CN108474973B - 光电子部件 - Google Patents

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Abstract

一种包括波导的光电子部件，波导包括光学有源区域(OAR)，OAR具有上表面和下表面；下部掺杂区域，其中下部掺杂区域位于OAR的下表面的至少一部分处和/或与之相邻，并且以第一方向从OAR侧向向外延伸；上部掺杂区域，其中上部掺杂区域位于OAR的上表面的至少一部分处和/或与之相邻，并且以第二方向从OAR侧向向外延伸；和位于下部掺杂区域与上部掺杂区域之间的本征区域。

Description

光电子部件
技术领域
本发明涉及光电子部件，更具体地涉及带具有波导脊的光学有源区域的光电子部件。
背景技术
在平面光波回路/波导中的光学调制器和光电二极管的构造中，可能会存在性能和制造的容易性及成本方面的问题。在诸如SiGe调制器和Ge光电检测器之类的PIN结器件的情况下，需要通用结构以使得设计和制造将它们集成所在的器件更简单。
对于具有硅/锗(SiGe)介质的调制器来说，采用集总电极的弗朗兹-凯尔迪什(FK)效应被用于实现小尺寸、高速度、低驱动功率消耗和制造的容易性。硅/锗区域提供可有效用于在光谱的C-和L-波段中操作的电吸收效应。
在调制器波导结构中，有源波导可由SiGe制成，并且SiGe波导可以在它们的侧面上被掺杂，以提供有效的电接触并在SiGe波导中产生电场。
PIN器件可跨越有源本征区域创建场，并且此场的形状可能会影响性能。因此，可采用这样的设计框架，其允许器件设计者获得最有效的场，同时也容易制造。基本上器件分为垂直和水平的类别。垂直器件通常在结构的顶部和底部具有触点。在本发明的实施方案中，器件场是有效垂直的(虽然可能是稍微斜的)，但触点是侧向的，同时结构也是相对容易制造的。
发明内容
因此，本发明的实施方案旨在通过提供一种光电子部件来解决上述问题，所述光电子部件包括：包括波导脊的光学有源区域(OAR)，OAR具有上表面和下表面；下部掺杂区域，其中下部掺杂区域位于OAR的下表面的至少一部分处和/或与之相邻，并且以第一方向从波导脊侧向向外延伸；上部掺杂区域，其中上部掺杂区域位于OAR的波导脊的上表面的至少一部分处和/或与之相邻，并且以第二方向从波导侧向向外延伸；和位于下部掺杂区域与上部掺杂区域之间的本征区域。
对所谓“在和/或相邻”应该理解的是，下部掺杂区域可包括：在其下表面处位于OAR本身内的掺杂区域；和/或在OAR以外但与其下表面相邻(即与之电接触)的掺杂区域。
类似地，上部掺杂区域可包括：在其上表面处位于OAR本身内的掺杂区域；和/或在OAR以外但与其上表面相邻(即与之电接触)的掺杂区域。
第一方向和第二方向可以是彼此正相反的，使得它们以各自相反的方向远离波导脊的各自侧壁延伸。
下面阐述本发明的第一方面的实施方案的进一步的任选特征。
在一些实施方案中，OAR可由光学有源材料形成。光学有源材料可以是半导体材料，如Ge或SiGe。光学有源材料将至少部分地为本征半导体材料，但可以是掺杂的。光学有源材料可以是轻度掺杂的。光学有源材料可以是本征半导体或具有1015-1016cm-3范围内的背景n掺杂或p掺杂的本征半导体。
在一些实施方案中，OAR由响应于所施加电场的施加而出现弗朗兹-凯尔迪什(Franz-Keldysh)效应的电吸收介质形成。按这种方式，可通过对上部掺杂区域和下部掺杂区域施加偏压来控制OAR内的光学吸收。光电子部件因此起到调制器的作用。
在其它实施方案中，OAR由适合在当跨越上部掺杂区域和下部掺杂区域施加偏压时检测到光后产生电流的光吸收介质形成。按这种方式，光电子部件起到光电二极管的作用。
含有OAR的波导可以是脊形波导、肋形波导、条形波导或任意合适的波导结构。
可以在SOI平台上形成本发明的实施方案的波导。SOI是用于构造和集成光学器件的实用平台。本发明的实施方案的光电子部件可形成绝缘体上硅平面光回路(SOI-PLC)的一部分。
OAR通常是外延生长在绝缘体上硅平台上面的单光学有源材料(OAM)件。OAR的下表面将是接触上面已经生长OAR的SOI层的表面。上表面将是离SOI层最远的相对的表面。OAR将通常由波导脊部分、以第一方向远离脊侧向延伸的第一平板和以第二方向远离脊延伸的第二平板组成。
OAR的下表面因此通常具有沿着OAR与SOI层的上表面之间的界面延伸的平坦轮廓。OAR的上表面将具有较复杂的轮廓，考虑截面时其可包括：波导脊的上表面；波导脊的侧壁；第一平板的上表面和第二平板的上表面。
掺杂区域可被配置成产生具有电场方向的通过OAR的电场，其中电场方向不同于第一方向和第二方向。一般而言，本发明的实施方案的掺杂区域可基本上跨越OAR的上表面和下表面延伸。电场可形成在第一掺杂区域与第二掺杂区域之间。电场可以是大体上垂直取向的。换言之，在第一掺杂区域与第二掺杂区域之间延伸且穿过OAR的电场线可以是大体上垂直的。电场线可在OAR的顶部与底部之间延伸。在光沿着波导传播时，电场线因此大体上垂直于光传播方向。
技术人员将会理解的是，电场线不需要是精确垂直的。相对于垂直取向成角度的场线也落入本发明的范围之内。
例如，如果掺杂区域中的一个或两个至少部分地覆盖OAR的侧壁，则电场线可以不是精确垂直的，或者它们可相对于垂直以一定角度倾斜。类似地，如果掺杂区域中的一个或多个不完全覆盖OAR的上侧或下侧，则再次地，电场线可以不是垂直的，而是电场线可相对于垂直以一定角度倾斜。
在一些实施方案中，电场方向垂直于或基本上垂直于第一方向和第二方向。
OAR上方和下方的掺杂区域将导致垂直场(即垂直于第一方向和第二方向的场)。掺杂区域在OAR的任一侧的侧向延伸导致基本上垂直或“偏离垂直”的电场，因为场线可与垂直线形成0-45度的角度。
光学有源区域可由例如SiGe或Ge的光学有源材料形成。
在一些实施方案中，在OAR处的波导的脊的上表面平行于OAR的下表面。这允许在第一掺杂区域与第二掺杂区域之间形成的电场是大体上垂直取向的。此外，平行的上表面和下表面允许电场强度跨越波导的宽度是大体上恒定的。
OAR的上表面可与OAR的下表面是相对的。换言之，上表面可以在下表面上方。
任选地，光电子部件进一步包括在第一接触表面处接触下部掺杂区域的第一电极和在第二接触表面处接触上部掺杂区域的第二电极；其中第一接触表面以第一方向从波导脊侧向偏移；且其中第二接触表面以第二方向从波导脊侧向偏移。
在一些实施方案中，第一接触表面和第二接触表面沿着侧向平面彼此对准。此侧向平面可采取与光电子芯片的平面平行的平面的形式，即具体地平行于或基本上平行于box层。
可将电极侧向设置于波导脊的任一侧。电极接触掺杂区域的表面可从波导脊侧向偏移。每个接触表面的侧向偏移可以是在大体上垂直于场线的取向的方向上。换言之，场线将具有垂直分量。在一些实施方案中，场线可以是垂直或基本上垂直取向的，而电极接触表面以与场正交或基本上正交的方向，即以水平或基本上水平的方向从OAR的波导脊偏移。重要的是，使电极接触表面与OAR的波导脊分离，因为在OAR的波导脊附近存在金属会引起光损耗。
在一些本文所述的实施方案中，经由弗朗兹-凯尔迪什效应来控制穿过波导的OAR的光的振幅或相位。在其它实施方案中，经由自由载流子等离子体色散效应来控制穿过波导的光的振幅或相位。
跨越OAR形成的电场可改变光学有源材料的有效折射率。进而，由于通过施加电场引起光学有源材料的有效折射率变化，因此光将在OAR中不同地传播。通过控制因此对电极施加的电压，有可能控制OAR中所含光的至少一种性质。光学有源材料的这种性质变化例如可用于调制通过OAR的光(即相位调制)。
在光电子器件包括PIN结，在诸如SiGe的合适材料中，并且施加反向偏压的情况下，可利用弗朗兹-凯尔迪什效应，并且这样可产生具有高速度的调制器。
对于正向偏压下的PIN结，将发生载流子注入，导致通过自由载流子等离子体色散效应操作的较低速调制器。
OAR可由响应于在掺杂区域之间施加电偏压及随之形成的电场而出现弗朗兹-凯尔迪什效应的材料形成。弗朗兹-凯尔迪什效应是通过OAR的具有特定波长的光的光学吸收和/或光学相位的变化，其中OAR是体半导体材料。弗朗兹-凯尔迪什效应是由在有源材料OAR中存在电场引起的。
提高电场可增加由OAR吸收的光量。因此，连接于电极的电子器件可用于调谐电场，以便调谐由OAR的有源材料吸收的光量。
因此，电子器件可调制电场，以便调制光信号的振幅。
通过跨越OAR施加反向偏压也可将本发明的实施方案的光电子部件用作光电检测器。可通过对与上部掺杂区域和下部掺杂区域电连接的电极适当施加电荷来实现反向偏压。这种反向偏压意味着通过OAR的光中的至少一些将被OAR吸收以产生电子-空穴对，其导致电流流过上部掺杂区域与下部掺杂区域之间(或下部掺杂区域与上部掺杂区域之间)的OAR。测量这种电流则可指示接收到光信号。所产生的电流的大小可取决于所接收的光(通过OAR的光)的功率或强度。按这种方式，有源光学波导可被配置成作为光电检测器来操作。
电极可以从电极接触表面延伸到部件的上表面。这允许接入到电极以施加电压。然后电压信号跨越电极接触表面传输到掺杂区域。从部件的上表面可接入对应于下部掺杂区域的电极和对应于上部掺杂区域的电极，其使得更加容易对电极附接进一步的电子部件。进一步的电子器件可包括用于对掺杂区域提供信号电压的电子器件。类似地，电极可用于测量来自掺杂区域的电压或电流。
任选地，第一电极接触表面以第一方向从OAR的波导脊侧向偏移。
任选地，第二电极接触表面以第二方向从OAR的波导脊侧向偏移。
在电极接触表面是在OAR的相对侧的情况下，存在空间的有效利用，从而允许更加容易接入到第一电极和第二电极。这进而允许光电子部件更小。例如，对应于下部掺杂区域的电极可以在波导的靠左侧，且对应于上部掺杂区域的电极接触表面可以在靠右侧(或反之亦然)。
任选地，第一电极接触表面和第二电极接触表面的内边缘到它们各自的波导脊的最近边缘等距离。“接触表面的内边缘”意指到波导脊的电极接触表面的最近点。“电极接触表面”意指电极附接于掺杂区域(上部或下部)的区域。按这种方式，电极接触表面可关于OAR对称地间隔开。
任选地，第一电极接触表面和第二电极接触表面的内边缘到它们各自的OAR的波导脊的最近边缘可不等距离。换言之，第一接触表面的内边缘可比第二接触表面的内边缘离OAR的波导脊更远，或者第二接触表面的内边缘可比第一接触表面的内边缘离OAR的波导脊更远。电极接触表面可关于OAR的波导脊不对称地间隔开。电极接触表面与OAR的波导脊的接近度影响部件的可能的调制切换速度。当电极接触表面更接近OAR的波导脊时，更快的调制速度是可能的。
在一些实施方案中，接触表面中的一个或两个的内边缘和OAR的波导脊的最近边缘的分离不超过1微米。
在一些实施方案中，接触表面中的一个或多个的内边缘和OAR的波导脊的最近边缘的分离不超过2微米。
第一电极和第二电极可由铝或其它合适的材料形成，如(但不限于)金、铜或银。
电极接触表面可各自是平面的或大体上平面的。
在一些实施方案中，第一接触表面和第二接触表面在同一侧向平面中。按这种方式，可在同一制作步骤中实现两个接触表面(即电极与各自的掺杂区域之间的界面)的制作。
在一些实施方案中，接触平面通过OAR的波导脊。
第一接触表面和第二接触表面可不在同一侧向平面中。换言之，第一电极接触表面可与第二电极接触表面垂直地偏移。
在一些实施方案中，第一接触表面可与OAR的下表面在同一平面中。
在一些实施方案中，接触平面不通过OAR的波导脊。第一电极接触表面和第二电极接触表面可在经过OAR的波导脊上方或下方的接触平面中。
波导可形成在绝缘体上硅(SOI)衬底上。
在一些实施方案中，上部掺杂区域掺杂有p型掺杂剂，且下部掺杂区域掺杂有n型掺杂剂。在这种情况下，其中光学有源材料是本征半导体，则上部掺杂区域、光学有源材料和下部掺杂区域一起形成PIN结。
在一些实施方案中，上部掺杂区域掺杂有n型掺杂剂，且下部掺杂区域掺杂有p型掺杂剂。在这种情况下，其中光学有源材料是本征半导体，则下部掺杂区域、光学有源材料和上部掺杂区域一起形成PIN结。
在保持容易制造接触表面的同时，PIN结将尽可能地接近于垂直PIN结。
在一些实施方案中，上部掺杂区域可掺杂有p型掺杂剂，且下部掺杂区域可掺杂有p型掺杂剂。在这种情况下，其中光学有源材料是本征半导体，则下部掺杂区域、光学有源材料和上部掺杂区域一起形成PIP结。
在保持容易制造接触表面的同时，PIP结将尽可能地接近于垂直PIP结。
在一些实施方案中，上部掺杂区域可掺杂有n型掺杂剂，且下部掺杂区域可掺杂有n型掺杂剂。在这种情况下，其中光学有源材料是本征半导体，则下部掺杂区域、光学有源材料和上部掺杂区域一起形成NIN结。
下部掺杂区域由或部分地由Si形成，例如SOI层，其可形成在OAR的下表面的至少一部分下方的层中。
上部掺杂区域可以是OAR本身的光学有源材料的掺杂区域。换言之，可将掺杂剂注入光学有源材料以在OAR的波导脊的顶部形成掺杂层。
下部掺杂区域可由光学有源材料的掺杂区域形成或部分地由光学有源材料的掺杂区域形成。换言之，可将掺杂剂注入光学有源材料以在OAR的底部形成掺杂层。
在一些实施方案中，下部掺杂部分形成在位于OAR的正下方的层(例如SOI层)中，且然后在OAR的下表面处迁移(例如通过掺杂剂扩散)到光学有源材料中。
任选地，上部掺杂区域是光学有源材料的掺杂区域，且下部掺杂区域是Si的掺杂层。
任选地，下部掺杂区域是光学有源材料的掺杂区域，且上部掺杂区域是光学有源材料的掺杂区域。
任选地，上部掺杂区域覆盖OAR的上表面。
任选地，下部掺杂区域覆盖OAR的下表面。
任选地，上部掺杂区域部分地覆盖OAR的波导脊的上表面。
任选地，下部掺杂区域部分地覆盖OAR的下表面。
任选地，上部掺杂区域包括第一掺杂区和第二掺杂区；其中上部掺杂区域的第二掺杂区中的掺杂剂浓度高于上部掺杂区域的第一掺杂区中的掺杂剂浓度；且其中上部掺杂区域的第二掺杂区包括第二接触表面。
