具有採用水平電場的光傳感器的光學裝置的製作方法

2023-09-18 19:45:15 4

專利名稱：具有採用水平電場的光傳感器的光學裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及光學裝置，且更特定而言涉及具有光傳感器的裝置。
背景技術：
光學和/或光電裝置越來越多地用於通信應用中。這些裝置可包括光傳感器，光傳感器從波導接收光信號。這些光傳感器通常採用了吸收所接收的光信號的光吸收材料。在光傳感器的操作期間，在整個光吸收材料上施加電場。當光吸收材料吸收光信號時，電流流經該光吸收材料。因此,流過光吸收材料的電流水平指示出由光吸收材料接收的光信號的強度。在光學和/或光電裝置上的波導常常由矽製成。由於矽並不吸收具有用於通信應用中波長的光信號，矽常常不能有效地用作通信應用中的光傳感器中的光吸收介質。相反，鍺是能吸收這些信號的材料，且因此常常用作通信應用中光傳感器的光吸收介質。當波導具有具備亞微米(sub-micron )尺寸的截面時,這些光傳感器已能實現足夠的速度。但是，當用於具有這些尺寸的波導時，這些光傳感器是與不合需要的高光學損失相關聯的。另外，在許多通信應用中使用的波導採用較大的波導。當這些光傳感器用於較大波導時，它們通常失去速度、且變得與不合需要的暗電流水平相關聯。由於上述原因，需要適用於更大波導的光傳感器。

發明內容
—種光學裝置包括位於基底上的波導。該裝置還包括位於基底上的光傳感器。該光傳感器包括光吸收介質，光吸收介質被配置為用以從波導接收光信號。該光傳感器還包括場源以用於在光吸收介質中生成電場。該場源被配置為使得電場基本上平行於基底。該裝置的一個實施例包括了位於基底上的光學波導。該波導被配置為用以引導光信號穿過光透射介質。光傳感器也定位於基底上。光傳感器包括從平板區域延伸的脊。平板區域定位於脊的相對側上。光吸收介質被定位成用以從包括于波導中的光透射介質接收光信號的至少一部分。光吸收介質被包括於脊中、且也在平板區域中。光吸收介質包括摻雜區域，摻雜區域被定位成使得跨越整個摻雜區域上來施加反向偏壓，則在包括於該脊中的光吸收介質中形成電場。在該光學裝置的另一實施例中，該波導被配置為用以引導光信號穿過光透射介質。另外，光吸收介質具有側邊/旁側(lateral side)，旁側各自定位於頂側與底側之間，且底側在基底與頂側之間。光吸收介質被配置為用以從波導中的光透射介質接收光信號的至少一部分。光透射介質和光吸收介質為不同材料。該光傳感器還包括場源，場源被配置為用作在光吸收介質中的電場的源。場源各自接觸著旁側之一，並且，由場源所接觸著的旁側位於光吸收介質的相對側上。


圖IA至圖ID示出了光學裝置，該光學裝置具有被配置為用以從波導接收光信號的光傳感器。該光傳感器包括場源，場源被配置為用以在光吸收介質中生成基本上水平的電場。在圖IA至圖ID中圖示的裝置採用光吸收介質的摻雜區域作為場源。圖IA為裝置的透視圖。
圖IB為沿著標記為B的線所截取的圖IA所示裝置的截面圖。圖IC為沿著標記為C的線所截取的圖IA所示裝置的截面圖。圖ID為沿著標記為C且平行于波導的縱向軸線延伸的線所截取的圖IC所示的光學裝置的截面圖。圖2A為採用電導體作為場源的光傳感器的截面圖。圖2B為採用電導體作為場源的光傳感器的截面圖。電導體被升高到圖2A所示的電導體的高度上方。圖2C為光傳感器的截面圖，其具有光吸收介質，光吸收介質被定位成使得摻雜區域僅位於光吸收介質中、但不包括在光透射介質中。圖3為其中波導包括水平錐形的光學裝置的頂視圖。圖4A至圖12C示出了生成根據圖IA至圖IC所構建的光學裝置的方法。圖13A至圖16B示出了生成根據圖2B所構建的光學裝置的方法。圖17A至圖22C示出了生成根據圖2C所構建的光學裝置的方法。
具體實施例方式該光學裝置包括位於基底上的光透射介質。該裝置還包括波導，波導被配置為用以弓I導光信號穿過光透射介質。該光學裝置還包括光傳感器，光傳感器被配置為用以從波導接收光信號。該光傳感器包括光吸收介質，光吸收介質被定位成使得光透射介質的晶種(seed)部在光吸收介質與基底之間。該光吸收介質可在該光透射介質的晶種部上生長。該光傳感器包括與光吸收介質相接觸的場源。在光傳感器操作期間，反向偏壓可施加到場源以在光吸收介質中形成電場。場源被布置成使得所形成的電場基本上平行於基底、或者基本上是水平的。舉例而言，場源可定位於光吸收介質的旁側上。由於電場能基本上平行於基底，電場也基本上平行於在光透射介質的晶種部與光吸收介質之間的界面。在電場與此界面之間的相互作用是在光傳感器中暗電流源。因此，形成平行於此界面的電場減小了在光傳感器中的暗電流。在光傳感器的一個實施例中，該光傳感器包括脊，脊從位於脊的相對側上的平板區域延伸。光吸收介質被包括於脊中，且也包括在平板區域中。光吸收介質可包括摻雜區域，摻雜區域各自位於脊中和平板區域之一中。這種布置可相對於其它光傳感器具有簡化的製作過程，因為摻雜區域能僅形成於光吸收介質中，且因此無需形成於多種材料中。