CN106547122B - 一种反向pn型掺杂结构及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种反向PN型硅基电光调制器的掺杂结构及制备方法。该掺杂结构集成在一个硅基鱼骨形条形波导上，包括P++型掺杂区域，N++型掺杂区域，P型掺杂区域，P‑型掺杂区域，N型掺杂区域，N‑型掺杂区域，条形光波导，电极，电极通孔，利用控制离子注入深度的方式制作竖直向反向PN型掺杂结构。本发明中条形光波导内的竖直方向反向PN结的形成主要靠选择不同的离子注入深度，简化了制备工艺步骤，同时降低了离子注入工艺中对掩膜对准精度的要求。
Description
技术领域
本发明涉及光通信、光互连、高速光调制等技术领域，特别涉及一种反向PN型硅基电光调制器的掺杂结构及制备方法。
背景技术
硅基光子器件由于能够实现超大规模、超高密度、超低功耗、超低成本的光子器件、以及和电子器件的单芯片集成、而且其制造工艺与传统CMOS工艺兼容，成为近些年来国际上光电子领域引人注目的研究热点。电光调制器是光互连、光计算、光通讯系统中的关键器件之一，它在功能上完成从电信号到光信号的转换，给光信号传输和计算等一切利用数字及模拟光信号实现信息处理和传输的系统提供起始数据信号。
单晶硅是典型的中心反演对称晶体，不具有线性电光效应，高阶电光效应也很微弱，而热光效应的调制速度又无法满足高频通信的要求。在Si材料中，应用最广的调制机制是等离子体色散效应(plasma dispersion effect)：材料中的载流子浓度在外加电场作用下变化，从而引起材料折射率和吸收系数的变化。
反向PN型电光调制器由于其工作在反向偏压时PN结处于耗尽状态，载流子在电场的作用下主要是做漂移运动，因而其运动速度快，有利于实现高速电光调制，因此成为高速硅基电光调制器的常用结构。反向PN结结构根据P型和N型掺杂的相对位置关系主要分为竖直向和水平向两种结构类型。水平向的反向PN型结构的调制区波导中P型掺杂区和N型掺杂区基本处于同一高度，竖直向PN型结构的调制区波导中P型掺杂区在N型掺杂区上方(或者下方)。水平向反向PN型结构制作工艺简单并且成熟，但此种结构载流子浓度的变化区域较小，与光场的交叠积分也较小，调制效率较低；竖直向反向PN型结构载流子与光场的交叠积分较大，调制效率较高。
常规的竖直型反向PN结结构制作工艺较为复杂，一般方法为先进行波导刻蚀与P型(或N型)掺杂，之后，在波导上生长硅，然后，再进行N型(或P型)掺杂。找到一种制备工艺步骤简单、精度要求不高的竖直PN型掺杂结构以及制作方法非常重要。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的主要目的在于提供一种反向PN型硅基电光调制器的掺杂结构及制备方法，其CMOS工艺制备方法简单，并且能够提高耗尽型硅基电光调制器的调制效率。
(二)技术方案
本发明提供一种反向PN型硅基电光调制器的掺杂结构，集成在一个硅基鱼骨形条形波导上，该硅基鱼骨形条形波导中间为条形光波导113，用于通光，在条形光波导两侧，对称分布P++型掺杂区域101和N++型掺杂区域102，其特征在于，P++型掺杂区域101，位于硅基鱼骨形条形波导一侧，包括条形部分和至少一侧壁部分；
N++型掺杂区域102，位于硅基鱼骨形条形波导另一侧，包括条形部分和至少一侧壁部分，与P++型掺杂区域101平行对称；
条形光波导113，位于硅基鱼骨形条形波导的P++型掺杂区域101与N++型掺杂区域102之间，且平行于P++型掺杂区域101和N++型掺杂区域102的条形部分；
其中，该条形光波导113自下而上依次包括第二N型掺杂区域109、耗尽层108和第二P型掺杂区域107，第二P型掺杂区域107与第二N型掺杂区域109构成PN结，该PN结其结构为竖直方向，耗尽层108位于该PN结的中间，第二P型掺杂区域107通过第一P型掺杂区域103与P++型掺杂区域101的侧壁部分相连，第二N型掺杂区域109通过第一N型掺杂区域105与N++型掺杂区域102的侧壁部分相连。