任选地，上部掺杂区域的第一掺杂区在OAR的波导脊的上表面处和/或与之相邻，且上部掺杂区域的第二掺杂区位于以第二方向从OAR的波导脊侧向移位的位置处。
任选地，下部掺杂区域包括第一掺杂区和第二掺杂区；其中下部掺杂区域的第二掺杂区中的掺杂剂浓度高于下部掺杂区域的第一掺杂区中的掺杂剂浓度；且其中下部掺杂区域的第二掺杂区包括第一接触表面。
上部掺杂区域的第二区中的平均掺杂剂浓度高于上部掺杂区域的第一区中的掺杂剂浓度。每单位体积的掺杂剂区域的掺杂剂浓度可较高，或者每单位面积的掺杂剂区域的掺杂剂浓度可较高。这可通过在第二上部掺杂剂区上的多个掺杂剂注入步骤或者在第二上部掺杂剂区上采用比在第一上部掺杂剂区上更长持续时间的掺杂剂注入步骤来实现。
任选地，上部掺杂区域的第二区具有掺杂剂浓度1019-1020 cm-3。对于n型掺杂，元素可以是磷或砷；对于p型掺杂，元素可以是硼。
任选地，上部掺杂区域的第一区具有掺杂剂浓度5 x 1016 - 5 x 1018 cm-3。用于n型掺杂的元素可以是磷或砷；用于p型掺杂的元素可以是硼。
在第一电极接触表面附近，上部掺杂区域的掺杂剂浓度可较高。这允许较小的接触电阻，其将决定电带宽连同结电容
任选地，上部掺杂区域在其第一区与第二区之间是阶梯状的。掺杂区域可以不是单一的平坦部分，而是可以在第一上部接触区与第二上部接触区之间具有过渡的掺杂区域。上部掺杂区域可具有阶梯形轮廓。阶梯形轮廓可允许第一区和第二区基本上平坦，同时也彼此垂直地偏移。第一区与第二区之间的垂直偏移可允许第一电极接触表面与OAR上方的掺杂区域(第一上部掺杂区)之间的垂直偏移。
任选地，上部掺杂区域的第一区在OAR的上表面(包括OAR的波导脊的上表面)处和/或与之相邻，且上部掺杂区域的第二区以第二方向从OAR的波导脊向外延伸。上部掺杂区域可远离OAR的波导脊延伸，从而允许在远离OAR的波导脊的区域中将电极附接于上部掺杂区域，这对于避免由电极吸收所引起的光损耗是可取的。
在一些实施方案中，上部掺杂区域的第一掺杂区在OAR的波导脊的上表面处和/或与之相邻，沿着波导脊的侧壁并侧向地沿着平板、以第二方向远离波导脊延伸。在这类实施方案中，第二掺杂区可位于第一掺杂区内。
任选地，上部掺杂区域的第一区是OAR的波导脊的掺杂区域。可将掺杂剂注入波导本身的材料中，从而在波导的材料的上表面的紧下方形成掺杂层。掺杂层可部分或完全地跨越OAR的波导脊的宽度延伸。
任选地，上部掺杂区域的第一区可由与光学有源材料不同的材料形成。第一区可以是例如不同材料的层。此材料层可掺杂有掺杂剂离子。该材料层可部分或完全地跨越OAR波导的波导脊的宽度延伸。
第一上部区可由掺杂硅制成。
任选地，上部掺杂区域的第一区可以是OAR的掺杂区域，且上部掺杂区域的第二区可以是Si的掺杂层。OAR的掺杂区域可部分或完全地跨越OAR的波导脊的宽度延伸。第二上部区可接触与OAR的波导脊的角部相邻的第一上部区。
在一些实施方案中，下部掺杂区域在第一上部区与第二上部区之间是阶梯状的。下部掺杂区域可以不是单一的平坦部分，而是可以在其第一区与第二区之间具有过渡的掺杂区域。上部掺杂区域可具有阶梯形轮廓。阶梯形轮廓可允许第一上部区和第二上部区中的每一个基本上是平面的，同时也彼此垂直地偏移。第一上部掺杂区与第二上部掺杂区之间的垂直偏移可允许第一电极接触表面与OAR的波导脊的掺杂区域(第一上部区)之间的垂直偏移。
在一些实施方案中，下部掺杂区域可远离OAR的波导脊延伸，从而允许在远离OAR的波导脊的区域中将电极附接于下部掺杂区域，这对于避免由电极吸收所引起的光损耗是可取的。
在一些实施方案中，下部掺杂区域的第二区具有比第一下部区高的平均掺杂剂浓度。每单位体积的掺杂剂区域的掺杂剂浓度可较高，或者每单位面积的掺杂剂区域的掺杂剂浓度可较高。这可通过具有较高的注入剂量来实现。
任选地，第二上部区具有掺杂剂浓度1019-1020 cm-3。
用于n型掺杂的元素可以是磷或砷；用于p型掺杂的元素可以是硼。
任选地，第一上部区具有掺杂剂浓度5 x 1016 - 5 x 1018 cm-3。
用于n型掺杂的元素可以是磷或砷；用于p型掺杂的元素可以是硼。
第一接触表面可位于下部掺杂区域的第二区处。
任选地，在第一电极接触表面附近，上部掺杂区域的掺杂剂浓度较高，这对于避免由电极吸收所引起的光损耗是可取的。
在一些实施方案中，下部掺杂区域的第一掺杂区位于OAR的正下方；且下部掺杂区域的第二掺杂区位于OAR内，从波导脊侧向移位，下部掺杂区域的第二掺杂区具有包括第一接触表面的上表面和与下部掺杂区域的第一掺杂区直接接触的下表面。
任选地，下部掺杂区域的第二掺杂区位于OAR的高度降低的部分内。在一些实施方案中，OAR的高度降低的这部分在添加掺杂剂前被预蚀刻。
任选地，OAR的高度降低的部分是OAR的在添加下部掺杂区域的掺杂剂物质（species）前已被蚀刻的部分。
在一些实施方案中，将蚀刻实施成一直蚀刻穿过波导的平板以产生通孔（via）而不是高度降低的部分。
任选地，下部掺杂区域的第一掺杂区位于OAR的正下方，并且OAR包括以第一方向延伸的平板，平板在以第一方向从波导脊侧向移位的位置处呈现穿过其其厚度的通孔。在这类实施方案中，下部掺杂区域的第二掺杂区可位于第一掺杂区内，在通孔的正下方。
根据本发明的一个实施方案，提供了一种包括波导的光电子部件，所述波导包括：包括波导脊、波导脊的第一侧上的第一平板和波导脊的第二侧上的第二平板的光学有源区域(OAR)，OAR具有上表面和下表面；下部掺杂区域，其中下部掺杂区域位于与OAR的下表面的一部分相邻处；下部掺杂部分还沿着OAR的第一平板侧向并与之相邻以第一方向远离脊延伸；上部掺杂区域，其中上部掺杂区域位于OAR的脊的上表面的至少一部分内，并且以第二方向沿着OAR的第二平板侧向向外延伸；和位于下部掺杂区域与上部掺杂区域之间的本征区域。
在本文所述的下部掺杂区域位于与OAR的下表面的至少一部分相邻处的任一实施方案中，下部掺杂区域可以被调适，使得其在OAR的下表面与OAR下面的掺杂SOI层之间形成的界面处及超出该界面处迁移到OAR中。
掺杂剂从下面的SOI层扩散到OAR中允许使第一掺杂区域部分地在OAR材料内。与硅相比，OAR材料在被掺杂时具有更高的电导率，因此降低了调制器串联电阻并增加了调制器的带宽。
任选地，光电子部件可包括输入波导。输入波导可以是无源波导。输入波导可由Si形成。输入波导可以是基本上未掺杂的。输入波导可具有与光电子部件的波导不同的截面形状。输入波导可具有比光电子部件的波导大的尺寸。输入波导可具有类似的截面形状，但尺寸比光电子部件的波导大。
可将输入波导光学耦合到光电子部件的波导。可通过在输入波导与光电子部件的波导之间包括输入锥形波导区域来实现这种光学耦合。输入锥形波导区域用来在输入波导的截面形状与光电子部件的波导的截面形状之间过渡。
输入锥形区域可包括垂直锥形部-其中输入锥形波导区域的顶表面和底表面沿着输入锥形波导区域的长度往一起靠拢。替代垂直锥形部或者除了垂直锥形部之外，输入锥形波导区域可包括水平锥形部，其中输入锥形波导区域的侧表面沿着输入锥形波导区域的长度往一起靠拢。输入锥形波导区域的截面面积可沿着输入锥形波导区域的长度减小。输入锥形波导区域可与输入波导一体地形成。也就是说，输入波导在光电子部件的波导附近逐渐变细。锥形波导区域可将入射光引导到光电子部件中。
在一些实施方案中，光电子部件可包括输出波导。输出波导可以是无源波导。输出波导可由Si形成。输出波导可以是基本上未掺杂的。输出波导可具有与光电子部件的波导不同的截面形状。输出波导可具有比光电子部件的波导大的尺寸。输出波导可具有类似的截面形状，但尺寸比光电子部件的波导大。
可将输出波导光学耦合到光电子部件的波导。可通过在光电子部件的波导与输出波导之间包括输出锥形波导区域来实现这种光学耦合。锥形波导区域用来在光电子部件的波导的截面形状与输出波导的截面形状之间过渡。
输出锥形区域可包括垂直锥形部-其中输出锥形波导区域的顶表面和底表面沿着输出锥形波导区域的长度分开。替代垂直锥形部或者除了垂直锥形部之外，可以有水平锥形部，其中输出锥形波导区域的侧表面沿着输出锥形波导区域的长度分开。输出锥形波导的截面面积可沿着输出锥形波导区域的长度增加。输出锥形波导区域可与输出波导一体地形成。也就是说，输出波导在光电子部件的波导的输出附近逐渐变细。锥形波导可将来自光电子部件的出射光引导到输出波导中。
将要理解的是，光电子部件可包括如上所述的输入波导和输出波导。进一步将要理解的是，输入波导和输出波导不需要尺寸相同。
输入锥形部和输出锥形部可允许输入波导尺寸和/或输出波导尺寸比光电子部件的波导大。较大的波导通常更容易制造，光纤-波导耦合损耗较低。然而，较小的光电子部件是可取的，以便其可以较高的速度进行操作。输入波导和/或输出波导与光电子部件之间的锥化允许使用小型光电子部件，其可能呈现相对高的速度，同时还提供较大输入波导和/或输出波导的制造的相对容易性和相对低的耦合损耗。
光电子部件可进一步包括光电子部件与第一波导(例如输入波导或输出波导)之间的界面，其中界面相对于波导的引导方向成小于90°的角度α。界面相对于波导的引导方向可成介于89°与80°之间的角度，并且在一些实例中为81°。光电子部件可进一步包括光电子部件与第二波导之间的第二界面，其中第二界面可相对于波导的引导方向成小于90°的角度β。第二界面可相对于波导的引导方向成介于89°与80°之间的角度，并且在一些实例中为81°。角度α和β可相等或不相等。可以按不同的意义来测量角度(即一个顺时针且另一个逆时针)，使得即使在它们相等时，它们也不是平行的。通过提供一个或多个成角度的界面，可以减少背反射，同时不妨碍光电子部件的外延生长，因为自衬底起的角度在整个器件中是相同的。使用术语引导方向可意指波导沿着其引导光的方向。进一步地，它们可在第一波导(例如输入波导或输出波导)的引导方向与穿过光学有源区域的波导的引导方向之间成大于0°的角度。这些角度可分别用ϕ和γ表示。在80°<α、β<89°的情况下，则可能出现0.3°<ϕ、γ<3°的情况。在一些实例中，OAR的引导方向与光电子器件的全局水平线(globalhorizontal)之间的角度δ可大于0°。在1°<δ<10°的情况下，可能的是0.3°<ϕ、γ<3°。所谓全局水平线，其可意指其上设置光电子器件的芯片具有可被认为是主要的垂直和水平方向(这些是相互正交的)的。在例如图38中，OAR的引导方向可被认为是对准全局水平线方向(即与全局水平线方向平行)；即全局水平线与线C-C'平行。因此，在例如图39中，OAR的引导方向与全局水平线成大于零的角度。对于从输入波导进入OAR的光或对于从OAR进入输出波导的光，角度ϕ和γ可被选择成匹配由斯涅尔定律决定的折射角。更详细地，在输入波导与OAR波导之间的界面处，将输入波导的材料的折射率和OAR波导的材料的折射率输入斯涅尔定律中以确定由于折射率的变化而在该界面处发生的折射角。然后选择输入波导与OAR波导所成的角度，使得输入波导以给定的入射角定向，并使得OAR波导以已对两种波导材料和给定的入射角 (当然，也可以用折射角为“已知”量反向进行计算)计算出的对应折射角定向。在OAR的波导与输出波导之间形成的界面处实施相同的处理。如果输入界面和输出界面处的波导的角度以这种方式不匹配，使用斯涅尔定律，则进入高折射率材料(high indexmaterial)波导的光的角度可能在对于基本模式的波导的接受角以外，从而导致光的一些部分耦合到更高阶模式。考虑到α=β= 80°的两个界面，此插入损耗可能是不可忽略的数量，为十分之几dB到半个dB，并且进而可促成器件的插入损耗。此插入损耗可能是不可忽略的数量，导致器件插入损耗的显著增加，并且调制器的功率代价对应增加，对应需要增加激光功率或提高接收器灵敏度，并且光链路中功率效率对应下降。
换句话说，输入波导与OAR的波导之间的界面与穿过波导的光信号的传播方向可具有非正交的角度。类似地，输出波导与OAR的波导之间的界面与穿过输出波导的光信号的传播方向可具有非正交的角度(并且也与穿过OAR的波导的光的传播非正交)。与正交线的角度应足以防止背反射。
任选地，光电子部件可形成光电子器件的一部分。例如光电子部件可以是平面光波回路。光电子部件可以是较长波导的一部分。光电子器件可包括任意数量的光电子部件，其中的一个或多个可以是根据本发明的实施方案的。光电子器件可包括任意数量的根据本发明的实施方案的光电子部件，并且这些光电子部件可按串联或并联排列或其任意组合的方式进行布置。
任选地，光电子器件可以是光学调制器。调制器可以是电吸收调制器(EAM)。此类型的调制器很简单，并且提供相对高的调制速度。光电子器件可以是光电检测器。
任选地，本发明的实施方案旨在通过根据第二方面提供制作光电子部件的方法来解决上述问题。所述方法包括：蚀刻步骤，其中将波导沟槽蚀刻到SOI平台中；下部注入步骤，包括将第一掺杂剂物质注入沟槽的基部和沟槽的第一侧向侧面上的SOI平台上，从而形成下部掺杂区域。所述方法还包括上部侧向注入步骤，包括在邻近沟槽的第二侧向侧面的SOI平台上注入第二掺杂剂物质以形成上部侧向掺杂区域；波导形成步骤，包括将光学有源材料沉积到波导沟槽中；保护步骤，包括形成覆盖掺杂区域和波导的保护层；上部注入步骤，包括将第二掺杂剂物质注入波导的上部区域以形成上部掺杂区域，其中上部侧向掺杂区域和上部掺杂区域是连续的；所述方法还包括金属化步骤，其中制作第一电极，其中第一电极在以第一方向从波导侧向偏移的接触表面处接触下部掺杂区域；制作第二电极，其中第二电极在以第二方向从波导侧向偏移的接触表面处接触上部侧向掺杂区域。
