(n+)，因而在第二和第一延伸區(qū)域(5，4)之間形成第一二極管，在第一和第三延伸區(qū)域(4，6)之間形成第二二極管；第一和第二二極管在所述的光導(dǎo)區(qū)域(1A，1B)之間以相以極性串聯(lián)。相對(duì)的二極管阻止電流通過，摻雜區(qū)域(4，5，6)吸收通過的光線。
文檔編號(hào)H01L21/761GK1461418SQ0181596
公開日2003年12月10日 申請(qǐng)日期2001年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2000年9月21日
發(fā)明者A·A·霍斯, G·F·霍佩爾, I·E·戴 申請(qǐng)人:布克哈姆技術(shù)公共有限公司