其中，所述P++型掺杂区域101、第一P型掺杂区域103、和光波导内的第二P型掺杂区域107形成P型离子掺杂的衍生区域，所述N++型掺杂区域102、第一N型掺杂区域105、和光波导内的第二N型掺杂区域109形成N型离子掺杂的衍生区域，该P型离子掺杂的区域与该N型离子掺杂的区域相接触，形成衍生耗尽层112。
其中，所述P++型掺杂区域101通过电极通孔110与调制器的电极111相连接形成欧姆接触，其掺杂浓度为1019cm-3～1022cm-3。
其中，所述N++型掺杂区域102通过电极通孔110与调制器的电极111相连接形成欧姆接触，其掺杂浓度为1019cm-3～1022cm-3。
其中，所述第一P型掺杂区域103，其掺杂浓度为1×1017cm-3～2×1018cm-3。
其中，所述第一N型掺杂区域105，其掺杂浓度为1×1017cm-3～2×1018cm-3。
其中，所述条形光波导内的耗尽层108，其厚度在10-200nm之间。
其中，在所述PN结中，第二P型掺杂区域107与第二N型掺杂区域109的位置能够互换，第二P型掺杂区域107在上且第二N型掺杂区域109在下，或者第二P型掺杂区域107在下且第二N型掺杂区域109在上。
本发明的另一方面提供一种反向PN型硅基电光调制器的掺杂结构的制备方法，用于制备所述的反向PN型硅基电光调制器的掺杂结构，该方法包括：
S101：选择原始材料SOI晶圆或晶片；
S102：刻蚀SOI晶圆或晶片的顶层硅形成硅基鱼骨形条形波导结构；
S103：在硅基鱼骨形条形波导结构之上形成P++型掺杂区域101、N++型掺杂区域102、第一P型掺杂区域103及第一N型掺杂区域105；
S104：快速热退火，沉积二氧化硅并磨平；
S105：光刻形成电极过孔窗口，刻蚀形成在P++区域和N++区域上的电极过孔沉积金属材料，剥离金属形成调制器电极，最终形成反向PN型硅基电光调制器的掺杂结构。
其中，步骤S101中所述SOI晶圆或晶片最底层为衬底硅，衬底硅之上为二氧化硅，二氧化硅之上为顶层硅，顶层硅厚度在200nm-400nm之间。
其中，步骤S103中所述在硅基鱼骨形条形波导结构之上形成P++型掺杂区域101、N++型掺杂区域102、第一P型掺杂区域103及第一N型掺杂区域105包括：
在硅基鱼骨形条形波导一侧的条形部分和与条形部分相连的部分侧壁处进行光刻，形成离子注入窗口，在形成的离子注入窗口处进行高浓度N型离子注入，形成N++型掺杂区域102；
在硅基鱼骨形条形波导中间的条形部分及与N++型掺杂区域102的侧壁部分相连的侧壁部分进行光刻，形成离子注入窗口，控制离子注入深度，使得N型注入离子主要分布在顶层硅的下半部，形成第一N型掺杂区域105；
在硅基鱼骨形条形波导另一侧的条形部分和与条形部分相连的部分侧壁处进行光刻，形成离子注入窗口，在形成的离子注入窗口处进行高浓度P型离子注入，形成P++型掺杂区域101；以及
在硅基鱼骨形条形波导中间的条形部分及与P++型掺杂区域101的侧壁部分相连的侧壁部分进行光刻，形成离子注入窗口，控制离子注入深度，使得P型注入离子主要分布在顶层硅的上半部，形成第一P型掺杂区域103其中，对于第二P型掺杂区域107在上且第二N型掺杂区域109在下的PN结构，先进行N型离子注入后才能进行P型离子注入；对于第二P型掺杂区域107在下且第二N型掺杂区域109在上的PN结构，先进行P型离子注入后才能进行N型离子注入。
其中，步骤S104中所述快速热退火，沉积二氧化硅并磨平包括：
快速热退火，退火温度在850-1200℃之间，时间3-30秒，沉积0.5um-4um厚度的二氧化硅并磨平。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本发明的积极效果在于：
(1)本发明中的掺杂结构的光波导采用鱼骨形条型波导，波导结构的形成是将特定区域的顶层硅全部刻蚀掉，相比于常规硅基光调制器使用的脊形波导，本发明中的波导结构的形成降低了波导刻蚀工艺中对刻蚀时间的精度控制要求。