任选地，所述方法进一步包括在波导形成步骤后的附加注入步骤。附加注入步骤可包括：将第一掺杂剂物质注入OAR的位于以第一方向从波导脊侧向移位的下部注入部分的正上方的部分，以形成附加掺杂区，所述附加掺杂区的掺杂剂类型与下部注入部分相同，但掺杂剂浓度大于下部注入部分的掺杂剂浓度，第一电极经由OAR的附加掺杂区接触下部掺杂区域；以及在以第二方向从波导脊侧向移位的位置处将第二掺杂剂物质注入OAR的上部区域，以在上部掺杂区域中形成第二掺杂区，使得第二掺杂区中的掺杂剂浓度高于上部掺杂区域的其余部分中的掺杂剂浓度，第二电极经由OAR的第二掺杂区接触上部掺杂区域。
任选地，同时制作第一电极和第二电极。这是有可能的，因为在制造方法中，电极接触表面可在同一点处准备好金属化。这简化了制造过程。
任选地，将接触表面形成为彼此共面。按这种方式，它们可容易在同一制作步骤中进行制作。
任选地，在波导形成步骤中，外延沉积光学有源材料。
任选地，所述方法进一步包括二次下部注入步骤，其中从波导沟槽侧向偏移的二次侧向掺杂区域掺杂第一掺杂剂物质。此二次下部注入步骤增加了二次侧向掺杂区域中的掺杂剂浓度。
任选地，所述方法进一步包括二次上部侧向注入步骤，其中从波导沟槽侧向偏移的二次上部侧向掺杂区域掺杂第二掺杂剂物质。此二次上部侧向注入步骤增加了二次上部侧向掺杂区域中的掺杂剂浓度。
任选地，所述方法进一步包括平坦化步骤，其中将沉积的光学有源材料平坦化。可通过化学机械平坦化(CMP)将光学有源材料平坦化。
任选地，所述方法进一步包括波导蚀刻步骤，其中回蚀沉积的光学有源材料以形成波导。波导可以是肋型波导。波导可以是倒肋形波导。波导可以是条型波导。光学有源波导可以被回蚀成具有任意合适的截面形状，例如方形或矩形。折射率的有效变化可发生在光学有源材料的窄部分的开口处。光学有源材料可包括从波导区域的窄延伸部。这些窄区域相对于光电子部件中所使用的光的波长可以是窄的。例如，光学有源材料可具有阶梯形截面。光学有源材料可具有倒“T”形截面，其中光学有源材料的宽基部具有相对窄的直立区域。光学有源材料可具有“T”形截面，其中光学有源材料的宽基部具有相对宽的直立区域。波导区域可以是直立区域，并且光学有源材料的区域在直立区域的正下方。波导可以不包括光学有源材料的直立部分的任一侧截面的基部的延伸部，这是因为延伸部相对于所用的光的波长狭窄造成有效折射率变化。
任选地，光学有源材料是Ge或SiGe。
任选地，在上部注入步骤期间，穿过保护层将第二掺杂剂物质注入上部掺杂区域。
任选地，保护层由二氧化硅(SiO2)形成。
任选地，保护层可具有约20-50纳米的厚度。
任选地，所述方法进一步包括钝化步骤，其中钝化步骤包括形成钝化层。
任选地，钝化层覆盖掺杂区域。
任选地，电极通过钝化层。这允许接入到电极。
任选地，钝化层由SiO2形成。
任选地，钝化层可具有0.5μm或约0.5μm的厚度。根据本发明的实施方案的进一步的方面，提供了具有两个波导臂的马赫-曾德尔(Mach-Zehnder，MZ)调制器，每个波导臂包括：包括波导脊的光学有源区域(OAR)，OAR具有上表面和下表面；下部掺杂区域，其中下部掺杂区域位于OAR的下表面的至少一部分处和/或与之相邻，并且以第一方向从波导脊侧向向外延伸；上部掺杂区域，其中上部掺杂区域位于OAR的波导脊的上表面的至少一部分处和/或与之相邻，并且以第二方向从波导脊侧向向外延伸；和位于下部掺杂区域与上部掺杂区域之间的本征区域。
可设想由本文件中公开的光电子器件的任何实例来提供马赫-曾德尔调制器的一个或两个臂中的OAR。
迄今所描述的电吸收调制器(EAM)是通过当跨越PIN结施加偏压时产生的吸收变化来操作的。
为产生调制的输出光信号，马赫-曾德尔调制器依赖于OAR中的相位变化效应而不是吸收变化(如EAM所依赖的)。在MZ调制器中，输入波导被分成两个波导臂，每个波导臂包括根据EAM实施方案的单个波导的OAR。当跨越OAR中的一个或两个的结施加偏压时，穿过相应臂行进的光的相位将受到影响。将两个波导复合，使得来自两个臂的光将干涉；通过两个臂的干涉产生的信号强度取决于两个臂之间的相位差。因此，通过改变两个臂中的光的相对相位，可以调制输出信号的强度。
MZ调制器的每个臂的OAR结构可与本文描述的任一EAM实施方案的OAR结构相同。然而，跨越结施加的驱动电压可以是不同的。为操作EAM实施方案，跨越结施加的电压越大，OAR中的吸收就越多，因为更大的偏压将产生更大的电场。施加的典型驱动电压的实例为2V。为操作MZ调制器，将输出光从开改变为关所需的电压可以被称为Vpi。这可小于或等于单个波导EAM所需的驱动电压(即典型地<2V)。在MZ调制器具有推挽构造的情况下，施加于每个臂的电压应该是V+pi的一半。显然驱动电压越大，MZ的单个臂中的吸收效应就越大。因此，如果臂中的吸收效应以增加调制器的总体吸收的方式得以平衡，则可通过每个臂的OAR中的吸收和相位控制的结合来引起MZ调制器的总体调制。
在一些实施方案中，可通过调节驱动电压和两个臂之间的光学分流比及两个臂的长度来调谐MZ调制器，以便利用吸收和相位效应二者的结合来最大化调制器的效率。
在马赫-曾德尔调制器的一些实施方案中，每个波导臂包括在第一接触表面处接触下部掺杂区域的第一电极和在第二接触表面处接触上部掺杂区域的第二电极；其中第一接触表面以第一方向从波导部分侧向偏移；且其中第二接触表面以第二方向从OAR的波导脊侧向偏移。
在马赫-曾德尔调制器的一些实施方案中，波导臂中的第一个的第一接触表面对应于波导臂中的第二个的第二接触表面，以形成两个波导臂之间共用的中心接触表面；且其中第一波导臂的第一电极对应于第二波导臂的第二电极，以形成两个波导臂之间共用的中心电极。
在马赫-曾德尔调制器的一些实施方案中，用于每个臂的第一接触表面和第二接触表面沿着侧向平面彼此对准。
在马赫-曾德尔调制器的一些实施方案中，对于臂中的一个或两个，上部掺杂区域包括第一掺杂区和第二掺杂区；其中上部掺杂区域的第二掺杂区中的掺杂剂浓度高于上部掺杂区域的第一掺杂区中的掺杂剂浓度；且其中上部掺杂区域的第二上部区包括第二接触表面。
在马赫-曾德尔调制器的一些实施方案中，上部掺杂区域的第一掺杂区在OAR的波导脊的上表面处和/或与之相邻，且上部掺杂区域的第二掺杂区位于以第二方向从OAR的波导脊侧向移位的位置处。
在马赫-曾德尔调制器的一些实施方案中，对于臂中的一个或两个，下部掺杂区域包括第一掺杂区和第二掺杂区；其中下部掺杂区域的第二掺杂区中的掺杂剂浓度高于下部掺杂区域的第一掺杂区中的掺杂剂浓度；且其中下部掺杂区域的第二掺杂区包括第一接触表面。
在马赫-曾德尔调制器的一些实施方案中，下部掺杂区域的第一掺杂区位于OAR的正下方；且下部掺杂区域的第二掺杂区位于OAR内，下部掺杂区域的第二掺杂区具有包括第一接触表面的上表面和与下部掺杂区域的第一掺杂区直接接触的下表面。
在马赫-曾德尔调制器的一些实施方案中，下部掺杂区域的第二掺杂区位于OAR的高度降低的预蚀刻部分内。
在马赫-曾德尔调制器的一些实施方案中，下部掺杂区域的第一掺杂区位于OAR的正下方；OAR包括以第一方向延伸的平板，平板在以第一方向从波导脊侧向移位的位置处呈现穿过其厚度的通孔；且下部掺杂区域的第二掺杂区位于第一掺杂区内，在通孔的正下方。
在马赫-曾德尔调制器的一些实施方案中，每个波导臂进一步包括OAR与第一波导之间的界面，其中界面相对于波导的引导方向成小于90°的角度α。
在马赫-曾德尔调制器的一些实施方案中，界面相对于波导的引导方向成介于89°与80°之间的角度。
在马赫-曾德尔调制器的一些实施方案中，进一步包括OAR与第二波导之间的第二界面，其中第二界面相对于第二波导的引导方向成小于90°的角度β。
根据本发明的实施方案的进一步的方面，提供了制作光电子部件的方法，其包括：
蚀刻步骤，其中将波导沟槽蚀刻到SOI平台中；
下部注入步骤，包括将第一掺杂剂物质注入沟槽的基部和沟槽的第一侧向侧面上的SOI平台上，从而形成下部掺杂区域；
上部侧向注入步骤，包括在邻近沟槽的第二侧向侧面的SOI平台上注入第二掺杂剂物质以形成上部侧向掺杂区域；
波导形成步骤，包括将光学有源材料沉积到波导沟槽中；
保护步骤，包括形成覆盖掺杂区域和波导的保护层；
上部注入步骤，包括将第二掺杂剂物质注入波导的上部区域中以形成上部掺杂区域，其中上部侧向掺杂区域和上部掺杂区域是连续的；
金属化步骤，其中
制作第一电极，其中第一电极在以第一方向从波导侧向偏移的接触点处接触下部掺杂区域；且
制作第二电极，其中第二电极在以第二方向从波导侧向偏移的接触点处接触上部侧向掺杂区域。
所述方法可进一步包括在波导形成步骤后的附加注入步骤 ，附加注入阶段包括：
将掺杂剂物质注入光学有源材料的位于下部注入部分的正上方的部分，以形成与下部注入部分类型相同但掺杂剂浓度大于下部注入部分的掺杂剂浓度的掺杂区域。
所述方法可进一步包括在附加注入步骤前的附加蚀刻步骤；附加蚀刻步骤包括：
蚀刻OAR的位于下部注入区域的正上方的部分以产生OAR的高度降低的区域；
其中OAR的在附加注入步骤期间注入掺杂剂物质的部分包括OAR的高度降低的区域。
波导沟槽可包括马赫-曾德尔干涉仪(MZI)的两个臂，对MZI的一个或两个臂实施所述方法的步骤。
根据本发明的实施方案的进一步的方面，提供了一种光电子部件，其包括：
光学有源区域 (OAR)；和
OAR与波导之间的界面：
其中界面是相对于波导的引导方向成小于90°的角度α设置的。
附图说明
现在将参考说明书、权利要求和附图领会和理解本发明的实施方案的这些及其它特征和优点，其中：
图1显示光电子部件的俯视图，还显示了具有输入锥形波导区域的输入波导和具有输出波导锥形区域的输出波导；
图2显示光电子器件的第一实施方案的穿过图1中所示的线B-B'截取的截面视图；
图3显示光电子器件的第二实施方案的穿过图1中所示的线B-B'截取的截面视图；
图4显示光电子器件的第三实施方案的穿过图1中所示的线B-B'截取的截面视图；
图5显示光电子器件的第四实施方案的穿过图1中所示的线B-B'截取的截面视图；
图6显示光电子器件的第五实施方案的穿过图1中所示的线B-B'截取的截面视图；
图7显示第五实施方案的变型的穿过图1中所示的线B-B'截取的截面视图，其中p和n掺杂相对于图6中所示的实施方案是颠倒的；
图8显示穿过图1中所示的线A-A'截取的截面视图，显示了穿过输入波导的示例截面；
图9显示穿过图1中所示的线A-A'截取的截面视图，线C-C'也显示在图2和图3中；
图10A显示光电子器件的第六实施方案的截面视图，此实施方案可形成在标称0.8um (0.2-1um) SOI平台上；
图10B显示光电子器件的第七实施方案的截面视图，此实施方案可形成在标称0.8um SOI平台上；
图11A显示光电子器件的第八实施方案的截面视图，此实施方案可形成在0.8umSOI平台上；
图11B显示光电子器件的第九实施方案的截面视图，此实施方案可形成在0.8umSOI平台上；
图12A显示光电子器件的第10实施方案的截面视图，此实施方案可形成在0.8umSOI平台上；
图12B显示光电子器件的第11实施方案的截面视图，此实施方案可形成在0.8umSOI平台上；
图13A显示光电子器件的第12实施方案的截面视图，此实施方案可形成在0.8umSOI平台上；
图13B显示光电子器件的第13实施方案的截面视图，此实施方案可形成在0.8umSOI平台上；
图14A显示光电子器件的第14实施方案的截面视图，此实施方案可形成在3um SOI平台上；
图14B显示光电子器件的第15实施方案的截面视图，此实施方案可形成在3um SOI平台上；
图15A显示光电子器件的第16实施方案的截面视图，此实施方案可形成在3um SOI平台上；
图15B显示光电子器件的第17实施方案的截面视图，此实施方案可形成在3um SOI平台上；
图16A显示光电子器件的第18实施方案的截面视图，此实施方案可形成在3um SOI平台上；
图16B显示光电子器件的第19实施方案的截面视图，此实施方案可形成在3um SOI平台上；
图17A显示光电子器件的第20实施方案的截面视图，此实施方案可形成在3um SOI平台上；
图17B显示光电子器件的第21实施方案的截面视图，此实施方案可形成在3um SOI平台上；
图18a至图18o示出形成光电子部件的方法的步骤。此方法适于在0.8um SOI平台上形成光电子部件；
图19a至图19f示出形成光电子部件的进一步的方法的步骤。此实施方案适于在0.8um SOI平台上形成光电子部件；
图20a至图20p示出形成光电子部件的进一步的方法的步骤。此实施方案适于在3um SOI平台上形成光电子部件；
图21a至图21g示出形成光电子部件的进一步的方法的步骤。此实施方案适于在3um SOI平台上形成光电子部件；
图22显示在Si波导和SiGe波导可能接触的点处的示例Si波导截面(例如，输入波导或输出波导)和SiGe波导截面(例如，根据本发明的实施方案的第一方面的光电子部件的波导)；
图23显示光电子器件的进一步的实施方案的穿过图1中所示的线B-B'截取的截面视图；
图24 a至图24n显示适于制作图23的光电子器件的方法；
图25显示根据本发明的实施方案的结合了光电子器件的马赫-曾德尔调制器。马赫-曾德尔调制器可作为差分驱动器进行操作；
图26显示根据本发明的实施方案的结合了光电子器件的马赫-曾德尔调制器。马赫-曾德尔调制器可作为推挽驱动器进行操作；
图27显示光电子器件的进一步的实施方案的穿过图1中所示的线B-B'截取的截面视图；
图28a至图28o显示适于制作图27的光电子器件的方法步骤；
图29显示在3-μm SOI平台上的光电子器件的进一步的实施方案的穿过图1中所示的线B-B'截取的截面视图；
图30a至图30q显示适于制作图29的光电子器件的方法步骤；
图31描述下部掺杂区域向上迁移到OAR中的实施方案；
图32显示光电子部件的俯视图，还显示了具有输入锥形波导区域的输入波导和具有输出波导锥形区域的输出波导；
图33显示光电子部件的俯视图，还显示了具有输入锥形波导区域的输入波导和具有输出波导锥形区域的输出波导，其中光电子部件的一部分具有梯形的几何形状；
