述鍺翅片的厚度在大約40納米和80納米之間，所述鍺翅片的寬度小于一微米，并且，所述應(yīng)力源是氮化硅。
[0036]根據(jù)本發(fā)明，提供了一種制造光學(xué)裝置的方法，包括提供基板，其具有鍺區(qū)域；向鍺區(qū)域中蝕刻出開口 ；以及在這些開口中形成應(yīng)力源區(qū)域，以產(chǎn)生圍繞所述鍺區(qū)域的第一部分的嵌入應(yīng)力源區(qū)域圖案，其中，所述鍺區(qū)域的第一部分中具有平面雙軸張應(yīng)變。
[0037]優(yōu)選地，所述鍺區(qū)域是鍺層，其與基板其它部分通過絕緣層分開。
[0038]優(yōu)選地，所述方法形成至少四個(gè)具有雙軸張應(yīng)變的附加鍺區(qū)域部分。
[0039]優(yōu)選地，所述第一和附加鍺區(qū)域部分中的雙軸張應(yīng)變足以至少在鍺區(qū)域部分的一些部位中提供直接帶隙。
[0040]優(yōu)選地，所述方法還包括形成激光器腔，從而在所述激光器腔中放大的光穿過所述鍺區(qū)域的第一部分。
[0041]優(yōu)選地，所述應(yīng)力源區(qū)域是硅鍺。
【附圖說明】
[0042]圖1示意性示出了可具有張應(yīng)變有源區(qū)域的發(fā)光或檢測裝置的一部分。
[0043]圖2示出了基于圖1中的結(jié)構(gòu)仿真的結(jié)果，顯示了在嵌入硅鍺應(yīng)力源之間的鍺條中引起的1?級(jí)別應(yīng)變D
[0044]圖3示出了被嵌入應(yīng)力源例如硅鍺或氮化硅的圖案圍繞的示意性鍺區(qū)域，其中嵌入應(yīng)力源具有大致矩形表面橫截面。
[0045]圖4(a)以透視圖示出了鍺層，其具有一個(gè)陣列的彼此分開的嵌入應(yīng)力源區(qū)域，這些區(qū)域由以平面應(yīng)力的方式承受張力的材料例如硅鍺或氮化硅構(gòu)成，其中各嵌入應(yīng)力源區(qū)域具有大致矩形表面橫截面，并且各應(yīng)力源區(qū)域在相鄰鍺區(qū)域中引起張應(yīng)變。
[0046]圖4(b)以透視圖示出了鍺層，其具有一個(gè)陣列的彼此分開的嵌入應(yīng)力源區(qū)域，這些區(qū)域由以平面應(yīng)力的方式承受張力的材料例如硅鍺或氮化硅構(gòu)成，其中各嵌入應(yīng)力源區(qū)域具有大致帶圓角或圓形表面橫截面，并且各應(yīng)力源區(qū)域在相鄰鍺區(qū)域中引起張應(yīng)變。
[0047]圖4(c)以透視圖示出了鍺層，其具有一個(gè)陣列的連接嵌入應(yīng)力源區(qū)域，這些區(qū)域由以平面應(yīng)力的方式承受張力的材料例如硅鍺或氮化硅構(gòu)成，其中嵌入應(yīng)力源材料圍繞柱形鍺區(qū)域的外圍，各柱形鍺區(qū)域具有大致矩形表面橫截面，并且應(yīng)力源材料在相鄰周圍鍺區(qū)域中引起平面雙軸張應(yīng)變。
[0048]圖4(d)以透視圖示出了鍺層，其具有一個(gè)陣列的連接嵌入應(yīng)力源區(qū)域，這些區(qū)域由以平面應(yīng)力的方式承受張力的材料例如硅鍺或氮化硅構(gòu)成，其中嵌入應(yīng)力源材料圍繞柱形鍺區(qū)域的外圍，彼此重疊的嵌入應(yīng)力源區(qū)域具有大致帶圓角或極限形式的圓形表面橫截面，并且應(yīng)力源材料在相鄰周圍鍺區(qū)域中引起平面雙軸張應(yīng)變。
[0049]圖4(e)以透視圖示出了嵌入應(yīng)力源區(qū)域中的柱形鍺區(qū)域，這些嵌入應(yīng)力源區(qū)域由以平面應(yīng)力的方式承受張力的材料例如硅鍺或氮化硅構(gòu)成。所示出的柱可以是一個(gè)陣列的同類柱形鍺區(qū)域中的一個(gè)，其中應(yīng)力源材料在周圍鍺區(qū)域中引起平面雙軸張應(yīng)變。
[0050]圖5示出了本發(fā)明各方面的另一實(shí)施方式，其中，通過鍺翅片的各側(cè)壁上的壓應(yīng)力源層施加的力，張應(yīng)變產(chǎn)生于鍺翅片中。
