專利名稱：調制光學信號的方法和設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明總體涉及光學通信，更具體地涉及用于光學通信鏈路的調制器。
背景技術：
在任何光學通信鏈路中有三個主要的部件產生光的光源、對光 進行編碼的調制器和探測光的光電二極管。近來，硅已經被視為用于 光學通信鏈路的調制器中的材料，然而，直到今天，這種硅調制器仍 有突出的缺點，例如，大的器件覆蓋區(qū)和/或有限的調制帶寬及光學帶 寬。
圖1是示出常規(guī)的金屬氧化物半導體(MOS)電容器100的一 部分的剖視圖。具體來說，該電容器100包括第一硅層102和第二硅 層108，在第一珪層102和第二硅層108之間設置有柵極氧化物層104。 當改變硅的折射率時，例如，由于所施加的電壓所產生的表面電荷(出 現在下文總稱為"載流子106"的載流子106rl06n中)，在傳播通過電 容器100的光的光學模中引起相移。
例如，當(例如，通過積累或者反轉)產生表面電荷時，由于在 表面電荷區(qū)域(即，其中產生載流子106的區(qū)域)上的硅的材料折射 率減小，光學模的有效折射率降低。因為表面電荷區(qū)域的厚度非常薄 (例如，在數十個納米的范圍)，所以波導和表面電荷區(qū)域的光學模 之間的重疊非常小，從而導致波導模的有效折射率變化非常有限。因 此，為了引起足夠的累積相位變化，電容器100必須采用非常長的長 度。
因此，需要用于光學調制的方法和設備。

發(fā)明內容
本發(fā)明是用于光學調制(例如，用于光學通信鏈路中)的方法和
設備。在一個實施例中，用于光學調制的設備包括第一硅層，在其
中形成有一個或者多個溝槽；電介質層，作為第一硅層的襯里；第二 硅層，其設置在電介質層上并填充溝槽。


為了可以得到和詳細地理解本發(fā)明的上述實施例的方式，通過引 用附圖中所示的本發(fā)明的實施例，可以得到對上面概述的本發(fā)明的更 加詳細的描述。然而，應該注意，附圖僅僅示出本發(fā)明的典型實施例， 從而不應當被認為是對本發(fā)明的限制，因為本發(fā)明可以允許其它等同 有效的實施例。
圖1是示出傳統(tǒng)的金屬氧化物半導體(MOS)電容器的一部分
的剖視圖2是示出根據本發(fā)明的電容器的 一個實施例的剖視圖，該電容 器可以實施用于光學通信鏈路；
圖3是示出示于圖2中的電容器的一部分的剖視圖；以及
圖4是示出根據本發(fā)明的電容器的第二實施例的剖視圖，該電容 器可以實施用于光學通信鏈路。
為了幫助理解，盡可能地使用相似的參考標號表示附圖中共有的 相似元件。
具體實施例方式
在一個實施例中，本發(fā)明是用于光學調制的方法和設備。本發(fā)明 的實施例能夠通過提供放大的表面電荷區(qū)域(即，包括"水平"和"垂 直，，兩部分)來增強較小器件(調制器)覆蓋區(qū)內的光學限制。當與 高度限制的模態(tài)分布結合時，甚至可以進一步地減少調制器的覆蓋 區(qū)。
圖2是示出根據本發(fā)明的電容器200的一個實施例的剖視圖，該 電容器200可以實施用于光學通信鏈路。具體來說，電容器200可以 用于光學通信鏈路的調制器(例如，基于Mach-Zenhder干涉儀的調 制器)中。電容器200與圖1所示的電容器100共有一些相似性，并 且，該電容器200包括掩埋的氧化物層202、第一硅層204、電介質 層206和第二硅層216。
第一硅層204設置在掩埋的氧化物層202上。第一硅層204包括 形成在其中的一個或多個溝槽208^208n (下文總稱為"溝槽208")。 采用圖2的溝槽208,作為例子，每一個溝槽包括第一壁210、第二壁 212和第三壁214。第一壁210和第二壁212相互基本平行，而第三 壁214與第一壁210和第二壁212基本上垂直。
電介質層206設置在第一硅層204上。在一個實施例中，電介質 層206具有基本上鋸齒形或蜿蜒的橫截面(即，相對于光傳播通過電 容器200的方向)，從而電介質層206內襯(line)第一硅層204中 的溝槽208。因此，電介質層206可以凈皮視為包括"水平，，部分(即， 與掩埋的氧化物層202基本上平行的部分，例如，與該掩埋的氧化物 層202基本上平行的第三壁214和其它溝槽208的壁)和"垂直"部分 (即，與掩埋的氧化物層202基本上垂直的部分，例如，與該掩埋的 氧化物層202基本上垂直的第二壁212和其它溝槽208的壁)二者。