(2)本发明中调制区光波导中的PN结是竖直方向反向PN结，相比于水平方向反向PN型结构，提高了调制器的调制效率。
(3)本发明中条形光波导内的竖直方向反向PN结的形成主要靠离子注入时选择不同的离子注入深度，相比先进行一种类型掺杂而后生长一定厚度硅再行另一类型掺杂形成竖直方向反向PN结的方式，简化了制备工艺步骤，同时降低了离子注入工艺中对掩膜对准精度的要求。
附图说明
图1是本发明的一具体实施例的反向PN型硅基电光调制器的掺杂结构示意图；
图2是本发明的一具体实施例的反向PN型硅基电光调制器的掺杂结构的制备方法流程图；
图3是SOI晶圆或芯片结构示意图；
图4是刻蚀顶层硅形成的鱼骨形条形波导结构示意图；
图5是N型离子注入后的鱼骨形条形波导结构示意图；
图6是P型离子注入后的鱼骨形条形波导结构示意图；
图7是N++型离子注入后鱼骨形条形波导结构示意图；
图8是P++型离子注入后鱼骨形条形波导结构示意图；
图9是沉积一定厚度二氧化硅后的掺杂结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
图1是本发明的一具体实施例的反向PN型硅基电光调制器的掺杂结构示意图，该反向PN型硅基电光调制器的掺杂结构集成在一个硅基鱼骨形条形波导上，该硅基鱼骨形条形波导中间为条形光波导113，用于通光，在条形光波导两侧，对称分布P++型掺杂区域101和N++型掺杂区域102，其中：
P++型掺杂区域101，位于硅基鱼骨形条形波导一侧，包括条形部分和至少一侧壁部分；
N++型掺杂区域102，位于硅基鱼骨形条形波导另一侧，包括条形部分和至少一侧壁部分，与P++型掺杂区域101平行对称；
条形光波导113，位于硅基鱼骨形条形波导的P++型掺杂区域101与N++型掺杂区域102之间，且平行于P++型掺杂区域101和N++型掺杂区域102的条形部分；
其中，该条形光波导113自下而上依次包括第二N型掺杂区域109、耗尽层108和第二P型掺杂区域107，第二P型掺杂区域107与第二N型掺杂区域109构成PN结，该PN结其结构为竖直方向，耗尽层108位于该PN结的中间，第二P型掺杂区域107通过第一P型掺杂区域103与P++型掺杂区域101的侧壁部分相连，第二N型掺杂区域109通过第一N型掺杂区域105与N++型掺杂区域102的侧壁部分相连。
在本发明的实施例中，P++型掺杂区域101、第一P型掺杂区域103、和光波导内的第二P型掺杂区域107形成P型离子掺杂的衍生区域，N++型掺杂区域102、第一N型掺杂区域105、和光波导内的第二N型掺杂区域109形成N型离子掺杂的衍生区域，P型离子掺杂的衍生区域和N型离子掺杂的衍生区域相接触，会形成衍生耗尽层112。
在本发明的实施例中，P++型掺杂区域101通过电极通孔110与调制器的电极111相连接形成欧姆接触，其掺杂浓度为1019cm-3～1022cm-3。N++型掺杂区域102通过电极通孔110与调制器的电极111相连接形成欧姆接触，其掺杂浓度为1019cm-3～1022cm-3。第一P型掺杂区域103，其掺杂浓度为1×1017cm-3～2×1018cm-3。第一N型掺杂区域105，其掺杂浓度为1×1017cm-3～2×1018cm-3。条形光波导内的耗尽层108，其厚度在10-200nm之间。
在本发明的实施例中，PN结中的第二P型掺杂区域107与第二N型掺杂区域109的位置可以互换，即第二P型掺杂区域107在上且第二N型掺杂区域109在下，或者第二P型掺杂区域107在下且第二N型掺杂区域109在上。
基于上述图1所示的反向PN型硅基电光调制器的掺杂结构，本发明实施例还提供了一种反向PN型硅基电光调制器的掺杂结构的制备方法，该掺杂结构集成在一个硅基鱼骨形条形波导上。
如图2所示，为本发明的一具体实施例的反向PN型硅基电光调制器的掺杂结构的制备方法流程图，其制备方法包括如下步骤：