[0051]圖6示出了圖5所示方案的改型，其中在鍺翅片的側(cè)壁上形成壓應(yīng)力源層圖案而在鍺翅片中產(chǎn)生雙軸張應(yīng)變。
[0052]圖7(a_b)利用三維仿真示出了圖5和6所示方案的另一改型，其中多個(gè)雙軸張應(yīng)變鍺翅片沿著光學(xué)路徑提供。
[0053]圖8(a_b)示意性示出了一種應(yīng)變鍺條，其中通過疊加施加了壓應(yīng)力的材料和邊松弛而引起張應(yīng)變。
[0054]圖9示意性示出了一種應(yīng)變鍺條，其中通過上下層施加了壓應(yīng)力的材料和邊松弛而引起張應(yīng)變。
[0055]圖10示意性示出了一種應(yīng)變鍺條，其中通過上下層施加了壓應(yīng)力的材料和邊松弛而引起雙軸張應(yīng)變，其中沿著兩個(gè)軸線形成穿過三層的缺口。
[0056]圖11示出了圖10所示方案的另一種優(yōu)選改型，其可以限制各種內(nèi)部反射。
[0057]圖12以橫截面示意性示出了一個(gè)陣列的張應(yīng)變?chǔ)切玩N區(qū)域，這些區(qū)域以外延生長的形式沉積在P型鍺層上，從而結(jié)構(gòu)可發(fā)射或檢測光子。
[0058]圖13以橫截面示意性示出了一個(gè)陣列的淺張應(yīng)變?chǔ)切玩N區(qū)域，這些區(qū)域通過從摻雜型聚娃疊加層擴(kuò)散而被摻雜形成。
[0059]圖14以橫截面示意性示出了一個(gè)陣列的外延生長形式的張應(yīng)變?chǔ)切玩N區(qū)域，這些區(qū)域形成在一個(gè)陣列的外延生長形式的P型鍺區(qū)域上，從而結(jié)構(gòu)可發(fā)射或檢測光子。
[0060]圖15以橫截面示意性示出了一個(gè)陣列的張應(yīng)變P型鍺區(qū)域，這些區(qū)域與電子發(fā)射器層接觸，從而結(jié)構(gòu)可發(fā)射或檢測光子。
[0061]圖16以橫截面示意性示出了一個(gè)陣列的張應(yīng)變P型鍺區(qū)域，這些區(qū)域與電子發(fā)射器層接觸，從而結(jié)構(gòu)可發(fā)射或檢測光子。
[0062]圖17以示意性橫截面示出了一個(gè)陣列的張應(yīng)變P型鍺區(qū)域，這些區(qū)域橫向接觸η型硅鍺區(qū)域和電子發(fā)射器層，從而結(jié)構(gòu)可發(fā)射或檢測光子。
[0063]圖18示出了另一所示方案，與圖12-17中顯示的結(jié)構(gòu)和過程一致，其中一個(gè)或多個(gè)離散鍺柱被形成且嵌入在連續(xù)硅鍺應(yīng)力源內(nèi)。
[0064]圖19示意性示出了一種鍺波導(dǎo)，與其聯(lián)接的結(jié)構(gòu)具有發(fā)射或檢測光的平面應(yīng)變或雙軸應(yīng)變鍺柱或翅片。
[0065]圖20示出了一種示意性配置，其中包含張應(yīng)變鍺的層聯(lián)接著諧振器，以提供激光器結(jié)構(gòu)。
【具體實(shí)施方式】
[0066]本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例包括使用應(yīng)變第四族半導(dǎo)體作為發(fā)射或檢測光的有源區(qū)域的光發(fā)射或光檢測裝置或方法。在這里，光被在廣泛意義上使用以包含紫外和紅外的范圍。作為一個(gè)示例，本發(fā)明的實(shí)施可提供使用張應(yīng)變鍺作為增益介質(zhì)的半導(dǎo)體激光器。更具體地，此特殊示例可使用雙軸張應(yīng)變鍺區(qū)域，在一定程度上應(yīng)變鍺區(qū)域的至少一部分是直接帶隙半導(dǎo)體。