在一個實施例中，電介質層206包括厚度為t的材料層，該厚度 盡可能地薄，但是仍能夠支撐足以產生表面電荷的高電壓(例如，十 伏特)。因此，在一個實施例中，電介質層206的厚度t在幾個納米 至數十個納米的范圍內。在一個實施例中，電介質層206包含這樣的 材料，相對于第二硅層216而言，該材料具有低的折射率。在另一個 實施例中，電介質層206包含這樣的材料，該材料的折射率低于或近 似等于第二硅層216的折射率。在一個實施例中，電介質層206包含 柵極氧化物。在一個實施例中，電介質層206由下述材料中的至少一 種形成二氧化硅、硅氮化物或高k電介質(即，具有高介電常數的 物質)。
第二硅層216設置在電介質層206上，并且填充溝槽208，該溝 槽208用電介質層206內襯。因此，第二珪層216通過電介質層206
與第一硅層204分隔開。在一個實施例中，第一硅層204包含晶體硅， 而第二硅層216包含多晶硅。在另一個實施例中，第一硅層204和第 二硅層216都包含晶體硅。在一個實施例中，第一硅層204是n型摻 雜的，而第二硅層216是p型摻雜的。
在一個實施例中，電容器200還包括兩個氧化物層218i和2182 (下文總稱為"氧化物層218")，這兩個氧化物層橫向地設置在電介 質層206的每一側上。因此，與電介質層206 —樣，氧化物層218設 置在第一硅層204和第二硅層216之間。氧化物層218幫助維持光學 限制并防止傳播通過電容器200的光的光學場穿入接觸區(qū)域22(h和 2202 (下文總稱為"接觸區(qū)域220")。接觸區(qū)域220適合提供電壓給 電容器200，從而表面電荷(即，載流子222)積累在電介質層206 的兩側上。
圖3是示出示于圖2中的電容器200的一部分300的剖視圖。具 體來說，圖3示出與掩埋的氧化物層202"垂直地"或者基本上垂直地 設置的電介質層206的一部分(例如，溝槽208t的第一壁210或第二 壁212)。
在這種情況下，當假設第二硅層216包含其折射率從nsi下降到 ns的珪時，對于橫電(TE)模(即，x方向上的電場)而言，由于電 位移的連續(xù)性，電場幅度從Ex提高到f4)A。結果，限制在表面電荷
區(qū)域中的能量從^2,.《^增加到通過改變MOS結構的取向
(例如，從"水平"到"垂直")而實現的總增強因子是斗。
",
因此，電容器200允許增強較小覆蓋區(qū)內的光學限制。因為電介 質層206的蜿蜒橫截面產生放大的表面電荷區(qū)域(即，包括"水平"和 "垂直，，兩部分)，所以提高了表面電荷區(qū)域內的光學限制因子。這樣 導致載流子與傳播通過電容器200的光學模非常強烈地重疊。這樣重 疊又允許減少包含電容器200的調制器的長度。與電容器200中的高 度限制的模態(tài)分布和沿著電介質層206的垂直部分的兩側的表面電荷 區(qū)域中的TE模光的增強限制因子結合，甚至可以進一步地減少調制
器的覆蓋區(qū)。
圖4是示出根據本發(fā)明的電容器400的第二實施例的剖視圖，該 電容器400可以實施用于光學通信鏈路中。電容器400與示于圖2中 的電容器200共有一些相似性，并且，該電容器400包括掩埋的氧化 物層402、第一硅層404、電介質層406和第二硅層416。
第一硅層404設置在掩埋的氧化物層402上。第一硅層404包括 形成在其中的一個或多個溝槽408r408n (下文總稱為"溝槽408")。
電介質層406設置在第一硅層404上。在一個實施例中，電介質 層406具有基本上鋸齒形或蜿蜒的橫截面(即，相對于光傳播通過電 容器400的方向)，從而電介質層406內襯第一珪層404中的溝槽408。 在一個實施例中，電介質層406包括厚度為t的材料層，該厚度盡可 能地薄，但是仍能夠支撐足以產生表面電荷的高電壓(例如，十伏特)。 因此，在一個實施例中，電介質層406的厚度t在幾個納米至數十個 納米的范圍內。在一個實施例中，電介質層406包含這樣的材料，即 相對于第二硅層416而言，該材料具有低的折射率。在另一個實施例 中，電介質層406包含這樣的材料，該材料的折射率低于或近似等于 第二硅層416的折射率。在一個實施例中，電介質層406包含柵極氧 化物。在一個實施例中，電介質層406由下述材料中的至少一種形成 二氧化硅、硅氮化物或高k電介質(即，具有高介電常數的物質)。
第二硅層416設置在電介質層406上，并且填充溝槽408，該溝 槽408用電介質層406內襯。因此，第二珪層416通過電介質層406 與第一珪層404分隔開。在一個實施例中，第一硅層404包含晶體硅， 而第二硅層416包含多晶硅。在另一個實施例中，第一硅層404和第 二硅層416都包含晶體硅。在一個實施例中，第一硅層404是n型摻 雜的，而第二硅層416是未摻雜的。
在一個實施例中，電容器400還包括兩個氧化物層418i和4182 (下文總稱為"氧化物層418")，這兩個氧化物層橫向地設置在電介 質層406的每一側上。因此，與電介質層406 —才羊，氧化物層418i殳 置在第一硅層404和第二珪層416之間。氧化物層418幫助維持光學