可需要不同的條件來在不同材料中形成摻雜區域。因此，在單種材料中形成摻雜區域的能力能簡化製作工藝/過程。此外，在光信號進入到光吸收介質內之前，波導的寬度能逐漸減小。因此，光吸收介質能具有小于波導寬度的寬度。減小的寬度增加了光傳感器的速度。因此，即使當結合在通信應用中常用的波導大小使用時，光傳感器可具有所需速度水平和暗電流水平，而同時也具有與建置於較大波導上的光傳感器相關聯的減小的光學損失。圖IA至圖ID示出了光學裝置，該光學裝置具有被配置為用以從波導接收光信號的光傳感器。圖IA為裝置的透視圖。圖IB為光傳感器的截面。舉例而言，圖IB為沿著標記為B的線所截取的圖IA所示裝置的截面圖。圖IC為波導的截面圖。舉例而言，圖IC為沿著標記為C的線所截取的圖IA中所示裝置的截面圖。圖ID為沿著標記為C且平行于波 導的縱向軸線延伸的線所截取的圖IC中所示的光學裝置的截面圖。該裝置屬於被稱作平面光學裝置的光學裝置類別。這些裝置通常包括相對於基板或基底固定的一個或多個波導。光信號沿著波導的傳播方向大體上平行於該裝置的平面。該裝置的平面的實例包括基底的頂側，基底的底側，基板的頂側和/或基板的底側。所圖示的裝置包括從頂側12延伸到底側14的旁側10 (或邊緣)。光信號沿著平面光學裝置上的波導長度的傳播方向大體上延伸穿過該裝置的旁側10。該裝置的頂側12和底側為非旁側。該裝置包括一個或多個波導16，其運載著光信號到光學構件17和/或從光學構件17運載光信號。能包括於該裝置上的光學構件17的實例包括(但不限於)選自由下列所構成的組中的一個或多個構件刻面(facet)，光信號能通過所述刻面進入和/或退出波導；進/出埠，光信號能從該裝置上方或下方通過進/出埠來進入和/或退出所述波導；復用器(multiplexer),其用於組合多個光信號到單個波導上；解復用器(demultiplexer),其用於分開多個光信號從而使得不同的光信號在不同波導上被接收；光耦合器；光開關；雷射器，其充當光信號源；放大器，其用於放大光信號的強度；衰減器，其用於衰減光信號的強度；調製器，其用於調製信號到光信號上；光傳感器，其將光信號轉換成電信號；以及，通路，其提供光學途徑以供光信號從該裝置的底側14穿過該裝置到該裝置的頂側12。此外，該裝置可選地可包括電構件。舉例而言，該裝置可包括電連接件用於向波導施加電位/電勢或電流，和/或用於控制光學裝置上的其它構件。波導16被限定於位於基底20上的光透射介質18中。舉例而言,波導16被部分地由從光透射介質的平板區域向上延伸的脊22所限定。在某些情形下，平板區域的頂部由部分地延伸到光透射介質18內或穿過光透射介質18延伸的溝槽24的底部來加以限定。合適光透射介質包括(但不限於)矽、聚合物、矽石、SiN、GaAs、InP和LiNb03。一個或多個包層被可選地定位於光透射介質上。該一個或多個包層可用作一種用于波導16和/或用於該裝置的包層。當光透射介質18為矽時，合適包層包括(但不限於)矽、聚合物、矽石、SiN, GaAs,InP 和 LiNbO3。鄰近於光透射介質18的基底20的部分被配置為用以從波導16往回反射光信號到波導16內以便將光信號約束在波導16中。舉例而言，鄰近於光透射介質18的基底20的部分可為光絕緣體27，且其具有比光透射介質18更低的折射率。折射率的降低可造成光信號從光透射介質18往回反射到光透射介質18內。基底20可包括位於基板28上的光絕緣體27。如將會在下文中變得顯然的，基板28可被配置為用以透射光信號。舉例而言，基板28可由與光透射介質18不同或者與光透射介質18相同的光透射介質18構成。在一實例中，該裝置構建於絕緣娃片/絕緣體上的娃(silicon-on-insulator)晶片上。絕緣娃片晶片包括了充當光透射介質18的矽層。絕緣矽片晶片還包括位於矽基板上的矽石層。矽石層可充當光絕緣體27，且矽基板可充當基板28。光學裝置還包括光傳感器29，該光傳感器29被配置為用以接收由一個或多個波導16引導的光信號。該光傳感器29被配置為用以將光信號轉換成電信號。因此，該光信號可被用於檢測光信號的接收。舉例而言，該光傳感器29可用於測量光信號的強度和/或光信號的功率。儘管圖IA示出了波導16在一個或多個構件與光傳感器29之間運載光信號，該裝置可構建成使得波導16直接從光纖向光傳感器29運載光信號。合適的光傳感器29包括吸收光信號的光吸收介質32。光吸收介質32被定位成用 以接收沿著波導16行進的光信號的至少一部分。如從圖IA明顯看出，存在著介於光吸收介質32的刻面與光透射介質18的刻面之間的界面。該界面可具有相對於在該界面處穿過波導16的光信號傳播方向而言並不垂直的角度。在某些情形下，該界面相對於基底20基本上垂直，而同時相對於傳播方向不垂直。界面的非垂直性減小了往回反射的效應/效果。界面相對於傳播方向的合適角度包括(但不限於)在80°與89°之間的角度、以及在80°與85°之間的角度。光傳感器29的光吸收介質32定位於光透射介質18的晶種部34上。光透射介質18的晶種部34定位於基底20上。特別地，該光透射介質18的晶種部34接觸該絕緣體