S101：选择原始材料SOI晶圆或晶片。SOI晶圆或晶片最底层为衬底硅，衬底硅之上为二氧化硅，二氧化硅之上为顶层硅，顶层硅厚度为220nm，二氧化硅厚度为2μm，衬底硅厚度为725-750μm。如图3所示为SOI晶圆或芯片结构示意图，SOI晶圆或芯片最底层为衬底硅，衬底硅之上为二氧化硅，二氧化硅之上为顶层硅。
S102：刻蚀SOI晶圆或晶片的顶层硅形成硅基鱼骨形条形波导结构。
具体为在顶层硅进行光刻，一般的光刻工艺要经历硅片表面清洗烘干、涂底、旋涂光刻胶、软烘、对准曝光、后烘、显影、硬烘、刻蚀、检测等工序。
如图4所示为刻蚀顶层硅形成的鱼骨形条形波导结构示意图，最底层为衬底硅，衬底硅之上为二氧化硅，二氧化硅之上为刻蚀顶层硅形成的硅基鱼骨形条形波导。鱼骨形条型波导的形成是将特定区域的顶层硅全部刻蚀掉，相比于常规硅基光调制器使用的脊形波导，本发明中的波导结构的形成降低了波导刻蚀工艺中对刻蚀时间的精度控制要求。
S103：在硅基鱼骨形条形波导结构之上形成P++型掺杂区域101、N++型掺杂区域102、第一P型掺杂区域103及第一N型掺杂区域105。
在硅基鱼骨形条形波导中间的条形部分及与其相连的一侧的部分侧壁进行光刻，形成离子注入窗口，控制离子注入深度，使得N型注入离子主要分布在顶层硅的下半部，形成N型掺杂区域。如图5所示为N型离子注入后的鱼骨形条形波导结构示意图，最底层为衬底硅，衬底硅之上为二氧化硅，N型注入离子主要分布在顶层硅的下半部，由于扩散效应的存在，顶层硅的上半部渗透有浓度较低的N型离子。
在硅基鱼骨形条形波导中间的条形部分及与其相连的另一侧的部分侧壁进行光刻，形成离子注入窗口，控制离子注入深度，使得P型注入离子主要分布在顶层硅的上半部，形成P型掺杂区域。
如图6所示为P型离子注入后的鱼骨形条形波导结构示意图，最底层为衬底硅，衬底硅之上为二氧化硅，硅基鱼骨形条形波导中间的条形部分由于其顶层硅下半部掺杂为N型离子，其顶层硅上半部掺杂为P型离子，构成竖直方向的PN结，PN结中间形成耗尽层，与硅基鱼骨形条形波导中间的条形部分相连的一侧的部分侧壁，其掺杂的N型离子主要在侧壁的顶层硅的下半部，由于扩散效应的存在，侧壁的顶层硅的上半部106渗透有浓度较低的N型离子；与硅基鱼骨形条形波导中间的条形部分相连的另一侧的部分侧壁，其掺杂的P型离子主要在侧壁的顶层硅的上半部，由于扩散效应的存在，侧壁的顶层硅的下半部104渗透有浓度较低的P型离子。
本发明中调制区光波导中的PN结是竖直方向反向PN结，相比于水平方向反向PN型结构，提高了调制器的调制效率。条形光波导内的竖直方向反向PN结的形成主要靠离子注入时选择不同的离子注入深度，相比先进行一种类型掺杂而后生长一定厚度硅再行另一类型掺杂形成竖直方向反向PN结的方式，简化了制备工艺步骤，同时降低了离子注入工艺中对掩膜对准精度的要求。
在硅基鱼骨形条形波导一侧的条形部分和与条形部分相连的部分侧壁处进行光刻，形成离子注入窗口，在形成的离子注入窗口处进行高浓度N型离子注入，形成N++型掺杂区域，此处N++型掺杂区域的部分侧壁与N型离子掺杂的侧壁部分相连。图7所示为N++型离子注入后鱼骨形条形波导结构示意图。
在硅基鱼骨形条形波导另一侧的条形部分和与条形部分相连的部分侧壁处进行光刻，形成离子注入窗口，在形成的离子注入窗口处进行高浓度P型离子注入，形成P++型掺杂区域，此处P++型掺杂区域的部分侧壁与步骤S104中P型离子掺杂的侧壁部分相连。图8所示为P++型离子注入后鱼骨形条形波导结构示意图。
S104：快速热退火，沉积二氧化硅并磨平。其中，快速热退火，退火温度1000℃，时间10秒，沉积1um厚度的二氧化硅并磨平。图9所示为沉积一定厚度二氧化硅后的掺杂结构示意图。
S105：光刻形成电极过孔窗口，刻蚀形成在P++区域和N++区域上的电极过孔沉积金属材料，剥离金属形成调制器电极，最终形成反向PN型硅基电光调制器的掺杂结构。如图1所示，为最终形成反向PN型硅基电光调制器的掺杂结构示意图。