限制并防止傳播通過電容器400的光的光學場穿入接觸區(qū)域42(^和 4202 (下文總稱為"接觸區(qū)域420")。接觸區(qū)域420適合提供電壓給 電容器400，從而表面電荷(即，栽流子422)積累在電介質層406 的兩側上。
另外，電容器400包括高度p型摻雜的材料薄層418,該薄層418 用電介質層406內襯，從而，該層418設置在電介質層406和第二硅 層416之間。在一個實施例中，層418包含p型摻雜的硅。因此，與 圖2中所示的電容器200不一樣，電容器400包括設置在非常薄的p 型摻雜的區(qū)域(即，層418)上的未摻雜的區(qū)域(即，第二硅層416)。 與電容器200相比較，這樣具有幾個優(yōu)點。第一，減少了光學損耗(即， 自由載流子吸收)。自由載流子吸收通常由p型摻雜區(qū)域產生，但是， 因為電容器400的p型摻雜區(qū)域非常薄，所以減少了光學損耗。第二， 由于高度p型摻雜的層218的電阻率低，電容器400將表面電荷更加 均勻地分布在"水平，，和"垂直，，兩部分上。因此，電荷區(qū)與光學模的重 疊增強。
因此，在光子學領域中，本發(fā)明代表顯著的進步。本發(fā)明的實施 例可以通過提供放大的表面電荷區(qū)域(即，包括"水平"和"垂直"兩部 分)來有效地實施于光學通信鏈路中，以在減少器件(調制器)覆蓋 區(qū)的同時增強光學限制。與高度限制的模態(tài)分布和利用鋸齒形電介質 層的增大的表面電荷區(qū)域結合，甚至可以進一步地減少調制器的覆蓋 區(qū)。
雖然前述內容涉及本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但是在不脫離本發(fā)明的 基本范圍的情況下可以設計本發(fā)明的其它的、額外的實施例，通過下 面的權利要求確定本發(fā)明的范圍。
權利要求
1.一種設備，包括第一硅層，該第一硅層具有形成在其中的一個或多個溝槽；電介質層，其內襯所述第一硅層；以及第二硅層，其設置在所述電介質層上并填充所述一個或多個溝槽。
2. 根據權利要求1所述的設備，其中，所述電介質層的橫截面 包括基本上蜿蜒的形狀。
3. 根據權利要求1所述的設備，其中，所述第一硅層包含晶體硅。
4. 根據權利要求3所述的設備，其中，所述第一硅層是n型摻雜的。
5. 根據權利要求1所述的設備，其中，所述電介質層包含柵極 氧化物。
6. 根據權利要求5所述的設備，其中，所述柵極氧化物包括下 述物質中的至少一種二氧化硅、硅氮化物或高k電介質。
7. 根據權利要求1所述的設備，其中，所述電介質層的折射率 小于或近似等于所述第二硅層的折射率。
8. 根據權利要求1所述的設備，其中，所述第二硅層包含晶體 硅或多晶硅。
9. 根據權利要求8所述的設備，其中，所述第二硅層是p型摻雜的。
10. 根據權利要求1所述的設備，還包括 p型摻雜的硅層，其設置在所述電介質層和所述第二硅層之間，所述p型摻雜的硅層內襯所述電介質層。
11. 根據權利要求10所述的設備，所述第二硅層是未摻雜的。
12. —種用于調制光學信號的方法，該方法包括 提供第一硅層，該第一硅層具有形成在其中的一個或多個溝槽； 用電介質層內襯所述第一硅層；以及用設置在所述電介質層上的第二硅層填充所述一個或多個溝槽。
13. 根據權利要求12所述的方法，還包括 在所述電介質層上聚集表面電荷。
14. 根據權利要求12所述的方法，其中，所述第一硅層包含晶體硅。
15. 根據權利要求14所述的方法，其中，所述第一硅層是n型 摻雜的。
16. 根據權利要求12所述的方法，其中，所述電介質層的折射 率小于或近似等于所述第二硅層的折射率。
17. 根據權利要求12所述的方法，其中，所述第二硅層包含晶 體硅或多晶硅。
18. 根據權利要求12所述的方法，其中，所述第二硅層是p型 摻雜的。
19. 根據權利要求12所述的方法，還包括 用設置在所述電介質層和所述第二硅層之間的p型摻雜的硅層內襯所述電介質層。
20. 根據權利要求19所述的方法，所述第二硅層包含未摻雜的硅。
全文摘要
本發(fā)明是用于光學調制(例如，用于光學通信鏈路)的方法和設備。在一個實施例中，用于光學調制的設備包括第一硅層，該第一硅層具有形成在其中的一個或多個溝槽；電介質層，其內襯所述第一硅層；以及第二硅層，其設置在所述電介質層上并填充所述溝槽。
文檔編號G02F1/015GK101178486SQ20071017005
公開日2008年5月14日 申請日期2007年11月9日 優(yōu)先權日2006年11月9日
發(fā)明者夏豐年, 尤里伊·A.·維拉索 申請人:國際商業(yè)機器公司