图34显示光电子部件的俯视图，还显示了具有输入锥形波导区域的输入波导和具有输出波导锥形区域的输出波导，其中光电子部件具有平行四边形的几何形状；
图35显示光电子部件的俯视图，还显示了具有输入锥形波导区域的输入波导和具有输出波导锥形区域的输出波导，其中光电子部件具有矩形的几何形状，但已相对于输入波导和输出波导以一定角度进行设置。
图36显示光电子部件的俯视图，还显示了与OAR的引导方向成角度ϕ和γ设置的输入波导和输出波导；
图37显示光电子部件的俯视图，还显示了与OAR的引导方向成角度ϕ和γ设置的输入波导和输出波导；
图38显示光电子部件的俯视图，还显示了与OAR的引导方向成角度ϕ和γ设置并布置成使得它们的引导方向平行的输入波导和输出波导；且
图39显示光电子部件的俯视图，还显示了与OAR的引导方向成角度ϕ和γ设置并布置成使得它们的引导方向平行且整个部件已相对于全局水平线旋转角度δ的输入波导和输出波导。
具体实施方式
下面结合附图阐述的具体实施方式旨在作为对根据本发明提供的光电子部件的示例性实施方案的描述，并不旨在表示可以构造或利用本发明的仅有形式。说明书结合所示的实施方案阐述了本发明的特征。然而要理解的是，可通过不同的实施方案来实现相同或等同的功能和结构，不同的实施方案也旨在涵盖于本发明的精神和范围之内。如本文中他处所表示的那样，同样的元件编号旨在表示同样的元件或特征。
图1显示包括根据权利要求1所述的光电子部件的光电子器件的架构。光电子部件101显示在输入波导102与输出波导103之间。还显示了输入波导102的输入锥形区域104和输出波导的输出锥形区域105。输入锥形区域104有助于光从相对宽的输入波导102过渡到相对窄的光电子部件101。类似地，输出锥形区域105有助于光从相对窄的光电子部件101过渡到相对宽的输出波导103。还显示了两条截面线A-A'和B-B'。当说明本发明的实施方案时使用截面位置。
图2显示穿过B-B'(参见图1)的截面。截面视图示出了光电子部件的部件和区域及架构。光学有源材料(例如，SiGe)的中心波导201显示沿着光电子部件的中心伸延-此芯部形成光学有源区域(OAR)。波导201具有上表面202和下表面203。上表面202和下表面203定向彼此相对。
跨越下表面203延伸的是下部p掺杂区域204。下部p掺杂区域204跨越波导(即波导脊) 201的下表面203的整个宽度延伸。远离波导201侧向延伸的是下部侧向p掺杂区域205。将要注意的是，在下部p掺杂区域204与下部侧向p掺杂区域205之间存在连续的掺杂路径。通过连接的p掺杂区域206连结下部侧向p掺杂区域205和下部p掺杂区域204。连接的p掺杂区域206沿着波导201的侧面垂直延伸。连接的p掺杂区域206、下部侧向p掺杂区域205和下部p掺杂区域204形成单个连续的p掺杂区域。
下部超掺杂区域207形成在下部侧向p掺杂区域205中。下部超掺杂区域207也是p掺杂的。然而，下部超掺杂区域207中的掺杂剂浓度高于下部侧向p掺杂区域205中的掺杂剂浓度。
跨越上表面202延伸的是上部n掺杂区域208。上部n掺杂区域208跨越波导201的上表面202的整个或部分宽度延伸。从波导201侧向延伸的是上部侧向n掺杂区域209。将要注意的是，在上部n掺杂区域208与上部侧向n掺杂区域209之间存在连续的掺杂路径。通过连接的n掺杂区域210可连结上部侧向n掺杂区域209和上部n掺杂区域208。连接的n掺杂区域210沿着波导201的侧面垂直延伸。连接的n掺杂区域210、上部侧向n掺杂区域209和上部n掺杂区域208形成单个连续的n掺杂区域。
上部超掺杂区域211形成在上部侧向n掺杂区域209中。上部超掺杂区域211也是n掺杂的。然而，上部超掺杂区域211中的掺杂剂浓度高于上部侧向n掺杂区域209中的掺杂剂浓度。
第一电极212附接于下部超掺杂区域207。第二电极213附接于上部超掺杂区域211。当在第一电极212与第二电极213之间施加电压时，对应的偏压被施加在上部n掺杂区域208与下部p掺杂区域204之间。此偏压形成穿过波导201的电场。电场具有大体上垂直穿过波导的场线。将要注意的是，电场是大体上垂直的，并且第一212和第二213电极从波导201水平偏移。换言之，电场的取向和电极212、213自波导201的偏移方向是相对的。重要的是保持电极接触掺杂区域的位置远离波导。
保护层214覆盖部件的大部分上表面。但是，将要注意的是，第一和第二电极212、213的上表面没有完全被保护层214覆盖。在图2的实施方案中，可由SiO2(二氧化硅)形成保护层214。
图3显示穿过B-B'(参见图1)的截面。截面视图示出了光电子部件的部件和区域及架构。图3中所示的元件编号类似于图2中的那些(例如，图2中的元件211对应于图3中的元件311)。
图2中所示的实施方案与图3中所示的实施方案之间的差别是波导301的截面形状。将要注意的是，波导301的截面具有在右上角形成的凹口315。图3的实施方案的凹口315大于图2的实施方案中所示的凹口。上部掺杂区域跨越凹口315的轮廓延伸并顺延循凹口315的轮廓。
在图3的实施方案中，下部掺杂区域304不延伸为覆盖波导301的下表面306的整个宽度。然而下部掺杂区域的确延伸，使得下部掺杂区域304的最大范围与凹口315进入波导301的侧向范围相齐。
图4显示穿过B-B'(参见图1)的截面。截面视图示出了光电子部件的部件和区域及架构。图4中所示的元件编号类似于图2中的那些(例如，图2中的元件211对应于图4中的元件411)。
图2中所示的实施方案与图4中所示的实施方案之间的第一个差别是，下部p掺杂区域404和下部侧向p掺杂区域405形成大体上平面的布置。换言之，下部掺杂区域大体形成在单个平面中。部分该平面掺杂区域部分地覆盖波导401的下表面403。
图2中所示的实施方案与图4中所示的实施方案之间的第二个差别是，波导401具有大体上矩形的截面。换言之，波导401的截面形状不包括任何凹口或切口。
图5显示穿过B-B'(参见图1)的截面。截面视图示出了光电子部件的部件和区域及架构。图5中所示的元件编号类似于图2中的那些(例如，图2中的元件211对应于图5中的元件511)。
图5中所示的实施方案与图2中所示的实施方案之间的第一个差别是，下部p掺杂区域504和下部侧向p掺杂区域505形成大体上平面的布置。换言之，下部掺杂区域大体形成在单个平面中。部分该平面掺杂区域部分地覆盖波导501的下表面503。
图2中所示的实施方案与图5中所示的实施方案之间的第二个差别是，波导501具有倒“T”型截面形状。换言之，波导501的截面形状具有相对宽的基部与相对窄的从基部向上的延伸部。波导501的这种形状或者可被认为是在每个侧面516、517上具有凹口。
图6显示穿过B-B'(参见图1)的截面。截面视图示出了光电子部件的部件和区域及架构。光学有源材料(例如，SiGe)的中心波导601显示沿着光电子部件的中心伸延-此芯部包括光学有源区域(OAR)。波导601具有上表面602和下表面603。上表面602和下表面603定向彼此相对。
波导是具有“T”形状的截面的倒肋型波导。波导大体具有窄干部与较宽的顶部。这种形状示于图6和图7中。
跨越下表面603延伸的是下部p掺杂区域604。下部p掺杂区域604跨越波导601的下表面603的整个宽度延伸。从波导601侧向延伸的是下部侧向p掺杂区域605。将要注意的是，在下部p掺杂区域604与下部侧向p掺杂区域605之间存在连续的掺杂路径。通过连接的p掺杂区域606连结下部侧向p掺杂区域605和下部p掺杂区域604。连接的p掺杂区域606沿着波导601的侧面垂直延伸。连接的p掺杂区域606、下部侧向p掺杂区域605和下部p掺杂区域604形成单个连续的p掺杂区域。
下部超掺杂区域607形成在下部侧向p掺杂区域605中。下部超掺杂区域607也是p掺杂的。然而，下部超掺杂区域607中的掺杂剂浓度高于下部侧向p掺杂区域605中的掺杂剂浓度。
跨越上表面602延伸的是上部n掺杂区域608。上部n掺杂区域608跨越波导601的上表面602的整个宽度延伸。从波导601侧向延伸的是上部侧向n掺杂区域609。将要注意的是，在上部n掺杂区域608与上部侧向n掺杂区域609之间存在连续的掺杂路径。通过连接的n掺杂区域610可连结上部侧向n掺杂区域609和上部n掺杂区域608。连接的n掺杂区域610沿着波导601的侧面垂直延伸。连接的n掺杂区域610、上部侧向n掺杂区域609和上部n掺杂区域608形成单个连续的n掺杂区域。
上部超掺杂区域611形成在上部侧向n掺杂区域609中。上部超掺杂区域611也是n掺杂的。然而，上部超掺杂区域 611中的掺杂剂浓度高于上部侧向n掺杂区域609中的掺杂剂浓度。
图7显示图6的实施方案的替代方案，其中已经颠倒了掺杂剂物质。与图6中所示的实施方案相反，在图7中所示的实施方案中，下部掺杂区域是n掺杂的，且上部掺杂区域是p掺杂的。
图8显示穿过图1中所示的线A-A'截取的截面视图，显示了穿过来自图1的输入波导2的示例截面。显示了中心波导区域801。然后可以使中心波导区域801逐渐变细，使得在输入波导与光电子器件的波导之间存在波导尺寸和/或形状的过渡(参见图1)。还显示例如SiO2的保护层802覆盖器件的最上面的表面。
图8中所示的波导801作为输出波导(参见图1)也同样是适用的。
图9显示与图8中所示的波导类似的输入波导/输出波导。图9上显示了线C-C'的位置，用于与显示线C-C'的其它图进行比较。
图10A显示穿过B-B'(参见图1)的截面。截面视图示出了光电子部件的部件和区域及架构。部件如图2中进行编号。
图10A中所示的实施方案与图2中所示的实施方案之间的第一个差别是，第一电极1012跨越保护层1015以侧向方向远离波导1001延伸。这意味着可进一步远离波导1001连接施加于电极(并进而施加于掺杂区域)的偏压源。偏压源可以是电子器件。电极的侧向延伸提高了器件制造和附接电子器件以连接于电极1012、1013的容易性。
第一电极1012和第二电极1013可全由铝形成。图10A中所示的实施方案形成在0.8um SOI平台1002上。
图10B显示图10A的实施方案的替代方案，其中已经颠倒了掺杂剂物质。与图10A中所示的实施方案相反，在图10B中所示的实施方案中，下部掺杂区域是n掺杂的，且上部掺杂区域是p掺杂的。
图11A显示穿过B-B'(参见图1)的截面。截面视图示出了光电子部件的部件和区域及架构。部件如图3中进行编号。
图11A中所示的实施方案与图3中所示的实施方案之间的第一个差别是，第一电极1112跨越保护层1114以侧向方向远离波导1101延伸。这意味着可进一步远离波导1101连接施加于电极(并进而施加于掺杂区域)的偏压源。偏压源可以是电子器件。电极的侧向延伸提高了制造的容易性。
第一电极1112和第二电极1113可由铝形成。图11A中所示的实施方案可形成在0.8um SOI平台上。
图11B显示图11A的实施方案的替代方案，其中已经颠倒了掺杂剂物质。与图11A中所示的实施方案相反，在图11B所示的实施方案中，下部掺杂区域是n掺杂的，且上部掺杂区域是p掺杂的。
图12A显示穿过B-B'(参见图1)的截面。截面视图示出了光电子部件的部件和区域及架构。
图12A中所示的实施方案与图4中所示的实施方案之间的第一个差别是，第一电极1212跨越保护层1214以侧向方向远离波导1201延伸。这意味着可进一步远离波导1201连接施加于电极(并进而施加于掺杂区域)的偏压源。偏压源可以是电子器件。电极的侧向延伸提高了制造的容易性。
第一电极1212和第二电极1213可由铝形成。图12A中所示的实施方案可形成在0.8um SOI平台1204上。
图12B显示图12A的实施方案的替代方案，其中已经颠倒了掺杂剂物质。与图12A中所示的实施方案相反，在图12B中所示的实施方案中，下部掺杂区域是n掺杂的，且上部掺杂区域是p掺杂的。
图13A显示穿过B-B'(参见图1)的截面。截面视图示出了光电子部件的部件和区域及架构。
图13A中所示的实施方案与图5中所示的实施方案之间的第一个差别是，第一电极1312跨越保护层1314以侧向方向远离波导1301延伸。这意味着可进一步远离波导1301连接施加于电极(并进而施加于掺杂区域)的偏压源。偏压源可以是电子器件。电极的侧向延伸提高了制造的容易性。
第一电极1312和第二电极1313可由铝形成。图13A中所示的实施方案可形成在0.8um SOI平台上。
图13B显示图13A的实施方案的替代方案，其中已经颠倒了掺杂剂物质。与图13A中所示的实施方案相反，在图13B中所示的实施方案中，下部掺杂区域是n掺杂的，且上部掺杂区域是p掺杂的。
图14A显示穿过B-B'(参见图1)的截面。截面视图示出了光电子部件的部件和区域及架构。图14A中所示的元件编号类似于图2中的那些(例如，图2中的元件211对应于图14A中的元件1411)。
图14A中所示的实施方案与图2和图10A中所示的实施方案之间的差别是，图14A中所示的实施方案形成在3um SOI平台上。光电子部件沉入3um SOI平台。
图14B显示图14A的实施方案的替代方案，其中已经颠倒了掺杂剂物质。与图14A中所示的实施方案相反，在图14B中所示的实施方案中，下部掺杂区域是n掺杂的，且上部掺杂区域是p掺杂的。
图15A显示穿过B-B'(参见图1)的截面。截面视图示出了光电子部件的部件和区域及架构。图15A中所示的元件编号类似于图3中的那些 (例如，图3中的元件311对应于图15A中的元件1511)。
图15A中所示的实施方案与图3和图11A中所示的实施方案之间的差别是，图15A中所示的实施方案形成在3um SOI平台上。光电子部件沉入3um SOI平台。
图15B显示图15A的实施方案的替代方案，其中已经颠倒了掺杂剂物质。与图15A中所示的实施方案相反，在图15B中所示的实施方案中，下部掺杂区域是n掺杂的，且上部掺杂区域是p掺杂的。