27。該光透射介質18的晶種部34可與包括于波導16中或與波導16間隔開的光透射介質18是連續的。當光信號進入光傳感器時，光信號的一部分可進入到光透射介質18的晶種部34，且光信號的另一部分進入光吸收介質32。因此，光吸收介質32能僅接收該光信號的一部分。在某些情形下，光傳感器可被配置為用以使得光吸收材料接收整個/全部光信號。在該裝置的製作期間，光透射介質18的晶種部34能用於生長光吸收介質32。舉例而言，當光透射介質18為矽、且光吸收介質32為鍺時，鍺能生長於該矽上。因此，在波導16中使用光透射介質18、以及使用光透射介質18作為種層來生長光吸收介質32，能簡化用於製作該裝置的過程。在光傳感器29操作期間，反向偏壓電場施加於整個光吸收介質32上。當光吸收介質32吸收光信號時，電流流過該光吸收介質32。因此，經過光吸收介質32的電流水平指示出了光信號的接收。此外，電流的量值能指示出光信號的功率和/或強度。不同的光吸收介質32能吸收不同波長，且相應地適宜用於傳感器29中，取決於傳感器29的功能。適用於檢測在通信應用中所用的光信號的光吸收介質32包括(但不限於)鍺、矽鍺、矽鍺量子阱、GaAs和InP。鍺適合於檢測所具有的波長在1300nm至1600nm範圍的光信號。光傳感器可被配置為用以向光吸收介質32施加基本上平行於基底20的電場。舉例而言，光吸收介質32可包括連接著底側36和頂側37的旁側35。底側位於頂側與基底20之間。在某些情形下，旁側相對於基底20是基本上垂直的。光吸收介質32的旁側可包括摻雜區域40。如從圖IB明顯看出，摻雜區域40中每一個可一直延伸到光吸收介質32的頂側上。摻雜區域40中每一個可為N型摻雜區域或P型摻雜區域。舉例而言，N型摻雜區域中每一個可包括N型摻雜劑，且P型摻雜區域中每一個可包括P型摻雜劑。在某些情形下，光吸收介質32包括了為N型摻雜區域的摻雜區域40和為P型摻雜區域的摻雜區域40。在光吸收介質32中在摻雜區域40之間的分隔導致了在光傳感器29中形成PIN(p型區域-絕緣體-n型區域)結。在光吸收介質32中，N型區域的合適摻雜劑包括(但不限於)磷和/或砷。P型區域的合適摻雜劑包括(但不限於)硼。摻雜區域40被摻雜以便為導電的。在p型摻雜區域中的P型摻雜劑的合適濃度包括(但不限於):大於I X IO15CnT3,1 X IO17CnT3或I X IO19CnT3的濃度和/或小於I X 1017cnT3，I X IO19CnT3或IX IO21CnT3的濃度。在N型摻雜區域中的N型摻雜劑的合適濃度包括(但不限於大於I X IO1W, I X IO17CnT3或I X IO19CnT3的濃度和 / 或小於 I X IO1W3,1 X IO19CnT3 或 I X IO21CnT3 的濃度。光透射介質18還包括摻雜區域42。在光透射介質18中的每個摻雜區域42接觸 著在光吸收介質32中的摻雜區域40之一。在光透射介質18中的摻雜區域42和所接觸的摻雜區域40為相同類型的摻雜區域。舉例而言，當在光吸收介質32中的摻雜區域40為P型區域時，摻雜區域40接觸著在光透射介質18中的P型摻雜區域。結果，在某些情形下，在光透射介質18中的摻雜區域42之一為P型摻雜區域，且在光透射介質18中的摻雜區域42之一為N型摻雜區域。在光透射介質18中，N型區域的合適摻雜劑包括(但不限於)磷和/或砷。P型區域的合適摻雜劑包括(但不限於)硼。摻雜區域42被摻雜以便為導電的。在P型摻雜區域中的P型摻雜劑的合適濃度包括(但不限於)大於IXlO15cnT3,I X IO17CnT3 或 I X IO19CnT3 的濃度和 / 或小於 I X 1017cm-3,1 X IO19CnT3 或 I X IO21CnT3 的濃度。在N型摻雜區域中的N型摻雜劑的合適濃度包括(但不限於)大於1\1015(^_3，1\1017(^3或 I X IO19CnT3 的濃度和 / 或小於 I X IO17CnT3,1 X IO19CnT3 或 I X IO21CnT3 的濃度。在光透射介質18中的每個摻雜區域42接觸著諸如金屬這樣的電導體44。因此，在光透射介質18中的摻雜區域42中的每一個在電導體44與處於光吸收介質32中的摻雜區域40之一之間提供電連通。結果，電能可施加到電導體44以便向光吸收介質32施加電場。正如從圖IB中標記為E的箭頭顯而易見的，在光吸收介質32中的摻雜區域40充當電場的場源。結果，所形成的電場基本上平行於基底20。並非使用在光吸收介質32中的摻雜區域40作為場源，使用諸如金屬這樣的電導體44作為場源。舉例而言，圖2A為採用電導體44作為場源的光傳感器的截面圖。電導體44從基底20延伸到光吸收介質32的頂側。舉例而言，圖2A示出了電導體44從絕緣體27延伸到光吸收介質32頂側。光透射介質18的晶種部34是在基底20與光吸收介質32之間。如從圖2A明顯看出，電導體44能接觸基底20。