[0067]本發(fā)明的某些實(shí)施例可使用由大體均質(zhì)材料組成的獨(dú)特(distinct)光層，用于形成光層的不同組成部件，包括至少一個(gè)光源，一個(gè)或多個(gè)波導(dǎo)，至少一個(gè)導(dǎo)通或選路(routing)或是開關(guān)或切換(switching)元件，或至少一個(gè)檢測器。驅(qū)動(dòng)電子設(shè)備被包括在光層或另一層例如相關(guān)聯(lián)的ULSI芯片中。對(duì)于均質(zhì)材料的情況，材料構(gòu)成的部件物理上當(dāng)然也稍稍不同，因?yàn)榫|(zhì)材料系統(tǒng)的使用需要局部改變所討論的材料的一些光學(xué)性能，將其從光發(fā)射(直接帶隙)半導(dǎo)體材料轉(zhuǎn)變成光學(xué)上透明(間接帶隙)的波導(dǎo)材料或轉(zhuǎn)變成光檢測(直接帶隙)半導(dǎo)體材料。
[0068]更具體地，用于獲得預(yù)期的局部光學(xué)性能所需的變化例如通過應(yīng)用外部應(yīng)變，特別是雙軸或單軸張應(yīng)變，而得到。另外，優(yōu)選的實(shí)施方式以通常的方式，例如摻雜劑粒子注入或擴(kuò)散，局部改變所討論的半導(dǎo)體材料的電性能，用于以通常的方式建造電裝置。
[0069]某些優(yōu)選實(shí)施例由大致均質(zhì)材料系統(tǒng)限定出光層，所選部件中的一些半導(dǎo)體材料被制造成具有完全直接或完全間接帶隙。在特別優(yōu)選的實(shí)施例中，發(fā)射器或檢測器中的帶隙低于波導(dǎo)的帶隙，使得波導(dǎo)對(duì)于發(fā)射器發(fā)射的或檢測器檢測的光子來說基本上是透明的。在波導(dǎo)由具有間接帶隙的半導(dǎo)體材料形成的情況下，未應(yīng)變的(unstrained)波導(dǎo)的剩余材料允許材料保持比應(yīng)變發(fā)射器或檢測器材料大的帶隙。波導(dǎo)中的較大帶隙與帶隙的間接特性一起導(dǎo)致波導(dǎo)材料中的低光投射損失(光學(xué)傳輸損失)。
[0070]對(duì)于使用應(yīng)變鍺用于有源光發(fā)射或吸收的特別優(yōu)選的實(shí)施方式來說，源和檢測器被從間接半導(dǎo)體(相對(duì)效率低的光學(xué)發(fā)射/吸收材料)轉(zhuǎn)變成更直接半導(dǎo)體(more directsemiconductor)(對(duì)應(yīng)于效率高的光學(xué)發(fā)射/吸收材料)。在講到鍺中的張應(yīng)變使其變成更直接帶隙半導(dǎo)體時(shí)，意思是說由于伽馬點(diǎn)處的導(dǎo)帶底(conduct1n band minimum)和價(jià)帶之間的能隙減小，張應(yīng)變致使對(duì)應(yīng)于伽馬點(diǎn)處的導(dǎo)帶底和價(jià)帶之間的直接躍迀的光躍迀更為可能。也就是說，高張應(yīng)變鍺呈現(xiàn)大大增強(qiáng)了對(duì)應(yīng)于伽馬點(diǎn)處直接躍迀的發(fā)光。大大增強(qiáng)發(fā)光可被開發(fā)用于制造有效的發(fā)光裝置包括發(fā)光二極管以及鍺中的半導(dǎo)體激光器。
[0071]在具有直接帶隙例如砷化鎵的半導(dǎo)體材料情況中，通過沿著至少一個(gè)軸線施加壓力增大波導(dǎo)中的帶隙并且使其對(duì)于未變的批量砷化鎵發(fā)射的波長來說更透明，波導(dǎo)可被轉(zhuǎn)變成非吸收半導(dǎo)體。因此降低了通過吸收的傳輸損失(transmiss1n loss) ο
[0072]下面描述可形成具有應(yīng)變半導(dǎo)體光發(fā)射或檢測元件的光子系統(tǒng)的部件的方法和裝置的多個(gè)示意性實(shí)施方式。
[0073]第四族半導(dǎo)體通常呈現(xiàn)菱形結(jié)構(gòu)并且因此具有主方向〈100〉，〈110〉和〈111〉，它們代表晶體結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性。這些軸分別垂直于(100)，(110)和(111)晶格面。天然平衡晶格的變形(原子之間的距離和原子之間的角度)導(dǎo)致帶結(jié)構(gòu)中的變化。例如，在第一階(tofirst order)的程度上，液體靜壓導(dǎo)致立方晶格的同質(zhì)體積(homogeneous volume)壓縮并且最常見地導(dǎo)致增大的直接帶隙。對(duì)于鍺來說，很長時(shí)間以來，單軸、雙軸以及帶結(jié)構(gòu)上的流體靜應(yīng)變的效應(yīng)已經(jīng)引起了科學(xué)興趣。