图16A显示穿过B-B'(参见图1)的截面。截面视图示出了光电子部件的部件和区域及架构。图16A中所示的元件编号类似于图4中的那些(例如，图4中的元件412对应于图16A中的元件1612)。
图16A中所示的实施方案与图4和图12A中所示的实施方案之间的差别是，图16A中所示的实施方案形成在3um SOI平台上。光电子部件沉入3um SOI平台。
图16B显示图16A的实施方案的替代方案，其中已经颠倒了掺杂剂物质。与图16A中所示的实施方案相反，在图16B中所示的实施方案中，下部掺杂区域是n掺杂的，且上部掺杂区域是p掺杂的。
图17A显示穿过B-B'(参见图1)的截面。截面视图示出了光电子部件的部件和区域及架构。图17A中所示的元件编号类似于图4中的那些(例如，图5中的元件512对应于图17A中的元件1712)。
图17A中所示的实施方案与图5和图13A中所示的实施方案之间的差别是，图17A中所示的实施方案形成在3um SOI平台上。光电子部件沉入3um SOI平台。
图17B显示图17A的实施方案的替代方案，其中已经颠倒了掺杂剂物质。与图17A中所示的实施方案相反，在图17B中所示的实施方案中，下部掺杂区域是n掺杂的，且上部掺杂区域是p掺杂的。
图18a至图18o示出根据本发明的实施方案的第二方面的方法的步骤。
图18a显示适用于根据第二方面的方法中的SOI平台的截面。上部硅层1801显示覆盖隐埋氧化物(BOX)层1802。BOX层1802覆盖下部硅层1803。上部硅层可以是0.8 μm厚的本征SOI层。
在图18a中所示的衬底中，上部硅层1801具有0.2-1um的厚度。
图18b显示在已施加第一硬掩模1804后的SOI平台的截面。形成在第一硬掩模1804中的缺口暴露出上部硅层1801。在暴露区域中，上部硅层1801已被部分地蚀刻以形成第一通道。第一通道不完全穿过上部硅层1801延伸。
图18c显示在已施加第二硬掩模1805后的SOI平台的截面，以暴露出上部硅层1801没有被第一硬掩模(参见图18b)暴露的部分。已经进行了第二蚀刻步骤，从而形成了第二通道。第一通道在第二通道的基部内，且第二通道比第一通道宽。第一通道位于第二通道的基部中。
图18d显示在施加第一光致抗蚀剂(PR)掩模1806后的SOI平台的截面。继施加第一PR掩模1806之后，在第一掺杂剂注入步骤中将离子1806a以一定的角度(例如45度或45度左右的角度)注入下部掺杂区域1807。第一掺杂剂注入步骤的掺杂剂物质是n型的。
图18e显示在施加第二PR掩模1808后的SOI平台的截面。第二PR掩模1808暴露出下部掺杂区域1807的区域。然后进行第二掺杂剂注入步骤。第二掺杂剂注入步骤中的掺杂剂物质与第一掺杂剂注入步骤中的掺杂剂物质相同。第二注入步骤由此形成下部超掺杂区域1809。第二掺杂剂注入步骤的掺杂剂物质是n型的。
图18f显示在施加第三PR掩模1810后的SOI平台的截面。第三PR掩模1810暴露出上部硅层1801的上部区域。继施加第三PR掩模1810之后，在第三掺杂剂注入步骤中将离子注入上部侧向掺杂区域1811。第三掺杂剂注入步骤的掺杂剂物质是p型的。
图18g显示在施加第四PR掩模1812后的SOI平台的截面。第四PR掩模1812暴露出上部侧向掺杂区域1811的区域。然后进行第四掺杂剂注入步骤。第四掺杂剂注入步骤中的掺杂剂物质与第三掺杂剂注入步骤中的掺杂剂物质相同。第四掺杂剂注入步骤由此形成上部超掺杂区域1813。第四掺杂剂注入步骤的掺杂剂物质是p型的。
图18h显示在移除第四PR掩模并退火后的SOI平台的截面，所述退火可采用在1050～1100℃下进行RTA (快速热退火)10秒钟。
图18i显示在外延生长SiGe层1814后的SOI平台的截面。虽然下面是针对SiGe描述的方法，但也可以设想使用其它光学上合适的材料。
图18j显示在平坦化步骤后的SOI平台的截面，其中通过化学机械平坦化(CMP)使沉积的SiGe 1814平坦化。SiGe层被平坦化，使得SiGe层的顶表面1815与保护性最上部相邻层的顶表面1816齐平。
图18k显示两个替代方案(1)和(2)。图18k的上部显示跨越SiGe层的侧向部分延伸的硬掩模1817。SiGe的被硬掩模1817覆盖的侧向部分对应于硅层1801中的通道的整个宽度(参见图18b)。然后将依然暴露的SiGe蚀刻掉，从而留下具有矩形截面形状的SiGe波导区域1818。
另外，如图18k的下部所示，可在SiGe层上形成替代性硬掩模1819。当被蚀刻时，SiGe波导区域将具有倒“T”形的截面形状1819b。
图18l显示两个替代方案，对应于图18k中所示的两个替代方案。在每个替代方案中，已形成了SiO2(二氧化硅)的第一保护层1802(20-100nm)。在两种情况下，第一保护层覆盖器件的最上面的表面。
图18m显示两个替代方案，对应于图18k和图18l中所示的两个替代方案。
在第一替代方案(图18m的上部中所示)中，已形成第五PR掩模1821以暴露出SiGe波导上方的器件的区域和与侧向上部p掺杂区域1811相邻的区域。然后采用以45度角进行的离子注入步骤1821b将p型掺杂剂注入暴露区域。从而形成覆盖SiGe波导的上部掺杂区域1822，并且在上部掺杂区域与上部侧向掺杂区域之间形成连续的掺杂区域。
在第二替代方案(图18m的下部中所示)中，已形成第五PR掩模1821以暴露出SiGe波导上方的器件的区域和与上部p掺杂区域1811相邻的区域。然后采用以45度角进行的离子注入步骤将p型掺杂剂注入暴露区域。从而形成覆盖SiGe波导的上部掺杂区域1822，并且在上部掺杂区域与上部侧向掺杂区域之间形成连续的掺杂区域。
图18n显示两个替代方案，对应于18k、图18l和图18m所示的两个替代方案。在每个替代方案中，已形成了例如SiO2 (二氧化硅)的第二保护层1823。在两种情况下，第二保护层1823覆盖器件的最上面的表面。第二保护层1823具有比第一保护层1820 (参见图18l)大的厚度(500nm左右)。
图18o显示两个替代方案，对应于18k、图18l、图18m和图18n所示的两个替代方案。在每个替代方案中，已形成第一电极1824以接触第一侧向侧面上的下部超掺杂区域1809，并且；已形成第二电极1825以接触第二侧向侧面上的上部超掺杂区域1813。第一电极1824以第一侧向方向远离SiGe波导1818侧向延伸，且第二电极1825以第二侧向方向远离SiGe波导1818侧向延伸。换言之，第一电极1824和第二电极1825以相反的方向远离SiGe波导1818延伸。
第一电极1824和第二电极1825可各自由铝形成，并且可在金属化步骤中进行沉积。第一电极1824和第二电极1825可在它们各自的位置处同时形成，因此光电子器件的这种架构简化了这种器件的制造。
图19a至图19f 示出根据本发明的实施方案的第二方面的方法的步骤。
图19a显示适用于根据第二方面的方法中的SOI平台的截面。上部硅层1901显示覆盖隐埋氧化物(BOX)层1902。BOX层1902覆盖下部硅层1903。
在图19a中所示的衬底中，上部硅层1901可具有0.2-1 um的厚度。
图19b显示在已施加硬掩模1904后的SOI平台的截面。形成在硬掩模1904中的缺口暴露出上部硅层1901。在暴露区域中，上部硅层1901已被部分地蚀刻以形成第一腔体。第一腔体不完全穿过上部硅层1901延伸。
图19c显示在施加第一光致抗蚀剂(PR)掩模1906后的SOI平台的截面。继施加第一PR掩模1906之后，在第一掺杂剂注入步骤中将离子1906b注入下部掺杂区域1909。第一掺杂剂注入步骤的掺杂剂物质是n型的。由第一掺杂剂注入步骤产生的下部掺杂区域1909是大体上平坦的。
图19d显示在施加第二PR掩模1908后的SOI平台的截面。第二PR掩模1908暴露出下部掺杂区域1909的区域。然后进行第二掺杂剂注入步骤1908b。第二掺杂剂注入步骤中的掺杂剂物质与第一掺杂剂注入步骤中的掺杂剂物质相同。第二注入步骤由此形成下部超掺杂区域19011。第二掺杂剂注入步骤的掺杂剂物质是n型的。
图19e显示在施加第三PR掩模1910后的SOI平台的截面。继施加第三PR掩模1910之后，在第三掺杂剂注入步骤中将离子1910b注入上部侧向掺杂区域1905。第三掺杂剂注入步骤的掺杂剂物质是p型的。
图19f显示在施加第四PR掩模1912后的SOI平台的截面。第四PR掩模1912暴露出上部侧向掺杂区域1905的区域。然后进行第四掺杂剂注入步骤。第四掺杂剂注入步骤中的掺杂剂物质与第三掺杂剂注入步骤1912b中的掺杂剂物质相同。第四掺杂剂注入步骤由此形成上部超掺杂区域1907。第四掺杂剂注入步骤的掺杂剂物质是p型的。制造过程的其余部分如先前的实例中一样。
图20a至图20p示出根据本发明的实施方案的第二方面的方法的步骤。
图20a显示适用于根据第二方面的方法中的SOI平台的截面。上部硅层2001显示覆盖隐埋氧化物(BOX)层2002。BOX层2002覆盖下部硅层2003。
在图20a中所示的衬底中，上部硅层2001可具有3μm或基本上3μm的厚度。
图20b的上部显示沿着本发明的实施方案的长度的截面视图。在此视图中，光将从左向右或者从右向左传递。该视图大体上示出第一模式过渡区2004和第二模式过渡区2005。在左和右第一与第二模式过渡区2004、2005之间存在细长的波导区域2001b。根据本发明的实施方案的光电子器件将是位于此细长的波导区域2001b中。
上部硅层2001a的最大厚度T1大于波导区域的最大厚度T2。例如，最大厚度T1可以是3 μm。波导区域2001b中的上部硅层的厚度T2可以是0.7-1 μm。在这两个厚度之间，将要注意的是，上部硅区域是阶梯状的。
图20b的下部显示穿过垂直于光行进的方向的SOI平台的波导区域2001b的截面视图。
图20c显示在已施加第一硬掩模2006后的SOI平台的截面。形成在硬掩模2006中的开口暴露出上部硅层2001。在暴露区域中，上部硅层2001已被部分地蚀刻以形成第一腔体。第一腔体不完全穿过上部硅层2001延伸。
图20d显示SOI平台的截面，其中已施加第二硬掩模2007以暴露出上部硅层2001没有被第一硬掩模2006a(参见图20c)暴露的部分。已经进行了第二蚀刻步骤，从而形成了第二腔体。第一腔体在第二腔体的基部内，且第二腔体比第一腔体宽。第一腔体居中位于第二腔体的基部中。将要注意的是，在第一和第二蚀刻步骤二者期间，第一腔体的基部均被暴露(且因此被蚀刻)。
图20e显示在施加第一光致抗蚀剂(PR)掩模2008后的SOI平台的截面。继施加第一PR掩模2008之后，在第一掺杂剂注入步骤中以45度的倾斜角将离子2008b注入下部掺杂区域2009。第一掺杂剂注入步骤的掺杂剂物质是n型的。
图20f显示在施加第二PR掩模2010后的SOI平台的截面。第二PR掩模2010暴露出下部掺杂区域2009的区域。然后进行第二掺杂剂注入步骤。第二掺杂剂注入步骤中的掺杂剂物质与第一掺杂剂注入步骤中的掺杂剂物质相同。第二注入步骤由此形成下部超掺杂区域2011。第二掺杂剂注入步骤的掺杂剂物质是n型的。
图20g显示在施加第三PR掩模2012后的SOI平台的截面。第三PR掩模2012暴露出上部硅层2001的上部区域。继施加第三PR掩模2012之后，在第三掺杂剂注入步骤中将离子2012b注入上部侧向掺杂区域2013。第三掺杂剂注入步骤的掺杂剂物质是p型的。
图20h显示在施加第四PR掩模2014后的SOI平台的截面。第四PR掩模2014暴露出上部侧向掺杂区域2013的区域。然后进行第四掺杂剂注入步骤2014b。第四掺杂剂注入步骤中的掺杂剂物质与第三掺杂剂注入步骤中的掺杂剂物质相同。第四掺杂剂注入步骤由此形成上部超掺杂区域2015。第四掺杂剂注入步骤的掺杂剂物质是p型的。
图20i显示在已完成第一、第二、第三和第四掺杂剂注入步骤且已移除第一、第二、第三和第四PR掩模并且例如在1050～1100 ℃下进行RTA (快速热退火)10秒钟后的SOI平台的截面。
图20j显示在外延生长SiGe层2016后的SOI平台的截面。
图20k显示在平坦化步骤后的SOI平台的截面，其中通过化学机械平坦化(CMP)使沉积的SiGe 2016平坦化。SiGe层2016被平滑化，使得SiGe层的顶表面2017与保护性最上部相邻层的最上面的表面2018齐平。
图20l显示在已回蚀SiGe层2016后的SOI平台的截面。SiGe层已被回蚀，使得SiGe填充第二腔体(参见图20d)。
图20m显示标记为(1)和(2)的两个替代方案。图20m的上部显示跨越SiGe层的侧向部分延伸的第一硬掩模2019。SiGe被硬掩模2019覆盖的侧向部分对应于第一通道的整个宽度。依然暴露的SiGe层已被蚀刻掉，从而留下具有矩形截面形状的SiGe波导区域2020。
代替地，如图20m的下部中所示，第二硬掩模2021可形成在SiGe波导区域的顶部上，但不跨越第一腔体的整个宽度延伸。在此替代方案中，当被蚀刻时，SiGe波导区域2020b具有倒“T”形的截面形状。
图20n显示两个替代方案，对应于图20m中所示的两个替代方案的接下来的步骤。在每个替代方案中，已形成了SiO2 (二氧化硅)的第一保护层2022。在两种情况下，第一保护层2022覆盖器件的最上面的表面。
图20o显示两个替代方案，对应于图20m和图20n中所示的两个替代方案。
在图20o的上部中，显示了第一替代方案。在此图中，显示了在施加PR掩模2023后的SOI平台的截面。PR掩模2023暴露出波导区域2020的区域。然后以45度的倾斜角进行掺杂剂注入步骤2023b。掺杂剂注入步骤中的掺杂剂物质与第三和第四掺杂剂注入步骤中的掺杂剂物质相同。掺杂剂注入步骤由此形成上部掺杂区域2024。因此形成了覆盖SiGe波导的掺杂区域，并且在上部掺杂区域2024与上部侧向掺杂区域2013之间形成连续的掺杂区域。掺杂剂注入步骤的掺杂剂物质是p型的。掺杂剂注入步骤包括将掺杂剂离子穿过第一保护层注入波导区域2020的上部区域。