但是，電導體44能與基底20間隔開，如在圖2B中所圖示的那樣。在圖2B中，間隔層46形成於光透射介質18的頂部上、且抵靠著光吸收介質32的旁側。電導體44從間隔層46的頂部延伸到光吸收介質32的頂側。因此，間隔層46相對於基底20抬聞了電導體44的底部。電導體44也可抬升到聞於在光透射介質18的晶種部34與光吸收介質32之間的界面。電導體44的抬高減小了在所形成的電場與介於光透射介質18的晶種部34和光吸收介質32之間的界面的相互作用。這種減小的相互作用可進一步減小與光傳感器相關聯的暗電流。圖2C展示了能簡化製作過程的光傳感器的另一構造。光吸收介質32的脊22從光吸收介質32的平板區域向上延伸。光吸收介質32的平板區域和光吸收介質32的脊22二者都定位於光透射介質18的晶種部34上。因此，光透射介質18的晶種部34在光吸收介質32與基底20之間。該光吸收介質32可在該光透射介質18的晶種部上生長。光吸收介質32的摻雜區域40定位於光吸收介質32的脊22的旁側上。摻雜區域40從脊22延伸到光吸收介質32的平板區域內。從光吸收介質32的脊22到光吸收介質32的平板區域的摻雜區域40的過渡可以是連續的或者不間斷的，如從圖2C明顯看出的那樣。電導體44定位於光吸收介質32的平板區域上。特別地，電導體44各自接觸著在光吸收介質32的平板區域中的摻雜區域40的一部分。圖2C的布置可相對於諸如圖2A中所圖示的布置具有簡化的製造過程。舉例而言， 在圖2A中，摻雜區域40形成於光透射介質18中以及也形成於光吸收介質32中。可需要不同的條件來在不同材料中形成這些區域。舉例而言，當光透射介質18為矽、且光吸收介質32為鍺時，可需要使用與用來形成位於光透射介質18中的摻雜區域42不同的溫度來形成在光吸收介質32中的摻雜區域40。但是，由於圖2C的布置需要的是僅在光吸收介質中形成摻雜區域，則圖2C的布置製作起來可更簡單。圖2C中圖示的布置也可與暗電流的減小相關聯，這是減小了在所形成的電場與介於光透射介質18的晶種部34和光吸收介質32之間界面的相互作用的結果。舉例而言，如從在圖2C中的標記為P的箭頭可看出，形成於電導體之間的電場的至少一部分可形成於一種路徑上該路徑穿過平板區域之一，穿過在脊下方的光吸收介質的一部分，且然後穿過平板區域、而不進入光透射介質。由於所圖示的路徑並不包括光透射介質，則可減小暗電流。儘管圖2C示出了摻雜區域中每一個僅部分地延伸到包括於平板區域中的光吸收介質內，摻雜區域中的一個或多個能延伸穿過光吸收介質。因此，摻雜區域中的一個或多個能接觸到光透射介質18。另外，摻雜區域中的一個或多個能延伸穿過光吸收介質、且進入到光透射介質18內。增加由場源所接觸著的脊的旁側的部分能提高光傳感器的效率。因此，如在圖1A、圖2A和圖2C中顯而易見的，場源中每一個能跨越介於由場源所接觸著的旁側的頂部與由場源所接觸著的旁側的底部之間的距離。在某些情形下，場源中的每一個從由場源所接觸著的旁側的頂部朝向基底20延伸。可替代地，場源中的每一個能從高於介於由場源所接觸的旁側的頂部與由場源所接觸的旁側的底部之間距離的90%的位置朝向基底20延伸。場源中的每一個能從高於介於由場源所接觸的旁側的頂部與由場源所接觸的旁側的底部之間距離的80%的位置朝向基底20延伸。在一個實例中，場源中每一個從在由該場源所接觸著的旁側頂部的I. Oii m內的位置朝向基底20延伸。如在上文中所指出的那樣，光傳感器適合於結合著適用於通信應用的波導尺寸而使用。因此，波導16的合適高度(在圖IC中標記為h)包括(但不限於)大於I ii m, 2 u m和3 ii m的高度。波導16的合適寬度(在圖IC中標記為w)包括(但不限於)大於0. 5 ii m,
2Pm,和3iim的寬度。合適波導尺寸比例(波導16寬度波導16高度)包括(但不限於)大於0.15: 1,0. 5: I和I : I的比例和/或小於0.25: 1,1 : I和2: I的比例。波導16的有所增加的尺寸也與光吸收介質32的有所增加的尺寸相關聯。舉例而言，光吸收介質32的合適高度(在圖IB中標記為H)包括(但不限於)大於I ii m, 2 ii m和
3Pm的高度。光吸收介質的合適寬度(在圖IB中標記為W)包括(但不限於)大於0. 5iim，1.511111和211111的寬度。合適光吸收介質32尺寸比例(波導16寬度波導16高度)包括(但不限於)大於0. 15: 1,0. 5: I和0.75: I的比例和/或小於0. 25: 1,0. 75 : I和I I的比例。圖3為其中波導16包括錐形48的光學裝置的頂視圖。錐形48可為水平錐形且無需包括豎直錐形，但豎直錐形為可選的。錐形48定位於光傳感器之前。舉例而言，水平錐形出現於光透射介質18中、而不是在光吸收介質32中。錐形48允許光吸收介質32具有比波導16更窄的寬度。光吸收介質32的有所減小的寬度增加了光傳感器的速度。光學構件優選地不在錐形與光傳感器之間包括額外構件，但可存在其它構件。