[0074]在鍺(100)面內(nèi)應(yīng)用雙軸張應(yīng)變導(dǎo)致材料更直接，也就是，與間接帶隙相比，增大(100)雙軸應(yīng)變使得直接帶隙更快速變窄。雙軸張應(yīng)變鍺的帶結(jié)構(gòu)的計(jì)算推算該材料在
(100)面中的約1.9%應(yīng)變處變成完全直接。另外，報(bào)告顯示當(dāng)沿著鍺的〈111〉方向應(yīng)用單軸張力時(shí)單軸變形導(dǎo)致直接帶隙。當(dāng)然，關(guān)于晶體的主方向的很多應(yīng)變定向和配置可對(duì)將間接帶隙材料變?yōu)楦苯訋恫牧咸峁┎煌膬?yōu)勢(shì)。
[0075]圖1示出了一個(gè)示例，其中嵌入式娃鍺(SiGe)應(yīng)力源(stressor)被用于拉伸可被用于光發(fā)射或光檢測的鍺區(qū)域(例如片狀或帶狀區(qū)域)。在優(yōu)選實(shí)施例中，多個(gè)拉伸應(yīng)力源被嵌入鍺層中，在任意兩個(gè)相鄰的拉伸應(yīng)力源區(qū)域之間導(dǎo)致鍺體積上的張應(yīng)變。當(dāng)在形成于鍺表面上的凹陷中外延生長時(shí)，SiGe合金是適當(dāng)?shù)睦鞈?yīng)力源材料。SiGe合金具有小于鍺的晶格間距的晶格間距。因此，當(dāng)SiGe的薄膜在鍺表面上外延生長時(shí)，SiGe處于平面張力晶格失配應(yīng)變(tensile in-plane lattice misfit strain)下。張應(yīng)變的嵌入SiGe應(yīng)力源在側(cè)向相鄰的鍺中誘導(dǎo)張應(yīng)變。作為更具體的示例，圖1示意出鍺層10的一部分。兩個(gè)長槽被形成在鍺層10的表面上并且填滿SiGe的外延淀積而在鍺區(qū)域16每一側(cè)上形成嵌入應(yīng)力源12、14。鍺16窄條兩側(cè)上的嵌入SiGe應(yīng)力源12、14誘導(dǎo)SiGe應(yīng)力源區(qū)域之間的鍺體積的單軸張應(yīng)變，如圖1所示。張應(yīng)變鍺16的窄條可被用作激光器或二極管的發(fā)光有源區(qū)域或用作例如光電二級(jí)管的光檢測區(qū)域。這些結(jié)構(gòu)的高度或厚度，寬度和長度結(jié)構(gòu)優(yōu)選被選擇成用于實(shí)現(xiàn)預(yù)期的應(yīng)變級(jí)別，從而獲得適合于該部件的光學(xué)功能性。優(yōu)選地，根據(jù)特殊實(shí)施方式和該部件的其它元件來選擇尺寸。
[0076]在高性能P溝道場效應(yīng)晶體管的制造中，先進(jìn)的CMOS技術(shù)常常包括嵌入式SiGe源或漏區(qū)(S/D)。在嵌入到硅晶體管中的是SiGe源漏區(qū)的情況下，在SiGe應(yīng)力源之間的硅區(qū)域中獲得壓應(yīng)變。這與當(dāng)SiGe應(yīng)力源被嵌入到如上所述的鍺裝置中出現(xiàn)的應(yīng)變情形相反，但制造過程和技術(shù)，設(shè)計(jì)考慮和實(shí)施方式非常類似。
[0077]圖2示意出基本上類似圖1所示的結(jié)構(gòu)的模擬，圖2示出了垂直于條的較長軸的橫截面。圖2的模擬使用了稍稍更復(fù)雜且實(shí)用的結(jié)構(gòu)，包括硅或其它晶圓或基板20和鍺26層之間的埋入絕緣層28，其中槽被形成在鍺26層中并且隨后至少部分地用硅鍺填滿，而形成張應(yīng)力源區(qū)域22和24。如圖2的模擬所示，高應(yīng)變級(jí)別可被誘導(dǎo)，尤其是鍺條26的上表面附近。
[0078]可選地，SiGe應(yīng)力源可被引入到具有約10nm和10nm的深度和寬度的多個(gè)嵌入?yún)^(qū)域的矩陣形式的