在图20o的下部中，显示了第二替代方案。在此图中，显示了在施加PR掩模2023后的SOI平台的截面。PR掩模2023暴露出波导区域2020的区域。然后以45度的倾斜角进行掺杂剂注入步骤。掺杂剂注入步骤中的掺杂剂物质与第三和第四掺杂剂注入步骤中的掺杂剂物质相同。掺杂剂注入步骤由此形成上部掺杂区域2024。因此形成了覆盖SiGe波导的掺杂区域，并且在上部掺杂区域2024与上部侧向掺杂区域2013之间形成连续的掺杂区域。掺杂剂注入步骤的掺杂剂物质是p型的。掺杂剂注入步骤包括将掺杂剂离子穿过第一保护层注入波导区域2020的上部区域。
在图20o中所示的两个替代方案中，掺杂剂被注入SiGe波导区域的材料(即SiGe本身)的上部区域，并且例如在630℃下进行RTA持续10秒钟。
图20p显示两个替代方案，对应于图20m、图20n和图20o中所示的两个替代方案。在每个替代方案中，已形成了SiO2 (二氧化硅)的第二保护层2026。在两种情况下，第二保护层2026覆盖器件的最上面的表面。第二保护层2026具有比第一保护层(参见图20n)大的厚度。
图21a至图21g示出根据本发明的第二组实施方案的方法的步骤。
图21a显示适用于根据第二方面的方法中的SOI平台的截面。上部硅层2101显示覆盖隐埋氧化物(BOX)层2102。BOX层2102覆盖下部硅层2103。上部硅层2101具有3um的初始厚度。
图21b的上部显示沿着本发明的实施方案的长度的截面视图。在此视图中，光将从左向右或者从右向左传递。该视图大体上示出第一模式过渡区2104和第二模式过渡区2105。在左和右第一与第二模式过渡区2104、2105之间存在细长的波导区域2101b。根据本发明的实施方案的光电子器件将是位于此细长的波导区域2101b中。本征覆盖物(在这种情况下为Si)的厚度T2可取值0.8μm或0.7μm。
上部硅层2101的最大厚度T1是3um。波导区域2101b中的上部硅层2101的厚度T2是0.2-1um。在这两个厚度之间，将要注意的是，上部硅区域2101是阶梯状的。
图21b的下部显示穿过垂直于光行进的方向的SOI平台的波导区域2101b的截面视图。
图21c显示在已施加第一硬掩模2106后的SOI平台的截面。形成在硬掩模2106中的开口暴露出上部硅层2101。在暴露区域中，上部硅层2101已被部分地蚀刻以形成第一腔体。第一腔体不完全穿过上部硅层2101延伸。
图21d显示在施加光致抗蚀剂(PR)掩模2108后的SOI平台的截面。继施加PR掩模2108之后，在第一掺杂剂注入步骤中将离子2108b注入下部掺杂区域2109。第一掺杂剂注入步骤的掺杂剂物质是n型的。由第一掺杂剂注入步骤产生的下部掺杂区域2109是大体上平坦的。
图21e显示在施加PR掩模2110后的SOI平台的截面。PR掩模2110暴露出下部掺杂区域2109的区域。然后进行第二掺杂剂注入步骤2110b。第二掺杂剂注入步骤中的掺杂剂物质与第一掺杂剂注入步骤中的掺杂剂物质相同。第二注入步骤由此形成下部超掺杂区域2111。第二掺杂剂注入步骤的掺杂剂物质是n型的。
图21f显示在施加PR掩模2112后的SOI平台的截面。继施加PR掩模2112之后，在第三掺杂剂注入步骤中将离子2112b注入上部侧向掺杂区域2113。第三掺杂剂注入步骤的掺杂剂物质是p型的。
图21g显示在施加PR掩模2114后的SOI平台的截面。PR掩模2114暴露出上部侧向掺杂区域2113的区域。然后进行第四掺杂剂注入步骤。第四掺杂剂注入步骤中的掺杂剂物质与第三掺杂剂注入步骤中的掺杂剂物质相同。第四掺杂剂注入步骤由此形成上部超掺杂区域2115。第四掺杂剂注入步骤的掺杂剂物质是p型的。制造过程的其余部分如先前的实例中一样。
图22示出穿过输入波导和/或输出波导(参见图1)的两个替代截面。
在靠左侧实例中，由Si的从宽基部2202向上的延伸部2201形成波导。虽然该实例的描述涉及的是Si波导，但应该理解的是，该几何形状可同样应用于其它合适的波导材料。含光的区域由折射率的有效变化限定。在此靠左侧实例中，折射率的变化发生在向上延伸部2201的上表面2204以及向上延伸部的左2205表面和右2206表面处。由于相对于延伸部2201的高度，基部2202有相对小的厚度2207，也会发生折射率的有效变化。在基部2202与隐埋氧化物层2203之间的界面2208处也存在折射率的变化。
在靠右侧实例中，波导由SiGe 2209形成。含光的折射率的变化发生在SiGe区域的边缘处。这些折射率的变化可发生在SiGe-空气或SiGe-Si边界(或实际上是SiGe-SiO2边界)处。再次地，此实例显示由SiGe形成的波导。可以设想使用其它合适的光学材料来形成相同几何形状的波导。
下面针对图23和图24a至图24n描述光电子器件的进一步的实施方案，如电吸收调制器(EAM)或光电二极管。在图23和图24a至图24n中所示的实施方案中，下部掺杂区域呈现多层结构。多层结构包括由位于OAR的正下方的SOI的注入掺杂部分形成的第一掺杂区(即第一层) 2304。通过在OAR的位于第一掺杂区的正上方的区域处将掺杂剂注入OAR本身来形成第二掺杂区(即第二层)。第二掺杂区2307的掺杂剂浓度大于第一掺杂区的掺杂剂浓度。第二掺杂区的下表面形成第一掺杂区2304与第二掺杂区2307之间的界面。第二掺杂区的上表面形成用于对应电极2312的接触表面。
在图23和图24a至图24n中描述的实施方案中，下部掺杂区域的第一掺杂区是p掺杂的，且下部掺杂区域的第二掺杂区是p+掺杂的(其中p+表示具有更大浓度的p掺杂剂的p掺杂区域)。上部掺杂区域含有呈n掺杂区域2309形式的上部掺杂区域，所述n掺杂区域包括：跨越OAR波导的上表面延伸的上部n掺杂波导区域；远离波导向外延伸的侧向n掺杂区域；和连接的n掺杂区域，其沿着波导的侧面垂直延伸以将上部n掺杂波导区域与上部侧向n掺杂区域连接。连接的n掺杂区域、上部侧向n掺杂区域和上部n掺杂波导区域形成单个连续的n掺杂区域。OAR包括波导脊和在波导的任一侧的平板区域，使得OAR具有倒T形截面(与波导的纵轴横向截取的截面)。p+、n和n+掺杂区域全部位于OAR材料内，而n区域沿着波导脊的顶部和侧面以及平板延伸，n+和p+区域仅见于在波导脊的任一侧的OAR的平板部分内。
上部超掺杂区域形成在上部侧向n掺杂区域中。上部超掺杂区域也是n掺杂的。然而，上部超掺杂区域中的掺杂剂浓度高于上部侧向n掺杂区域中的掺杂剂浓度(表示为n+区域)。
在其它实施方案(未显示)中，p掺杂区域和n掺杂区域被颠倒，使得下部掺杂区域含有n掺杂区和n+掺杂区，并且使得上部掺杂区域是p掺杂的和p+掺杂的。
下面针对图24a至图24n中描述的步骤来描述图23的光电子器件的制作。
如图24a中所示，提供绝缘体上硅(SOI)波导平台；平台包括：下面的衬底，在这种情况下是硅衬底；绝缘体(BOX)层；和本征SOI覆盖物。在该实例中，SOI覆盖物可具有0.8μm的高度(即厚度)。
接下来，如图24b中所示，对SOI的顶表面施加0.5um SiO2的硬掩模2402，并蚀刻未掩蔽的区域以形成深度为0.7um的腔体。该腔体被设计成接收一替代性光学材料件，如SiGe，其将形成光电子部件的光学有源区域(例如调制器的调制区域)。然而，在填充腔体前，在SOI层内形成下部掺杂区域(在这种情况下为p掺杂区域)的第一区。
如图24c和图24d中所示，可通过施加光致抗蚀剂2403以形成掩模并随后经由离子注入在未掩蔽的区域中注入掺杂剂(例如硼)来形成p掺杂区域。在施加光致抗蚀剂前将形成20nm - 50nm SiO2的保护层。一旦光致抗蚀剂已被移除，实施退火处理以激活掺杂剂。合适的退火参数的实例是1050℃-1100℃持续10秒钟。
一旦退火已经发生，SiO2保护层也被移除。
如图24e和图24f中所示，然后可通过采用本领域中已知的标准程序生长外延层2404(例如由SiGe或Ge形成)来填充腔体。采用化学机械平坦化(CMP)产生平坦的上表面。
在施加SiO2的保护层(图24h)前，使用硬掩模将波导脊蚀刻到外延层中(图24g)。波导脊可具有1.5um的宽度和0.4um的深度。保护层可具有20nm-50nm的厚度。
使用施加在保护层的顶部上的光致抗蚀剂来掩蔽除所需区域以外的所有区域，实施离子注入以产生上部掺杂区域(在这种情况下为n掺杂区域)。在图24i和图24j中所示的实施方案中，在单个注入步骤中形成连接的n掺杂区域、上部侧向n掺杂区域和上部n掺杂波导区域。
还在图24i中所示的实施方案中，为掺杂剂的注入2407选择45度的注入角度。按这种方式，可在单个步骤中实施脊形波导的顶表面和侧壁的掺杂。
一旦上部掺杂区域的第一区2309已被注入以产生n掺杂区域2309，则施加进一步的光致抗蚀剂层2408，该进一步的光致抗蚀剂留下n掺杂区域的子部分被暴露。然后在进一步的离子注入步骤中给此子部分注入进一步的离子(例如磷)以产生上部掺杂区域的第二区；OAR的平板内的n+掺杂区域。可如图24j中所示垂直地实施此注入步骤。
接下来，如图24k中所示，施加进一步的光致抗蚀剂2410并实施离子注入2411，以在OAR (在此实例中为SiGe)的平板中在波导的与n+掺杂区域相对侧处形成p+掺杂区域。p+掺杂区域位于p掺杂区域的正上方，并且一直延伸穿过平板的高度，从而形成在其下表面处与p掺杂的SOI的p/p+界面和用于在其上表面处与电极2312接触的接触表面。
然后实施退火步骤(图24l)以激活掺杂剂。合适的退火参数可以是在630℃下持续10秒钟。
如图24m中所示，通过将0.5μm SiO2的覆层沉积到波导平台的顶表面之上来实施钝化步骤。
采用标准技术(例如蚀刻)产生开放的通孔，并实施金属化步骤以在波导脊的任一侧产生电极。在所示的实施方案中，电极与波导脊的相应侧壁等距离定位。电极可由1um厚度的铝形成。
在一些实施方案中，p掺杂区域沿着OAR的宽度延伸至少一半，使得其定位在波导脊的至少一半的下面。p掺杂区域沿着OAR延伸的范围取决于p掺杂剂的扩散长度以及其它因素，如对准容差。在一个示例实施方案中，波导脊具有1.5μm的宽度，并且p掺杂区域在此宽度的0.9μm下面延伸。
图25显示结合了如上文针对图23和图24a至图24n描述的光电子器件的马赫-曾德尔调制器的截面。马赫-曾德尔由波导耦合器形成，所述波导耦合器将进入的波导分成两个波导臂2301a、2301b，每个臂含有如图25中所示的光电子器件。然后另外的波导耦合器将两个臂耦合回到一起。可采用经由光电子器件的电极对PIN结施加偏压来控制相应臂中的光的相位。通过控制相对相位，有可能当两个臂复合时控制光的干涉，并因此控制输出的光的调制。
在图25中所示的实施方案中，每个臂含有光电子器件(在这种情况下为电吸收调制器，EAM)，其与另一个臂的光电子器件(在这种情况下为 EAM) 是分开的。每个EAM有其自己的PIN结，它们彼此分开。掺杂区域被布置成使得马赫-曾德尔调制器的两个臂之间的中心区域含有一个臂的p掺杂(及p+掺杂)区域和另一个臂的n掺杂(及n+掺杂)区域。每个波导臂也有其自己的正电极2312a、2312b(接触p+掺杂区域)和负电极2313a、2313b (接触n+掺杂区域)。
图25的马赫-曾德尔调制器可因此作为差分驱动器进行操作。替代地，如果进行用以连接两个n电极或两个p电极的外部连接，则这将使得马赫-曾德尔调制器能够作为推挽驱动器进行操作。
图26显示结合了诸如针对图23和图24a至图24n描述的那些的光电子器件的替代性马赫-曾德尔调制器。图26中所示的马赫-曾德尔调制器与图25所示的不同之处在于，两个臂共用共同的电极。这意味着马赫-曾德尔调制器作为推挽驱动器进行操作。
更详细地，单一掺杂部分含有第一臂的光电子器件的上部掺杂部分以及第二臂的光电子器件的上部掺杂部分二者。单一掺杂部分形成在单光学有源材料(OAM)件内，单一OAM包括第一臂和第二臂两者的OAR。
单一掺杂部分包括第一掺杂区，其包括在每个波导的顶部和侧壁处的掺杂部分以及从一个波导向另一个波导延伸的侧向部分。单一掺杂部分还包括掺杂剂浓度比第一掺杂区高的第二掺杂区。在图26中所示的实施方案中，第二掺杂剂区位于第一波导臂与第二波导臂之间的中途。共同的电极位于第二掺杂剂区的正上方。
在图26中所示的实施方案中，共用的上部掺杂部分是n掺杂区域，且每个臂呈现其自己的位于该波导的OAR的下面的p掺杂区域。然而，可设想颠倒p掺杂区域和n掺杂区域。
下面参考图27和图28a至图28o描述光电子器件的进一步的实施方案，如EAM或光电二极管。此实施方案与图23和图24a至图24n的不同之处在于，制作方法包括蚀刻OAR(例如 SiGe)的区域的额外步骤，该额外步骤是在该区域被注入以形成p+掺杂区域之前。此蚀刻处理产生OAR的p+区域，其高度与其所定位在的平板相比降低。
通过在进行p+掺杂前蚀刻OAR的平板区域，会更加容易确保将p掺杂区域和p+掺杂区域连接；也就是说，p+掺杂剂区域(多层下部掺杂部分的第二区)穿过平板的厚度从在顶表面处的接触表面抵达在底表面处的p掺杂区域。多层下部掺杂部分的第二区的厚度为0-0.2um。在厚度具有0um值的情况下，应将此理解为意指p+掺杂剂区域完全在p区域的内部。
参考图28a至图28o可以更好地理解制作过程。
如图28a中所示，起始结构是覆盖隐埋氧化物(BOX)层的上部硅层(绝缘体上硅层，SOI) 2401。BOX层覆盖下部硅层2403。在此实施方案中，本征SOI覆盖物可具有0.8μm的厚度。
如图28b中所示，施加硬掩模2802并实施蚀刻以产生腔体。
在腔体内，如图28c中所示：经由离子注入产生光电子部件的下部掺杂区域2304，光致抗蚀剂掩模2802b用于覆盖除所需注入部位之外的所有区域。掩模将被沉积在保护层2802c(在这种情况下为SiO2的保护层，其典型厚度可以为20-50nm)的顶部上。在此实施方案中，下部掺杂区域在特性上是p掺杂的，但可设想将此颠倒(在该种情况下下部掺杂区域将是n掺杂的)。如图28d中所示，将实施退火步骤以激活注入区域的掺杂剂。这种退火的典型参数可以是：1050℃持续10秒钟。