儘管圖3示出了根據圖I構建的光傳感器，圖3的光傳感器能根據圖2A至圖2C所圖示的光傳感器中的任 一個而構建。光學裝置能使用在集成電路、光電電路和/或光學裝置的製作中所採用的製作技術來構建。舉例而言，用于波導16的脊22和/或晶種部34能使用在絕緣矽片晶片上的蝕刻技術而形成於光透射介質18中。可易於使用掩膜和蝕刻技術來形成水平錐形。用於形成豎直錐形的合適方法公開於在2003年I月15日提交的名稱為「Controlled SelectivityEtch for Use with Optical Component Fabrication」的美國申請序列號 10/345，709,且其全文以引用的方式合併到本文中。圖4A至圖12C示出了生成根據圖IA至圖IC所構建的光學裝置的方法。該方法被示出為使用絕緣矽片晶片或晶片作為光學裝置的起始前體。但是，該方法可適於除了絕緣矽片平臺之外的平臺。圖4A至圖4C示出了在用於提供裝置前體的絕緣矽片晶片或晶片上所形成的第一掩模50。圖4A為裝置前體的頂視圖。圖4B為沿著標記為B的線所截取的圖4A所示裝置前體的截面圖。圖4C為沿著標記為C的線所截取的圖4A中所示裝置前體的截面圖。第一掩模50使得裝置前體將待形成傳感器腔52的區域暴露，而同時保護了裝置前體的圖示部分的其餘區域。傳感器腔52為其中將要形成光吸收介質32的裝置前體的區域。然後執行第一蝕刻以便形成傳感器腔52。第一蝕刻得到圖4A至圖4C的裝置前體。執行第一蝕刻，從而使得光透射介質18的晶種部34保留在基底20上。因此，第一蝕刻是在到達基底20之前終止的。合適的第一掩模50包括(但不限於)諸如娃石掩模這樣的硬式掩模。合適的第一蝕刻包括(但不限於)乾式蝕刻。如在圖5A至圖5C中所圖示的那樣，光吸收介質32形成於圖4A至圖4C的傳感器腔52中。圖5A為裝置前體的頂視圖。圖5B為沿著標記為B的線所截取的圖5A中所示裝置前體的截面圖。圖5C為沿著標記為C的線所截取的圖5A中所示裝置前體的截面圖。當光透射介質18為矽、且光吸收介質32為鍺時，鍺可生長於該矽的晶種部34上。在形成了光吸收介質32之後，可將該裝置前體進行平面化以提供圖5A至圖5C的裝置前體。可從圖5A至圖5C的裝置前體移除第一掩模50，且可在該裝置前體上形成第二掩模54以便提供圖6A至圖6C的裝置前體。圖6A為裝置前體的頂視圖。圖6B為沿著標記為B的線所截取的圖6A中所示裝置前體的截面圖。圖6C為沿著標記為C的線所截取的圖6A中所示裝置前體的截面圖。形成第二掩模54，從而使得將要形成溝槽24的區域保持暴露、而同時保護裝置前體的圖示部分的其餘區域。合適的第二掩模54包括諸如矽石掩模這樣的硬式掩模。在圖6A至圖6C的裝置前體上執行第二蝕刻，以提供圖7A至圖7C的裝置前體。圖7A為裝置前體的頂視圖。圖7B為沿著標記為B的線所截取的圖7A中所示裝置前體的截面圖。圖7C為沿著標記為C的線所截取的圖7A中所示裝置前體的截面圖。當將該蝕刻材料的第一部分蝕刻到大約溝槽24的所需深度時，停止第二蝕刻。由於第二蝕刻同時地蝕刻了該光透射介質18和光吸收介質32，則第二蝕刻將光透射介質18和光吸收介質32蝕刻到不同深度。舉例而言，圖7B示出了比光透射介質18更深地蝕刻的光吸收介質32。合適的第二蝕刻包括(但不限於)能蝕刻光透射介質18和光吸收介質32的乾式蝕刻。
第三掩模56形成於圖7A至圖7C的裝置前體上，如由圖8A至圖8C的裝置前體所圖示的那樣。圖8A為裝置前體的頂視圖。儘管從圖8A的裝置前體上方看不到光吸收介質32的位置，以虛線示出光吸收介質32以示出在第三掩模56與下面的光吸收介質32之間的空間關係。圖8B為沿著標記為B的線所截取的圖8A所示裝置前體的截面圖。圖SC為沿著標記為C的線所截取的圖8A中所示裝置前體的截面圖。第三掩模56的部分形成於第二掩模54上方。形成第三掩模56,從而使得第二掩模54與第三掩模56的組合使得與波導16相關聯的溝槽24暴露、而同時保護了裝置前體的圖示部分的其餘區域。然後執行第三蝕刻以便提供圖8A至圖SC的裝置前體。執行第三蝕刻，從而使得與波導16和光傳感器相關聯的溝槽24被蝕刻至大約相同深度。因此，第三蝕刻針對在圖7B和圖7C中明顯看出的深度差異進行了校正。合適的第三掩模56包括(但不限於)光刻膠/光阻材料。合適的第三蝕刻包括(但不限於)乾式蝕刻。移除第三掩模56，且在光透射介質18和在光吸收介質32中形成摻雜區域40、42以便提供圖9A至圖9C的裝置前體。圖9A為裝置前體的頂視圖。圖9B為沿著標記為B的線所截取的圖9A中所示裝置前體的截面圖。圖9C為沿著標記為C的線所截取的圖9A中所示裝置前體的截面圖。n型摻雜區域可通過如下步驟形成在裝置前體上形成摻雜掩模，使得n型摻雜區域的位置暴露、且同時保護所述裝置前體的圖示部分的其餘區域。可採用高角度摻雜劑植入過程來形成n型摻雜區域。然後可移除摻雜掩模。相同的順序然後可用於形成P型摻雜區域。可在n型摻雜區域之前形成p型摻雜區域，或者可在p型摻雜區域之前形成n型摻雜區域。