调制器的掺杂结构工作原理如下：无偏压时，鱼骨形条形波导的光场模式与波导中的载流子浓度具有一定的重叠积分；反向偏压时，随着外加电压增大，光波导中的耗尽层逐渐变宽，鱼骨形条形波导的光场模式与波导中的载流子浓度的重叠积分变小；由等离子色散效应可知，光波导有效折射率增大。调制器通过一定光学结构(如马赫增德尔结构)将光波导中折射率的变化转换成传输光相位的改变，通过干涉实现光的功率调制功能。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (13)
1.一种反向PN型硅基电光调制器的掺杂结构，集成在一个硅基鱼骨形条形波导上，该硅基鱼骨形条形波导中间为条形光波导(113)，用于通光，在条形光波导两侧，对称分布P++型掺杂区域(101)和N++型掺杂区域(102)，其特征在于，P++型掺杂区域(101)，位于硅基鱼骨形条形波导一侧，包括条形部分和至少一侧壁部分；
N++型掺杂区域(102)，位于硅基鱼骨形条形波导另一侧，包括条形部分和至少一侧壁部分，与P++型掺杂区域(101)平行对称；
条形光波导(113)，位于硅基鱼骨形条形波导的P++型掺杂区域(101)与N++型掺杂区域(102)之间，且平行于P++型掺杂区域(101)和N++型掺杂区域(102)的条形部分；
其中，该条形光波导(113)自下而上依次包括第二N型掺杂区域(109)、耗尽层(108)和第二P型掺杂区域(107)，第二P型掺杂区域(107)与第二N型掺杂区域(109)构成PN结，该PN结其结构为竖直方向，耗尽层(108)位于该PN结的中间，第二P型掺杂区域(107)通过第一P型掺杂区域(103)与P++型掺杂区域(101)的侧壁部分相连，第二N型掺杂区域(109)通过第一N型掺杂区域(105)与N++型掺杂区域(102)的侧壁部分相连。
2.根据权利要求1所述的反向PN型硅基电光调制器的掺杂结构，其特征在于，所述P++型掺杂区域(101)、第一P型掺杂区域(103)、和光波导内的第二P型掺杂区域(107)形成P型离子掺杂的衍生区域，所述N++型掺杂区域(102)、第一N型掺杂区域(105)、和光波导内的第二N型掺杂区域(109)形成N型离子掺杂的衍生区域，该P型离子掺杂的衍生区域与该N型离子掺杂的衍生区域相接触，形成衍生耗尽层(112)。
3.根据权利要求1所述的反向PN型硅基电光调制器的掺杂结构，其特征在于，所述P++型掺杂区域(101)通过电极通孔(110)与调制器的电极(111)相连接形成欧姆接触，其掺杂浓度为1019cm-3～1022cm-3。
4.根据权利要求1所述的反向PN型硅基电光调制器的掺杂结构，其特征在于，所述N++型掺杂区域(102)通过电极通孔(110)与调制器的电极(111)相连接形成欧姆接触，其掺杂浓度为1019cm-3～1022cm-3。
5.根据权利要求1所述的反向PN型硅基电光调制器的掺杂结构，其特征在于，所述第一P型掺杂区域(103)，其掺杂浓度为1×1017cm-3～2×1018cm-3。
6.根据权利要求1所述的反向PN型硅基电光调制器的掺杂结构，其特征在于，所述第一N型掺杂区域(105)，其掺杂浓度为1×1017cm-3～2×1018cm-3。
7.根据权利要求1所述的反向PN型硅基电光调制器的掺杂结构，其特征在于，所述条形光波导内的耗尽层(108)，其厚度在10-200nm之间。
8.根据权利要求1所述的反向PN型硅基电光调制器的掺杂结构，其特征在于，在所述PN结中，第二P型掺杂区域(107)与第二N型掺杂区域(109)的位置能够互换，第二P型掺杂区域(107)在上且第二N型掺杂区域(109)在下，或者第二P型掺杂区域(107)在下且第二N型掺杂区域(109)在上。
9.一种反向PN型硅基电光调制器的掺杂结构的制备方法，用于制备权利要求1-8中任一项所述的反向PN型硅基电光调制器的掺杂结构，该方法包括：
S101：选择原始材料SOI晶圆或晶片；
S102：刻蚀SOI晶圆或晶片的顶层硅形成硅基鱼骨形条形波导结构；
S103：在硅基鱼骨形条形波导结构之上形成P++型掺杂区域(101)、N++型掺杂区域(102)、第一P型掺杂区域(103)及第一N型掺杂区域(105)；