如图28e中所示，在腔体内生长诸如SiGe或Ge的光学有源材料的外延(epi)层2804，且然后通常是经由化学-机械平坦化CMP(如图28f中所示)进行平坦化。
如图28g中所示，从OAM中蚀刻出波导2805以产生器件的光学有源区域(OAR)，并且形成保护层。OAR由波导部分与任一侧的平板部分组成。波导和平板因此是由诸如SiGe或Ge的单外延生长材料件形成的。
如图28h中所示，施加进一步的掩模2805b并实施进一步的蚀刻，以蚀刻OAR的平板的一部分，使得OAM的平板的区域2805e高度降低。OAM的高度降低的区域位于被注入SOI本身的下部掺杂区域2304的至少一部分的正上方。
如图28i中所示，保护层2806a(通常遍及器件的整个表面形成SiO2)。
如图28j中所示，在实施上部掺杂区域(在这种情况下为n掺杂区域)的离子注入2407前施加进一步的掩模2806b。离子注入是将掺杂剂物质注入OAM本身，并且所得到的注入区域沿着波导的顶部、波导的侧面以及沿着远离波导的侧壁侧向向外延伸的侧向部分2309延伸。通常在一个步骤中通过以与波导的侧壁的方向成一定角度注入来实施这些区域的注入。合适的角度将是45°或基本上45°。
如图28k中所示，实施进一步的掩模2806c和注入步骤2807b以产生上部掺杂区域的第二区，第二区具有比第一区大的掺杂剂浓度。在这种情况下，较大的掺杂剂浓度对应于n+掺杂区域。通常以垂直取向(即以平行于波导的侧壁的方向)实施此离子注入。
如图28l中所示，可实施进一步的注入步骤2807c (注入与先前步骤中沉积的类型相反的掺杂剂)以产生下部掺杂区域的第二掺杂剂区，在这种情况下为OAM的平板内的p+区。此p+区域位于OAM的已被蚀刻成高度降低的区域中。其因此位于注入在SOI内的p掺杂区域的正顶部上，并且与p掺杂区域相接触。
可通过例如在630℃下持续10秒钟的退火来激活下部掺杂区域的第二区的掺杂剂(图28m)。
最后，如图28n和图28o中所示，实施钝化步骤并沉积顶部覆层2812。在第二区(即p+和n+掺杂区域)的每个的上方蚀刻开放的通孔2813、2814。通过金属化形成用于接触相应第二区的相应电极2312、2313。
下面参考图29和图30a图30q描述光电子器件的进一步的实施方案，如EAM或光电二极管。此实施方案与图27和图28a至图28o的不同之处在于，起始点是具有大于波导的高度的SOI覆盖物的SOI芯片。因此实施初始步骤以产生从第一高度T1 (即SOI覆盖物的第一较大厚度)到第二高度T2 (即SOI覆盖物的第二较小厚度)的过渡锥形部。在所示的实施方案中，第一高度T1可具有3μm的值，且第二高度T2可具有0.8μm的值。
参考图30a至图30q可以更好地理解制作过程。
如图30a中所示，制作过程从具有第一SOI厚度T1 (即BOX上方的第一高度)的平台开始。在所示的实施方案中，典型的值将是3μm，但是可设想其它厚度也将是可能的。
如图30b (其显示光传播视图)和图30c (其显示剖视图)中所示，经由阶梯形区域T3从第一高度T1到第二高度T2制作过渡锥形部。本文所述的实施方案描述了具有三个阶梯形高度的过渡。然而，可设想增加更多的阶梯。
如上面针对图28a至图28o更详细描述的那样实施其余的步骤。简言之：图30d显示施加硬掩模3002和蚀刻SiGe腔体(在图中蚀刻并非按比例)；和图30e：显示通过下部掺杂区域3004的离子注入进行掺杂。在图30a至图30q中描述的实施方案中，此下部掺杂区域对应于p型掺杂区域。然而，可设想交换p区域和n区域。
图30f显示退火步骤(例如1050℃，10秒钟)和保护层的移除。
图30g和图30h分别显示诸如SiGe或Ge的OAM的外延层的生长和然后进行的后续平坦化。
图30i描述未在图28a至图28o的实施方案中实施的附加蚀刻步骤，其中外延生长的OAM 3044被蚀刻至对应于SOI层上方的波导的所需高度的高度。
如图30j中所示，从OAM中蚀刻出波导3005，一旦已施加硬掩模3045，则实施蚀刻以产生器件的波导脊，并且形成保护层。
OAR由波导脊部分与任一侧的平板部分组成。波导和平板因此是由诸如SiGe或Ge的单外延生长材料件3044形成的。
通常，波导脊可具有1.5um的脊宽度和0.4um的深度。
如图30k中所示施加进一步的掩模3046以使得能够蚀刻接触窗口，接触窗口是OAR的平板的高度降低的区域3047。OAM的高度降低的区域位于被注入SOI本身的下部掺杂区域3004的至少一部分的正上方。
在替代的实施方案(未显示)中，可继续进行蚀刻直到形成通孔，通过整个平板到达下面的SOI层。也就是说，在平板中将形成孔，暴露出下面的下部掺杂区域。
图30l：描述形成表面保护层的后续步骤。在一些实施方案中，这可以是SiO2的层，其厚度可以是20-50nm。
图30m描述光致抗蚀剂掩模3006b的沉积和离子注入3007，离子注入3007提供上部掺杂区域在OAR的波导脊以及OAR的相邻平板的一部分上面的掺杂。这在上面针对图28j有更详细的描述。
如图30n中所示，实施进一步的掩模3006c和注入步骤3007b以产生上部掺杂区域的第二区，第二区具有比第一区大的掺杂剂浓度。第二掺杂区位于OAR的平板内，在从OAR的波导脊侧向移位的位置处。在这种情况下，较大的掺杂剂浓度对应于n+掺杂区域。通常以垂直取向(即以平行于波导的侧壁的方向)实施此离子注入。
如图30o中所示，可实施进一步的抗蚀剂3006d和注入步骤3007c (注入与先前步骤中沉积的类型相反的掺杂剂)以产生下部掺杂区域的第二掺杂剂区，在这种情况下为OAM的平板内的p+区。此p+区域位于OAM的已被蚀刻成高度降低的区域中。其因此位于注入在SOI内的p掺杂区域的正顶部上，并且与p掺杂区域相接触。
下部掺杂区域的第二区的这种掺杂是在OAR的平板上实施的；该平板在波导脊的与上部掺杂区域的第二区形成在的平板的相对侧处。
在图30o中所示的实施方案中，下部掺杂区域的第二区对应于p+掺杂区域，因此其可接着在630℃下进行退火处理10秒钟。
最后，如图30p和图30q中所示，实施钝化步骤并沉积顶部覆层3012。在第二区(即p+掺杂区域和n+掺杂区域)中的每个的上方蚀刻开放的通孔3013、3014。通过金属化形成用于接触相应第二区的相应电极3113、3114。
图31中显示了光电子部件的进一步的实施方案。
此实施方案与图29的不同之处在于，在外延层的生长和后来的退火处理期间，下部掺杂区域的掺杂剂(在这种情况下是p掺杂的)从Si腔体的底部扩散到OAR中。扩散的区域3131可具有在10-200nm范围内的厚度。由掺杂剂扩散造成的这种“迁移”区域可减小串联电阻，并且在器件是调制器的情况下增加调制器的带宽。
这种扩散被显示为图29的实施方案的修改形式。然而，可以对本文描述的任意一个或多个实施方案应用附加的扩散步骤。
与图1中所示的实施方案不同，针对图2至图31所讨论的实施方案可以被布置成在OAR与波导之间具有成角度的界面(或成角度的小平面)。在这类成角度的实施方案中，沿着B-B'的截面将与图2至图31中所示的截面相同或基本上相同，但在从上方观察时器件将呈现成角度的界面。图32中显示了光电子部件的这种进一步的实施方案的实例。
此实施方案与先前的实施方案的不同之处在于，光电子部件101的第一界面3201和第二界面3202(或第一成角度的小平面和第二成角度的小平面) 相对于与光穿过器件传播的方向(由箭头指示)平行的线C-C'是分别成角度的，即它与输入波导102和输出波导103的引导方向对准。引导方向是波导沿着传输光的方向。在此实例中，输入波导102的引导方向是在大体上垂直于平面A-A'的方向上从最左边的表面(由最左边的箭头指示)朝向第一界面3201。该光电子部件可被描述为具有梯形的几何形状。
第一界面3201是输入波导的输入锥形区域104与光电子部件101之间的界面。与例如图1中的对应界面相比，此第一界面相对于输入波导的引导方向成角度α，α可取值在89°与80°之间，并且在一些实例中是81°。换句话说，与界面重合的平面的矢量相对于输入波导的引导方向将是非平行的(而在图1中，矢量将是平行的)。
第二界面3202是输出波导103的输出锥形区域105与光电子部件101之间的界面。与例如图1中的对应界面相比，此第二界面相对于光穿过器件的方向成角度β，β可取值在89°与80°之间，并且在一些情况下是81°。换句话说，与第二界面重合的平面的矢量将不平行于输出波导的引导方向(而在图1中，矢量将是平行的)。
角度α和β可以相等或可以不同。在图32所示的实例中，角度是相等的，但具有相反的意义，即一个是顺时针测量的，且另一个是逆时针测量的，使得它们是不平行的。界面可以是平行的，并且在这种情况下它们将具有相同的意义。可能只有一个角度的值不等于90°。
图33中显示了光电子部件的进一步的实施方案。
此实施方案与图32中所示的实施方案的不同之处在于，尽管第一界面3201和第二界面3202相对于线C-C'仍然是成角度的，但部件的整个几何形状不是梯形的。而情况是，光电子部件通常可被讨论为具有三个区域：第一矩形区域3301和第二矩形区域3303以及第一矩形区域与第二矩形区域之间的梯形区域3302。因此，成角度的界面由梯形区域3302提供，而第一矩形区域和第二矩形区域可提供可能更容易形成的电接触。在此实施方案中，可以相对于光穿过器件传播的方向成非垂直的角度提供波导界面，并且该波导界面还可以使光学有源材料界面的彼此非平行且不平行于Si晶片的晶面的壁的部分最小化。这可能是有帮助的，因为如果光学有源材料在其内生长的腔体具有非平行的壁、具有不平行于Si晶片的晶面的壁或具有非90°的角，则在材料的外延生长期间或之后，材料的光学或电子质量可能劣化。
图34中显示了光电子部件的进一步的实施方案。
此实施方案与图32和图33中所示的实施方案的不同之处在于，光电子部件具有大体上平行四边形的几何形状。因此，第一界面3201和第二界面3202是由和第一锥形波导104及第二锥形波导105相交的平行四边形的平行侧面提供的。在此实施方案中，光学有源材料在其内可生长的腔体的壁为沿着它们的整个长度平行，同时仍具有相对于光穿过器件传播的方向呈非垂直角度的波导界面，但腔体的角不是90°，并且两个侧面不平行于Si晶片的晶面。
图35中显示了光电子部件的进一步的实施方案。
此实施方案与图32至图34中所示的实施方案的不同之处在于，光电子部件101具有大体上矩形的几何形状。然而，部件101是以相对于方向C-C'成角度α设置的。因此，和第一及第二锥形波导相交的矩形的两个侧面提供第一界面3201和第二界面3202。在此实施方案中，光学有源材料在其内可生长的腔体的壁为沿着它们的整个长度平行，并将腔体的所有角保持在90°，且仍具有相对于光穿过器件传播的方向呈非垂直角度的波导界面，但四个侧面全不平行于Si晶片的晶面。替代地，腔体壁可平行于Si晶片晶面定向，而改为波导可相对于Si晶片晶面是成角度的。在此变型中，可能有必要在二极管注入步骤期间旋转晶片偏离法线角度(平行于Si晶片晶面)。这可有助于确保注入束在光学有源区域中沿着波导均匀地入射。
图36中显示了光电子部件的进一步的实施方案。
此实施方案与先前所示的实施方案的不同之处在于，输入波导104和输出波导105是各自与OAR的引导方向成角度ϕ和γ设置的(OAR的引导方向平行于线C-C')。
图37中显示光电子的进一步的实施方案。
此实施方案与图36中所示的不同之处在于，其可被描述为通常具有三个区域：第一矩形区域3301和第二矩形区域3303以及在第一矩形区域与第二矩形区域之间的梯形区域3302。因此，成角度的界面由梯形区域3302提供，而第一矩形区域和第二矩形区域可提供可能更容易形成的电接触。在此实施方案中，可以相对于光穿过器件传播的方向成非垂直的角度提供波导界面，并且该波导界面还可以使光学有源材料界面的彼此非平行且不平行于Si晶片的晶面的壁的部分最小化。这可能是有帮助的，因为如果光学有源材料在其内生长的腔体具有非平行的壁、具有不平行于Si晶片的晶面的壁或具有非90°的角，则在材料的外延生长期间或之后，材料的光学或电子质量可能劣化。
图38中显示了光电子部件的进一步的实施方案。
此实施方案与图36和图37中所示的实施方案的不同之处在于，光电子部件具有大体上平行四边形的几何形状。因此，第一界面3201和第二界面3202是由和第一及第二锥形波导104和105相交的平行四边形的平行侧面提供的。在此实施方案中，光学有源材料在其内可生长的腔体的壁为沿着它们的整个长度平行，同时仍具有相对于光穿过器件的方向呈非垂直角度的波导界面，但腔体的角不是90°，并且两个侧面不平行于Si晶片的晶面。
图39中显示了光电子部件的进一步的实施方案。
此实施方案与图38中所示的实施方案的不同之处在于，光电子部件101具有大体上矩形的几何形状。然而，部件101是以相对于OAR的引导方向(此由标记为δ的虚线指示)成角度δ设置的。因此，和第一及第二锥形波导相交的矩形的两个侧面提供第一界面3201和和第二界面3202。在此实施方案中，光学有源材料在其内可生长的腔体的壁为沿着它们的整个长度平行，并将腔体的所有角保持在90°，且仍具有相对于光穿过器件传播的方向呈非垂直角度的波导界面，但四个侧面全不平行于Si晶片的晶面。替代地，腔体壁可平行于Si晶片晶面定向，而改为波导可相对于Si晶片晶面是成角度的。在此变型中，可能有必要在二极管注入步骤期间旋转晶片偏离法线角度(平行于Si晶片晶面)。这可有助于确保注入束在光学有源区域中沿着波导均匀地入射。
在上面讨论的实施方案中，成角度的界面可延伸超出波导。例如，图32中的成角度的界面3201和3202延伸超出波导的宽度。