從圖9A至圖9C的裝置前體移除第二掩模54，且在該裝置前體上形成第一包層58以便提供圖IOA至圖IOC的裝置前體。圖IOA為裝置前體的頂視圖。儘管從圖IOA的裝置前體上方看不到光吸收介質32的位置，以虛線示出光吸收介質32以便示出在裝置前體上的特徵之間的空間關係。圖IOB為沿著標記為B的線所截取的圖IOA中所示裝置前體的截面圖。圖IOC為沿著標記為C的線所截取的圖IOA中所示裝置前體的截面圖。如在圖IOA和圖IOB中顯而易見的，形成了第一包層58，從而使得待由電導體44接觸的摻雜區域42的部分保持暴露，且該裝置前體的圖示部分的其餘區域受到第一包層58保護。合適的第一包層58包括(但不限於)PECVD澱積矽石，其隨後使用光刻法來實現圖案化。在圖IOA和圖IOC的裝置前體上形成電導體44以便提供圖IIA至圖IlC的裝置前體。圖IlA為裝置前體的頂視圖。儘管從圖IlA的裝置前體上方看不到光吸收介質32的位置，以虛線示出光吸收介質32以示出在裝置前體上的特徵之間的空間關係。圖IlB為沿著標記為B的線所截取的圖IlA中所示裝置前體的截面圖。圖IlC為沿著標記為C的線所截取的圖IlA中所示裝置前體的截面圖。如從圖IlA和圖IlB中顯而易見的，可形成電導體44，使得每個電導體44從摻雜區域42之一延伸、從溝槽24出來、且經過光透射介質18上。合適電導體44包括諸如鈦和鋁這樣的金屬。可通過濺射來澱積金屬，且通過光刻法來圖案化。第二包層60可選地形成於圖IIA至圖IlC的裝置前體上，以便提供圖12A至圖12C的裝置前體。圖12A為裝置前體的頂視圖。儘管從圖12A的裝置前體上方看不到光吸收介質32和電導體44的位置，以虛線示出光吸收介質32和電導體44以便示出在裝置前體上的特徵之間的空間關係。圖12B為沿著標記為B的線所截取的圖12A中所示裝置前體的截面圖。圖12C為沿著標記為C的線所截取的圖12A中所示裝置前體的截面圖。如從圖 12A和圖12B顯而易見的，可圖案化第二包層60，從而使得第二包層60限定所述電導體44的接觸襯墊。合適第二包層60包括(但不限於)PECVD澱積的SiN，其隨後使用光刻法來實現圖案化。在移除了光刻法期間形成的光刻膠之後，圖12A至圖12C的裝置前體能燒結以形成光學裝置。該裝置可結合與接觸襯墊成電連通的電子器件而使用。電子器件能向接觸襯墊施加電能以便形成在光傳感器中跨越整個PIN結上的反向偏壓。當光吸收介質32吸收光信號時，電流流過該光吸收介質32，指示出光信號的接收。圖13A至圖16B示出了生成根據圖2B所構建的光學裝置的方法。該方法被圖示為使用圖5A至圖5C的裝置前體作為起始裝置前體。可從圖5A至圖5C的裝置前體移除第一掩模50，且可在該裝置前體上形成第二掩模54，如在圖13A至圖13C所圖示的那樣。圖13A為裝置前體的頂視圖。圖13B為沿著標記為B的線所截取的圖13A中所示裝置前體的截面圖。圖13C為沿著標記為C的線所截取的圖13A中所示裝置前體的截面圖。圖13D為沿著標記為D的線所截取的圖13A中所示裝置前體的截面圖。形成了第二掩模54，從而使得將要形成溝槽24的區域保持暴露。第二掩模54還暴露將形成電接觸襯墊的接觸區域。第二掩模54保護著裝置前體的圖示部分的其餘區域。合適的第二掩模54包括諸如矽石掩模這樣的硬式掩模。在裝置前體上執行第二蝕刻，以便提供圖13A至圖13C的裝置前體。在將蝕刻材料的第一部分蝕刻到溝槽24的所需深度時，停止第二蝕刻。由於第二蝕刻同時地蝕刻了該光透射介質18和光吸收介質32，第二蝕刻將光透射介質18和光吸收介質32蝕刻到不同的深度。舉例而言，圖13B示出了比光透射介質18更深地蝕刻的光吸收介質32。合適的第二蝕刻包括(但不限於)能蝕刻光透射介質18和光吸收介質32 二者的乾式蝕刻。第三掩模56形成於圖13A至圖13D的裝置前體上，如由圖14A至圖14D的裝置前體所圖示的那樣。圖14A為裝置前體的頂視圖。儘管從圖14A的裝置前體上方看不到光吸收介質32的位置，以虛線示出光吸收介質32以便示出在第三掩模56與下面的光吸收介質32之間的空間關係。圖14B為沿著標記為B的線所截取的圖14A中所示裝置前體的截面圖。圖14C為沿著標記為C的線所截取的圖14A中所示裝置前體的截面圖。圖14D為沿著標記為D的線所截取的圖14A中所示裝置前體的截面圖。形成了第三掩模56，從而使得第二掩模54與第三掩模56的組合使得與波導16相關聯的溝槽24暴露、而同時保護了裝置前體的圖示部分的其餘區域。然後執行第三蝕刻以便提供圖14A至圖14D的裝置前體。執行第三蝕刻，從而使得與波導16和光傳感器相關聯的溝槽24被蝕刻至大約相同深度。因此，第三蝕刻針對於在圖13C和圖13D中顯而易見的深度差異進行了校正。從圖14A至圖14D的裝置前體移除了第三掩模56。間隔層46形成於所得到的結構上，如在圖15A至圖15C所圖示的那樣。圖15A為裝置前體的頂視圖。圖15B為沿著標記為B的線所截取的圖15A中所示裝置前體的截面圖。圖15C為沿著標記為C的線所截取的圖15A中所示裝置前體的截面圖。