S104：快速热退火，沉积二氧化硅并磨平；
S105：光刻形成电极过孔窗口，刻蚀形成在P++区域和N++区域上的电极过孔沉积金属材料，剥离金属形成调制器电极，最终形成反向PN型硅基电光调制器的掺杂结构。
10.根据权利要求9所述的反向PN型硅基电光调制器的掺杂结构的制备方法，其特征在于，步骤S101中所述SOI晶圆或晶片最底层为衬底硅，衬底硅之上为二氧化硅，二氧化硅之上为顶层硅，顶层硅厚度在200nm-400nm之间。
11.根据权利要求9所述的反向PN型硅基电光调制器的掺杂结构的制备方法，其特征在于，所述在硅基鱼骨形条形波导结构之上形成P++型掺杂区域(101)、N++型掺杂区域(102)、第一P型掺杂区域(103)及第一N型掺杂区域(105)的步骤S103包括：
在硅基鱼骨形条形波导一侧的条形部分和与条形部分相连的部分侧壁处进行光刻，形成离子注入窗口，在形成的离子注入窗口处进行高浓度N型离子注入，形成N++型掺杂区域(102)；
在硅基鱼骨形条形波导中间的条形部分及与N++型掺杂区域(102)的侧壁部分相连的侧壁部分进行光刻，形成离子注入窗口，控制离子注入深度，使得N型注入离子主要分布在顶层硅的下半部，形成第一N型掺杂区域(105)；
在硅基鱼骨形条形波导另一侧的条形部分和与条形部分相连的部分侧壁处进行光刻，形成离子注入窗口，在形成的离子注入窗口处进行高浓度P型离子注入，形成P++型掺杂区域(101)；以及
在硅基鱼骨形条形波导中间的条形部分及与P++型掺杂区域(101)的侧壁部分相连的侧壁部分进行光刻，形成离子注入窗口，控制离子注入深度，使得P型注入离子主要分布在顶层硅的上半部，形成第一P型掺杂区域(103)。
12.根据权利要求11所述的反向PN型硅基电光调制器的掺杂结构的制备方法，其特征在于，
对于第二P型掺杂区域(107)在上且第二N型掺杂区域(109)在下的PN结构，先进行N型离子注入后才能进行P型离子注入；
对于第二P型掺杂区域(107)在下且第二N型掺杂区域(109)在上的PN结构，先进行P型离子注入后才能进行N型离子注入。
13.根据权利要求9所述的反向PN型硅基电光调制器的掺杂结构的制备方法，其特征在于，步骤S104中所述快速热退火，沉积二氧化硅并磨平包括：
快速热退火，退火温度在850-1200℃之间，时间3-30秒，沉积0.5um-4um厚度的二氧化硅并磨平。
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Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20060008223A1 (en) * | 2003-08-15 | 2006-01-12 | Luxtera, Inc | PN diode optical modulators fabricated in rib waveguides |
| WO2011101632A1 (en) * | 2010-02-17 | 2011-08-25 | University Of Surrey | Electro-optic device |
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Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20060008223A1 (en) * | 2003-08-15 | 2006-01-12 | Luxtera, Inc | PN diode optical modulators fabricated in rib waveguides |
| WO2011101632A1 (en) * | 2010-02-17 | 2011-08-25 | University Of Surrey | Electro-optic device |
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