专利名称：用于电光调制器的波导电容器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种集成光电子器件，特别是一种光波导器件。
背景技术：
基于硅的电光调制器利用自由载流子色散效应来调制光波相位移。在这些器 件中，电光调制的物理媒体是一个光波导和电容器的复合体，在这个复合体中， 电容器所存储的电荷量的改变将改变光波在波导中传播时所积累的相位移。这个 复合体我们这里称为波导电容。
无论是金属-氧化物-半导体MOS电容还是其他已被使用的波导电容，其调制 效率都不高，主要体现在电容器中，电荷调制的区域在整个光波导的截面积内所 占比例小，同时光波导的截面积大。
图l是现有技术MOS波导电容的示意图。图中波导下覆盖层l，为原SOI 圆晶片中的埋入二氧化硅，其上为硅脊波导平板区2、波导脊5，脊波导平板区2 和波导脊5上部是绝缘层3，绝缘层3上加载半导体4。通过绝缘层3，所加载半 导体4和波导脊5之间形成电容。同时，所加载半导体4和原脊波导一起形成新 的波导。
图1所示的波导电容器，电荷调制的区域只是绝缘层上下十几个纳米的范 围，而波导的模斑横截面积大于一个微米。光波导截面积大，波导电容电荷调制 的区域在整个光波导的截面积内所占比例小，这使调制器效率低。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于电光调制器的波导电容器，要解决的技术问题 是提高基于互补金属氧化物半导体CMOS的电光调制器的效率。
本发明采用以下技术方案 一种用于电光调制器的波导电容器，包括脊波 导，所述脊波导的波导脊上刻蚀有槽型结构，并在其上加载半导体材料，所加载 的半导体材料和脊波导之间有绝缘层隔离，所加载半导体材料填充至所刻蚀的槽中。
本发明脊波导的波导脊上沿波导纵向刻有纵向槽。 本发明脊波导的波导脊上沿波导纵向周期性的刻有横向槽。
本发明脊波导的波导脊上沿波导纵向周期性的刻有横向槽，其间隔周期略短 于光波长的二分之一。
本发明的绝缘层形成在脊波导的波导脊和平板区上。
本发明脊波导的平板区上沉积或氧化形成场二氧化硅，所述场二氧化硅的厚 度大于或等于波导脊的高度。
本发明的绝缘层和场二氧化硅上加载有半导体材料。 本发明加载的半导体材料沿波导纵向形状宽度呈周期性变化。 本发明绝缘层的厚度小于io纳米。 本发明的半导体材料为多晶硅层。
本发明与现有技术相比，脊波导的波导脊上刻蚀有槽型结构，提高了单位波 导导模模斑横截面所携带的电容值，这是决定基于自由载流子色散效应的电光调 制器的调制效率的关键参数，同时，波导导模的有效模斑尺寸比现有的波导电容 小，对光的限制因子大，有利于提高调制器的效率。
图1为现有技术基于SOI的MOS波导电容结构示意。 图2为本发明实施例基于SOI的双脊波导加载波导电容结构示意。 图3为本发明实施例基于SOI的双脊波导之栅极加载波导电容的结构。 图4 (a)为本发明实施例基于SOI的双脊波导之非连续的栅极加载的波导电 容结构的俯视图。 图4 (b)为图4 (a)中A点的截面图。 图4 (c)为图4 (a)中B点的截面图。
图5 (a)为本发明实施例基于SOI的周期性单脊波导之栅极加载的波导电容 结构的纵向图。
图5 (b)为本发明实施例基于SOI的周期性单脊波导之栅极加载的波导电容 结构的立体图。
图6为本发明实施例封盖式双脊波导波导电容示意。
图7为本发明实施例封盖式周期性单脊波导之栅极加载的波导电容的结构图。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
如图2所示，在绝缘体硅片SOI (Silicon on insulator)起始脊波导的波导脊5 上刻有纵向槽7，形成双脊波导，槽的深度可任意选择，在所形成的双脊波导的 表面，包括平板区2，通过氧化形成薄的二氧化硅绝缘层3;然后在其上对应于波 导脊5的部分加载半导体材料6，所加载半导体材料6把所刻纵向槽7完全填充。 绝缘层3的厚度小于IO纳米，半导体材料6为单晶硅或多晶硅，加载方式为沉积 或生长。
如图3所示，在起始的波导脊5上刻蚀纵向槽7形成一个双脊结构后，在所 形成双脊波导的平板区2上通过沉积或局部氧化形成场二氧化硅(field oxide) 8， 场二氧化硅8的厚度大于或等于波导脊的高度，然后在波导脊5和纵向槽7上形 成栅极绝缘层3，栅极绝缘层3和场二氧化硅8上为所加载半导体层9，或波导脊 5和纵向槽7与场二氧化硅8上形成栅极绝缘层3,栅极绝缘层3上为所加载半导 体层9，其可以是多晶硅，单晶硅，或三五族化合物。在所加载半导体层9之上 覆盖低折射率绝缘材料12，金属接触电极10提供在所加载半导体层9和原始硅 层ll的对外连接。