虽然已经结合上述示例性实施方案对本发明进行了描述，但在给出本公开内容的情况下，许多等效的修改和变动对于本领域技术人员而言将是明显的。因此，上面阐述的本发明的示例性实施方案被认为是说明性而非限制性的。在不背离本发明的精神及范围的情况下，可以对所描述的实施方案进行各种改动。
参考在以下编号的段落中陈述的公开内容可进一步理解本发明的实施方案：
段落1：一种包括波导的光电子部件，所述波导包括
光学有源区域(OAR)，OAR具有上表面和下表面；
下部掺杂区域，其中下部掺杂区域位于OAR的下表面的至少一部分处和/或与之相邻，并且以第一方向从OAR侧向向外延伸；
上部掺杂区域，其中上部掺杂区域位于OAR的上表面的至少一部分处和/或与之相邻，并且以第二方向从OAR侧向向外延伸；和
位于下部掺杂区域与上部掺杂区域之间的本征区域。
段落2：根据段落1所述的光电子部件，其中掺杂区域被配置成产生具有场方向的穿过OAR的电场，其中场方向不同于第一方向和第二方向。
段落3：根据段落2所述的光电子部件，其中场方向垂直于第一方向和第二方向。
段落4：根据段落2所述的光电子部件，其中场方向相对于第一方向和第二方向是成角度的。
段落5：根据任意前述段落所述的光电子部件，其中光学有源区域由SiGe或Ge形成。
段落6：根据任意前述段落所述的光电子部件，其进一步包括在第一接触表面处接触下部掺杂区域的第一电极和在第二接触表面处接触上部掺杂区域的第二电极。
段落7：根据任意前述段落所述的光电子部件，其中第一接触表面以第一方向从波导部分侧向偏移。
段落8：根据任意前述段落所述的光电子部件，其中第二接触表面以第二方向从OAR侧向偏移。
段落9：根据任意前述段落所述的光电子部件，其中第一接触表面和第二接触表面与OAR等距离。
段落10：根据任意前述段落所述的光电子部件，其中第一接触表面和第二接触表面在同一侧向平面中。
段落11：根据任意前述段落所述的光电子部件，其中下部掺杂区域由掺杂的Si形成。
段落12：根据任意前述段落所述的光电子部件，其中上部掺杂区域包括第一上部区和第二上部区。
段落13：根据段落9-12中任一项所述的光电子部件，其中第二上部区中的平均掺杂剂浓度高于第一上部区中的掺杂剂浓度。
段落14：根据段落9所述的光电子部件，其中第一上部区在OAR的上表面处和/或与之相邻，并且第二上部区以第二方向从OAR向外延伸。
段落15：根据段落9或10所述的光电子部件，其中第一上部区是波导的掺杂区域。
段落16：根据任意前述段落所述的光电子部件，其中下部掺杂区域包括第一下部区和第二下部区。
段落17：根据段落13所述的光电子部件，其中第一下部区在OAR的下表面处和/或与之相邻，且第二下部区以第一方向从波导部分向外延伸。
段落18：一种制作光电子部件的方法，其包括：
蚀刻步骤，其中将波导沟槽蚀刻到SOI平台中；
下部注入步骤，包括将第一掺杂剂物质注入沟槽的基部和沟槽的第一侧向侧面上的SOI平台上，从而形成下部掺杂区域；
上部侧向注入步骤，包括在邻近沟槽的第二侧向侧面的SOI平台上注入第二掺杂剂物质以形成上部侧向掺杂区域；
波导形成步骤，包括将光学有源材料沉积到波导沟槽中；
保护步骤，包括形成覆盖掺杂区域和波导的保护层；
上部注入步骤，包括将第二掺杂剂物质注入波导的上部区域以形成上部掺杂区域，其中上部侧向掺杂区域和上部掺杂区域是连续的；
金属化步骤，其中
制作第一电极，其中第一电极在以第一方向从波导侧向偏移的接触点处接触下部掺杂区域；
制作第二电极，其中第二电极在以第二方向从波导侧向偏移的接触点处接触上部侧向掺杂区域。
段落19：根据段落18所述的方法，其中同时制作第一电极和第二电极。
段落20：根据段落18或段落19所述的方法，其进一步包括二次下部注入步骤，其中从波导沟槽侧向偏移的二次侧向掺杂区域掺杂第一掺杂剂物质以具有比下部掺杂区域高的掺杂剂浓度。
段落21：根据段落18-20中任一项所述的方法，其进一步包括二次上部侧向注入步骤，其中从波导沟槽侧向偏移的二次上部侧向掺杂区域掺杂第二掺杂剂物质以具有比上部侧向掺杂区域高的掺杂剂浓度。
段落22：根据段落18-21中任一项所述的方法，其进一步包括波导蚀刻步骤，其中回蚀沉积的光学有源材料以形成波导。
段落23：根据段落18-22中任一项所述的方法，其进一步包括钝化步骤，其中钝化步骤包括形成钝化层。

Claims (29)

1.一种光电子部件，其包括：
包括波导脊的光学有源区域OAR，所述OAR具有上表面和下表面；
下部掺杂区域，其中所述下部掺杂区域位于所述OAR的所述下表面的至少一部分处和/或与之相邻，并且以第一方向从所述波导脊侧向向外延伸；
上部掺杂区域，其中所述上部掺杂区域位于所述OAR的所述波导脊的所述上表面的至少一部分处和/或与之相邻，并且以第二方向从所述波导脊侧向向外延伸；和
位于所述下部掺杂区域与所述上部掺杂区域之间的本征区域，
其中所述OAR形成所述本征区域的至少一部分，
其中所述上部掺杂区域包括第一掺杂区和第二掺杂区；
其中所述上部掺杂区域的所述第二掺杂区中的掺杂剂浓度高于所述上部掺杂区域的所述第一掺杂区中的掺杂剂浓度；
其中所述下部掺杂区域包括第一掺杂区和第二掺杂区；
其中所述下部掺杂区域的所述第二掺杂区中的掺杂剂浓度高于所述下部掺杂区域的所述第一掺杂区中的掺杂剂浓度。
2.如权利要求1所述的光电子部件，其进一步包括在第一接触表面处接触所述下部掺杂区域的第一电极和在第二接触表面处接触所述上部掺杂区域的第二电极；
其中所述第一接触表面以所述第一方向从所述波导脊侧向偏移；和
其中所述第二接触表面以所述第二方向从所述波导脊侧向偏移。
3.如权利要求2所述的光电子部件，其中所述第一接触表面和第二接触表面沿着侧向平面彼此对准。
4.如权利要求2或权利要求3所述的光电子部件，
其中所述上部掺杂区域的所述第二掺杂区包括所述第二接触表面。
5.如权利要求4所述的光电子部件，其中所述上部掺杂区域的第一掺杂区在所述OAR的所述波导脊的所述上表面处和/或与之相邻，且所述第二掺杂区位于以所述第二方向从所述波导脊侧向移位的位置处。
6.如权利要求2或权利要求3所述的光电子部件，
其中所述下部掺杂区域的所述第二掺杂区包括所述第一接触表面。
7.如权利要求6所述的光电子部件，其中
所述下部掺杂区域的所述第一掺杂区位于所述OAR的正下方；和
所述下部掺杂区域的所述第二掺杂区位于所述OAR内，从所述波导脊侧向移位，所述下部掺杂区域的所述第二掺杂区具有包括所述第一接触表面的上表面和与所述下部掺杂区域的所述第一掺杂区直接接触的下表面。
8.如权利要求7所述的光电子部件，其中所述下部掺杂区域的所述第二掺杂区位于所述OAR的高度降低的部分内。
9.如权利要求8所述的光电子部件，其中所述OAR的高度降低的所述部分是在添加所述下部掺杂区域的掺杂剂物质之前所述OAR的已经被蚀刻的部分。
10.如权利要求6所述的光电子部件，其中
所述下部掺杂区域的所述第一掺杂区位于所述OAR的正下方；
所述OAR包括以所述第一方向延伸的平板，所述平板在以所述第一方向从所述波导脊侧向移位的位置处呈现穿过其厚度的通孔；和
其中所述下部掺杂区域的所述第二掺杂区位于所述第一掺杂区内，在所述通孔的正下方。
11.如权利要求1-3中的任一项所述的光电子部件，其中所述下部掺杂区域与所述OAR的所述下表面部分地相邻，并在所述下表面处部分地迁移到所述OAR中。
12.如权利要求1-3中的任一项所述的光电子部件，其中所述上部掺杂区域完全位于所述OAR内。
13.如权利要求1-3中的任一项所述的光电子部件，其中所述OAR由响应于所施加电场的施加而出现弗朗兹-凯尔迪什效应的电吸收材料形成。
14.如权利要求1-3中的任一项所述的光电子部件，其中所述OAR由适合于在当跨越所述上部掺杂区域和下部掺杂区域施加偏压时检测到光后产生电流的光吸收材料形成。
15.根据权利要求1所述的光电子部件，
其中所述光学有源区域OAR包括波导脊、所述波导脊的第一侧上的第一平板和所述波导脊的第二侧上的第二平板，所述OAR具有上表面和下表面；
其中所述下部掺杂区域位于与所述OAR的下表面的一部分相邻处；所述下部掺杂区域还沿着所述OAR的所述第一平板侧向并与之相邻、以第一方向远离所述脊延伸；和
其中所述上部掺杂区域位于所述OAR的所述脊的上表面的至少一部分内，并且以第二方向沿着所述OAR的所述第二平板侧向向外延伸。
16.如权利要求15所述的光电子部件，其中位于与所述OAR的下表面的一部分相邻的所述下部掺杂区域在所述OAR的所述下表面的相同部分处迁移到所述OAR中。
17.如权利要求1-3中的任一项所述的光电子部件，其进一步包括在所述光电子部件与第一波导之间的界面，其中所述界面相对于所述波导的引导方向成小于90°的角度α。
18.如权利要求17所述的光电子部件，其中所述界面相对于所述波导的引导方向成89°与80°之间的角度。
19.如权利要求17或权利要求18所述的光电子部件，其进一步包括在所述光电子部件与第二波导之间的第二界面，其中所述第二界面相对于所述第二波导的引导方向成小于90°的角度β。
20.如权利要求1-3中的任一项的光电子部件，其中第一折射率的输入波导与所述OAR的所述波导脊形成输入界面，所述OAR的所述波导脊具有第二折射率；
其中所述输入波导与所述输入界面的法线之间的角度对应于给定的入射角；和
其中所述OAR的所述波导脊与所述输入界面的法线之间的角度对应于使用所述第一折射率、第二折射率和所述给定的入射角依据斯涅尔定律计算的折射角。
21.如权利要求20所述的光电子部件，其中第三折射率的输出波导与所述OAR的所述波导脊形成输出界面；
其中所述OAR的所述波导脊与所述输出界面的法线之间的角度对应于第二给定的入射角；和
其中所述输出波导与所述输出界面的法线之间的角度对应于使用所述第二折射率、第三折射率和所述第二给定的入射角依据斯涅尔定律计算的折射角。
22.一种具有两个波导臂的马赫-曾德尔调制器，每个波导臂包括：
包括波导脊的光学有源区域OAR，所述OAR具有上表面和下表面；
下部掺杂区域，其中所述下部掺杂区域位于所述OAR的下表面的至少一部分处和/或与之相邻，并且以第一方向从所述波导脊侧向向外延伸；
上部掺杂区域，其中所述上部掺杂区域位于所述OAR的所述波导脊的所述上表面的至少一部分处和/或与之相邻，并且以第二方向从所述波导脊侧向向外延伸；和
位于所述下部掺杂区域与所述上部掺杂区域之间的本征区域，
其中所述OAR形成所述本征区域的至少一部分，
其中所述上部掺杂区域包括第一掺杂区和第二掺杂区，
其中所述上部掺杂区域的所述第二掺杂区中的掺杂剂浓度高于所述上部掺杂区域的所述第一掺杂区中的掺杂剂浓度，
其中所述下部掺杂区域包括第一掺杂区和第二掺杂区，
其中所述下部掺杂区域的所述第二掺杂区中的掺杂剂浓度高于所述下部掺杂区域的所述第一掺杂区中的掺杂剂浓度。
23.如权利要求22所述的马赫-曾德尔调制器，其中所述波导臂中的第一个的第一接触表面对应于所述波导臂中的第二个的第二接触表面，以在所述两个波导臂之间形成共用的中心接触表面；和
其中第一个波导臂的第一电极对应于第二个波导臂的第二电极，以在所述两个波导臂之间形成共用的中心电极。
24.如权利要求22或权利要求23所述的马赫-曾德尔调制器，其中每个波导臂进一步包括所述OAR与第一波导之间的界面，其中所述界面相对于所述波导的引导方向成小于90°的角度α。
25.如权利要求24所述的马赫-曾德尔调制器，其中所述界面相对于所述波导的所述引导方向成89°与80°之间的角度。
26.如权利要求24或权利要求25所述的马赫-曾德尔调制器，其进一步包括在所述OAR与第二波导之间的第二界面，其中所述第二界面相对于所述第二波导的引导方向成小于90°的角度β。
27.一种光电子部件，其包括：
波导；
与所述波导的至少一部分重叠的光学有源区域OAR；
在所述OAR处和/或与之相邻的第一掺杂区域；和
在所述OAR处和/或与之相邻的第二掺杂区域，
其中所述第一掺杂区域包括第一掺杂区和第二掺杂区；
其中所述第一掺杂区域的所述第二掺杂区中的掺杂剂浓度高于所述第一掺杂区域的所述第一掺杂区中的掺杂剂浓度；
其中所述第二掺杂区域包括第一掺杂区和第二掺杂区；
其中所述第二掺杂区域的所述第二掺杂区中的掺杂剂浓度高于所述第二掺杂区域的所述第一掺杂区中的掺杂剂浓度。
28.一种光电子部件，其包括：
光学有源区域OAR，和
所述OAR与波导之间的界面；
其中所述界面以相对于所述波导的引导方向成小于90°的角度α设置，
所述OAR具有上表面和下表面，并且具有在上表面处的第一掺杂区和第二掺杂区以及在下表面处的第一掺杂区和第二掺杂区，
其中所述上表面处的所述第二掺杂区中的掺杂剂浓度高于所述上表面处的所述第一掺杂区中的掺杂剂浓度；
其中所述下表面处的所述第二掺杂区中的掺杂剂浓度高于所述下表面处的所述第一掺杂区中的掺杂剂浓度。
29.如权利要求28所述的光电子部件，其中所述OAR包括波导脊，且其中第一折射率的输入波导与所述OAR的所述波导脊形成所述界面，所述OAR的所述波导脊具有第二折射率；
其中所述输入波导与输入界面的法线之间的角度对应于给定的入射角；和
其中所述OAR的所述波导脊与所述输入界面的法线之间的角度对应于使用所述第一折射率、第二折射率和所述给定的入射角依据斯涅尔定律计算的折射角。
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Denomination of invention: Optoelectronic components

Effective date of registration: 20230621

Granted publication date: 20220920

Pledgee: Wilmington Savings Fund Association

Pledgor: ROCKLEY PHOTONICS Ltd.

Registration number: Y2023990000308