用於間隔層46的合適材料包括(但不限於)PECVD澱積矽石，其隨後使用光刻法利用溼式蝕刻而得以圖案化。電導體44形成於圖15A至圖15C的裝置前體上，如在圖16A和圖16B中所圖示的那樣。圖16A和圖16B各自為裝置前體的截面圖。如從圖16A和圖16B明顯看出，可形成 電導體44，從而使得每個電導體44從間隔層46延伸到旁側頂部。每個電導體44還從溝槽24延伸出來且進入到接觸區域內。合適電導體44包括諸如鈦和鋁這樣的金屬。可通過濺射來澱積金屬，且通過光刻法來圖案化。包層和接觸襯墊可形成於圖16A和圖16的裝置前體上，如結合圖12A至圖12C所討論的那樣。所得到的接觸襯墊可結合如上文所公開的電子器件使用。圖13A至圖16B的方法可適於形成圖2A的裝置。舉例而言，第二蝕刻和第三蝕刻能向下執行到基底20的水平、且實行該方法的其餘部分，而不形成間隔層46。圖17A至圖22C示出了生成根據圖2C所構建的光學裝置的方法。該方法被示出為使用絕緣矽片晶片或晶片作為光學裝置的起始前體。但是，該方法可適於除了絕緣矽片平臺之外的平臺。可使用圖6A至圖6C的裝置前體來開始該方法。舉例而言，可在圖6A至圖6C的裝置前體上執行第二蝕刻，以提供圖17A至圖17C的裝置前體。圖17A為裝置前體的頂視圖。圖17B為沿著標記為B的線所截取的圖17A中所示裝置前體的截面圖。圖17C為沿著標記為C的線所截取的圖17A中所示裝置前體的截面圖。當將該蝕刻材料的第一部分蝕刻到大約溝槽24的所需深度時，停止第二蝕刻。但是，第二蝕刻並不蝕刻穿過光吸收介質。因此，光吸收介質的脊從光吸收介質的平板區域向上延伸。由於第二蝕刻同時地蝕刻該光透射介質18和光吸收介質32，第二蝕刻將光透射介質18和光吸收介質32蝕刻到不同的深度。舉例而言，圖17B示出了比光透射介質18更深地蝕刻的光吸收介質32。合適的第二蝕刻包括(但不限於)能蝕刻光透射介質18和光吸收介質32 二者的乾式蝕刻。第三掩模56形成於圖17A至圖17C的裝置前體上，如由圖18A至圖18C的裝置前體所圖示的那樣。圖18A為裝置前體的頂視圖。儘管從圖18A的裝置前體上方看不到光吸收介質32的位置，光吸收介質32被示出為虛線以便示出在第三掩模56與下面的光吸收介質32之間的空間關係。圖18B為沿著標記為B的線所截取的圖18A中所示裝置前體的截面圖。圖18C為沿著標記為C的線所截取的圖18A中所示裝置前體的截面圖。第三掩模56的部分被形成於第二掩模54上方。形成第三掩模56,從而使得第二掩模54與第三掩模56的組合使得與波導16相關聯的溝槽24暴露、而同時保護裝置前體的圖示部分的其餘區域。然後執行第三蝕刻以便提供圖18A至圖18C的裝置前體。執行第三蝕刻，從而使得與波導16和光傳感器相關聯的溝槽24蝕刻至大約相同深度。因此，第三蝕刻校正了在圖17B和圖17C中明顯看出的深度差異。合適第三掩模56包括(但不限於)光刻膠。合適的第三蝕刻包括(但不限於)乾式蝕刻。移除了第三掩模56,且在光透射介質18中和在光吸收介質32中形成摻雜區域40,42以便提供圖19A至圖19C的裝置前體。圖19A為裝置前體的頂視圖。圖19B為沿著標記為B的線所截取的圖19A中所示裝置前體的截面圖。圖19C為沿著標記為C的線所截取的圖19A中所示裝置前體的截面圖。n型摻雜區域可通過在裝置前體上形成摻雜掩模而生成，因此暴露n型摻雜區域的位置，而同時保護了裝置前體的圖示部分的其餘區域。可採用高角度摻雜劑植入過程來形成n型摻雜區域。可移除摻雜掩模。相同順序然後可用於形成P型摻雜區域。可在n型摻雜區域之前形成p型摻雜區域，或者可在p型摻雜區域之前 形成n型摻雜區域。從圖19A至圖19C的裝置前體移除第二掩模54，且在該裝置前體上形成第一包層58以便提供圖20A至圖20C的裝置前體。圖20A為裝置前體的頂視圖。儘管從圖20A的裝置前體上方看不到光吸收介質32的位置，光吸收介質32被圖示為虛線以便示出在裝置前體上的特徵之間的空間關係。圖20B為沿著標記為B的線所截取的圖20A中所示裝置前體的截面圖。圖20C為沿著標記為C的線所截取的圖20A中所示裝置前體的截面圖。如從圖20A和圖20B明顯看出，形成了第一包層58，從而使得將要由電導體44接觸的摻雜區域42的部分保持暴露、且該裝置前體的圖示部分的其餘區域受到第一包層58保護。合適第一包層58包括(但不限於)PECVD澱積矽石，其隨後使用光刻法而實現圖案化。在圖20A和圖20C的裝置前體上形成電導體44，以便提供圖21A至圖21C的裝置前體。圖21A為裝置前體的頂視圖。儘管從圖21A的裝置前體上方看不到光吸收介質32的位置，光吸收介質32圖示為虛線以便示出在裝置前體上的特徵之間的空間關係。圖21B為沿著標記為B的線所截取的圖21A中所示裝置前體的截面圖。圖21C為沿著標記為C的線所截取的圖21A中所示裝置前體的截面圖。如從圖21A和圖21B顯而易見的，可形成電導體44，使得每個電導體44從摻雜區域42之一延伸、從溝槽24出來、且經過光透射介質18上。