加载半导体层9后，光波导的波导核心(waveguide core)由原来的脊波导的 波导脊5和半导体层9在波导脊之上的区域组合形成，波导脊5和伴导体层9之 间由非常薄，小于IO纳米的栅极绝缘层分开，不影响统一导模的形成。而原始脊 波导硅平板区2和伴导体层9之间的场二氧化硅8形成了对光模式的横向限制。
双脊波导之栅极加载波导电容的制作过程和互补金属氧化物半导体CMOS中 的形成栅极多晶硅的过程完全一样。而极薄的栅极绝缘层有效地提高了波导电容 的电容值，有利于降低电光调制器的功耗。
如图4 (a)所示，波导脊12设置在中部，金属接触电极14设置在两侧，所 加载半导体层的宽度沿波导传播方向呈周期性分布。波导脊12上A点和B点为 沿波导方向的不同位置。如图4 (b)所示，A点的横截面和图3所示实施例相 似，加载半导体层9在横向展开。如图4 (c)所示，B点的横截面所加载半导体 层13在横向不展开。
周期性单脊波导是在原始的单脊波导的波导脊上沿波导纵向周期性地刻蚀横 向槽后形成的结构。如图5 (a)所示，二氧化硅层1上部的波导脊5，在波导脊 5上刻蚀横向槽16，沿波导纵向周期性排列，其间隔周期略短于光波长的二分之 一，使光在波导中的传播速度变慢。所加载半导体层15与被刻蚀的波导脊5之间 有绝缘层3。如图5 (b)所示，与图3实施例的结构类似，所加载半导体层15在 横向展开，在所加载半导体层15和原始脊波导的平板区2之间是场二氧化硅。同 时，所刻蚀的横向槽16可以从边到边贯通，也可以不贯通。
如图6所示，封盖式双脊波导波导电容，与图3所示的基于SOI的双脊波导 之栅极加载波导电容的结构的区别在于所加载的半导体层9和起始脊波导的平 板区2之间没有场二氧化硅，亦即，在硅的表面形成绝缘层3后直接加载半导体 层9。加载后的波导仍保持脊波导的形状，提供对光波的横向限制，而所加载的 半导体层9和绝缘层3下面的硅形成电容。
封盖式加载，可以用到单脊波导上，形成封盖式周期性单脊波导之栅极加载 的波导电容的结构。如图7所示，波导脊5刻蚀有沿纵向周期性分布的横向槽
16,所加载半导体层9直接覆盖于之前形成的绝缘层3上。
权利要求
1.一种用于电光调制器的波导电容器，包括脊波导，其特征在于所述脊波导的波导脊上刻蚀有槽型结构，并在其上加载半导体材料，所加载的半导体材料和脊波导之间有绝缘层隔离，所加载半导体材料填充至所刻蚀的槽中。
2. 根据权利要求1所述的用于电光调制器的波导电容器，其特征在于所述脊波 导的波导脊上沿波导纵向刻有纵向槽。
3. 根据权利要求1所述的用于电光调制器的波导电容器，其特征在于所述脊波 导的波导脊上沿波导纵向周期性的刻有横向槽。
4. 根据权利要求3所述的用于电光调制器的波导电容器，其特征在于所述脊波 导的波导脊上沿波导纵向周期性的刻有横向槽，其间隔周期略短于光波长的二 分之一。
5. 根据权利要求1、 2、 3或4所述的用于电光调制器的波导电容器，其特征在于所述绝缘层形成在脊波导的波导脊和平板区上。
6. 根据权利要求1、 2、 3或4所述的用于电光调制器的波导电容器，其特征在 于所述脊波导的平板区上沉积或氧化形成场二氧化硅，所述场二氧化硅的厚 度大于或等于波导脊的高度。
7. 根据权利要求6所述的用于电光调制器的波导电容器，其特征在于所述绝缘 层和场二氧化硅上加载有半导体材料。
8. 根据权利要求7所述的用于电光调制器的波导电容器，其特征在于所述加载的半导体材料沿波导纵向形状宽度呈周期性变化。
9. 根据权利要求1、 2、 3或4所述的用于电光调制器的波导电容器，其特征在 于所述绝缘层的厚度小于10纳米。
10. 根据权利要求1、 2、 3或4所述的用于电光调制器的波导电容器，其特征在 于所述半导体材料为多晶硅层。
全文摘要
本发明公开了一种用于电光调制器的波导电容器，要解决的技术问题是提高基于互补金属氧化物半导体CMOS的电光调制器的效率。本发明采用以下技术方案一种用于电光调制器的波导电容器，包括脊波导，所述脊波导的波导脊上刻蚀有槽型结构，并在其上加载半导体材料，所加载的半导体材料和脊波导之间有绝缘层隔离，所加载半导体材料填充至所刻蚀的槽中。本发明与现有技术相比，脊波导的波导脊上刻蚀有槽型结构，提高了单位波导导模模斑横截面所携带的电容值，这是决定基于自由载流子色散效应的电光调制器的调制效率的关键参数，同时，波导导模的有效模斑尺寸比现有的波导电容小，对光的限制因子大，有利于提高调制器的效率。
文档编号G02F1/025GK101373281SQ20081013099
公开日2009年2月25日 申请日期2008年8月20日 优先权日2007年5月31日
发明者冰 李 申请人:冰 李