合適電導體44包括諸如鈦和鋁這樣的金屬。可通過濺射來澱積，金屬且通過光刻法來實現圖案化。第二包層60可選地形成於圖21A至圖21C的裝置前體上，以便提供圖22A至圖22C的裝置前體。圖22A為裝置前體的頂視圖。儘管從圖22A的裝置前體上方看不到光吸收介質32和電導體44的位置，以虛線示出光吸收介質32和電導體44以便示出在裝置前體上的特徵之間的空間關係。圖22B為沿著標記為B的線所截取的圖22A中所示裝置前體的截面圖。圖22C為沿著標記為C的線所截取的圖22A中所示裝置前體的截面圖。如從圖22A和圖22B明顯看出，可圖案化第二包層60，從而使得第二包層60限定電導體44的接觸襯墊。合適第二包層60包括(但不限於)PECVD澱積的SiN，其隨後使用光刻法而實現圖案化。在移除了光刻法期間所形成的光刻膠之後，圖22至圖22C的裝置前體能被燒結以形成光學裝置。該裝置可結合與接觸襯墊成電連通的電子器件而使用。電子器件能向接觸襯墊施加電能以便形成跨越整個光傳感器中的PIN結上的反向偏壓。當光吸收介質32吸收光信號時，電流流過該光吸收介質32，指示了光信號的接收。鑑於這些教導內容，本發明的其它實施例、組合和修改對於本領域普通技術人員 將顯而易見。因此，本發明應僅受到所附權利要求限制，其包括結合上述說明書和附圖而觀察時能想到的所有這樣的實施例和修改。
權利要求
1.ー種光學裝置，包括 在基底上的波導，所述波導配置為用以引導光信號穿過光透射介質；以及 位於所述基底上的光傳感器， 所述光傳感器包括脊，其從平板區域延伸，所述平板區域在所述脊的相對側上；光吸收介質，其定位成用以從所述波導中的光透射介質接收所述光信號的至少一部分，所述光吸收介質包括於所述脊中，且也包括於所述平板區域中，所述光透射介質和所述光吸收介質為不同材料，所述光吸收介質包括摻雜區域，所述摻雜區域定位成用以使得在所述摻雜區域之間施加反向偏壓形成了在包括於所述脊中的所述光吸收介質中的電場。
2.根據權利要求I所述的裝置，其特徵在於，所述摻雜區域定位於所述脊的相對側上。
3.根據權利要求I所述的裝置，其特徵在於，包括於每個平板區域中的所述光吸收介質與包括於所述脊中的所述光吸收介質是連續的。
4.根據權利要求I所述的裝置，其特徵在於，包括於每個平板區域中的所述光吸收介質與包括於所述脊中的所述光吸收介質是連續的。
5.根據權利要求I所述的裝置，其特徵在於，所述摻雜區域中的ー個或多個包括於所述平板區域之一和所述脊這二者中。
6.根據權利要求I所述的裝置，其特徵在於，ー個或多個電接觸件定位在包括於所述平板區域之一的所述光吸收介質上。
7.根據權利要求I所述的裝置，其特徵在幹，電接觸件各自定位在包括於所述平板區域之一的所述光吸收介質上，從而使得所述脊定位於所述電接觸件之間。
8.根據權利要求7所述的裝置，其特徵在幹，每個電接觸件接觸著所述光吸收介質。
9.根據權利要求I所述的裝置，其特徵在於，所述電場的至少一部分能形成在ー種路徑上該路徑從所述平板區域之一，穿過所述脊下方的光吸收介質，且然後到所述平板區域中另ー個、而不進入所述光透射介質。
10.根據權利要求I所述的裝置，其特徵在於，所述光透射材料是在所述基底與包括於所述脊中的所述光吸收介質之間。
11.根據權利要求I所述的裝置，其特徵在於，所述光透射材料是在所述基底與包括於所述平板中的所述光吸收介質之間。
12.根據權利要求I所述的裝置，其特徵在於，所述光透射材料是在所述基底與包括於所述脊中的所述光吸收介質之間，以及也是在所述基底與包括於所述平板區域中每ー個中的光吸收介質之間。
13.根據權利要求I所述的裝置，其特徵在於，包括於所述脊中的所述光吸收介質具有在旁側之間的頂部，且所述摻雜區域中每ー個接觸著所述旁側之一。
14.根據權利要求I所述的裝置，其特徵在於，包括於所述脊中的所述光吸收介質的一部分是在所述摻雜區域之間，且為未摻雜的。
15.根據權利要求I所述的裝置，其特徵在於，所述光吸收材料包括鍺。
16.根據權利要求I所述的裝置，其特徵在於，所述光透射介質和所述光吸收介質在界面處彼此接觸，所述界面配置為使得所述光信號行進穿過所述界面，所述界面相對於所述光信號穿過所述界面處的波導而傳播的方向為非垂直角的。
17.根據權利要求14所述的裝置，其特徵在於，所述角度在80°與85°之間。
全文摘要
該裝置包括在基底上的光學波導。該波導被配置為引導光信號穿過光透射介質。光傳感器也定位於基底上。光傳感器包括從平板區域延伸的脊。平板區域定位於脊的相對側上。光吸收介質被定位成從包括于波導中的光透射介質接收光信號的至少一部分。光吸收介質包括於脊中且也在平板區域中。光吸收介質包括摻雜區域，摻雜區域被定位成使得跨越整個摻雜區域上施加反向偏壓在包括於該脊中的光吸收介質中形成電場。
文檔編號H01L31/0232GK102696113SQ201080050030
公開日2012年9月26日 申請日期2010年8月25日 優先權日2009年9月4日
發明者M.阿斯哈裡, 廖世蓉, 鄭大衛, 龔正致 申請人:科途嘉光電公司