CN113176674A - 一种低功耗热光器件及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本公开提供一种低功耗热光器件及其制作方法，其中热光器件包括：基底，所述基底具有光波导；加热电极，位于所述光波导上方；热传导部件，所述热传导部件位于所述光波导和所述加热电极之间；其中，所述热传导部件具有导热性且不会引起光吸收，用于在所述加热电极加热过程中，将所述加热电极产生的热量传导至所述光波导，以增加所述光波导受热强度。本公开提供的低功耗热光器件，通过热传导部件将加热电极产生的热量更多地传导至光波导，可以提高加热电极的加热效率，降低热光器件结构的功耗。
Description
技术领域
本公开涉及光子设备技术领域，具体涉及一种低功耗热光器件及其制作方法。
背景技术
硅光子技术以硅作为光学介质，利用CMOS(互补金属氧化物半导体)工艺进行光学器件的开发和集成，有望实现低成本、高速的光通信，拥有广阔的市场应用前景。例如可调光衰减器、光开关等硅基热光器件，需要通过热光效应实现光功率的衰减。一般是在波导的上包层上沉积加热电极，通过施加电压使加热电极发热，将热量传递到波导芯层，实现波导芯层有效折射率的变化。
选用的加热电极主要是金属电极(金、银、铝、铜、铬等)，一般置于波导上包层的表面并与波导芯层相隔一定距离，主要是用来减少金属对光的吸收损耗。但是，与此同时也限制了金属电极的加热效率，金属电极产生的热量并不能有效地传导在传输光信号的波导芯层上，因此在降低器件功耗方面也受到了一定的限制。
发明内容
本公开的目的是提供一种低功耗热光器件及其制作方法，以提高加热电极的加热效率，从而降低热光器件结构的功耗。
本公开第一方面实施例提供一种低功耗热光器件，包括：
基底，所述基底具有光波导；
加热电极，位于所述光波导上方；
热传导部件，所述热传导部件位于所述光波导和所述加热电极之间；
其中，所述热传导部件具有导热性且不会引起光吸收，用于在所述加热电极加热过程中，将所述加热电极产生的热量传导至所述光波导，以增加所述光波导受热强度。
根据本公开的一些实施方式中，所述热传导部件的底部与所述光波导的距离大于等于第一值，所述热传导部件的顶部与所述加热电极的距离小于等于第二值。
根据本公开的一些实施方式中，所述热传导部件在所述基底上的投影和所述加热电极在所述基底上的投影形状相同。
根据本公开的一些实施方式中，所述热传导部件的的制作材料为参杂多晶硅。
根据本公开的一些实施方式中，所述基底还包括：硅衬底，以及在所述硅衬底上的埋氧层，所述光波导位于所述埋氧层上。
根据本公开的一些实施方式中，所述光器件结构还包括：在所述基底上形成的介质层，所述光波导、所述热传导部件和所述加热电极位于所述介质层内。
根据本公开的一些实施方式中，所述介质层的制作材料为二氧化硅。
本公开第二方面实施例提供一种低功耗热光器件的制作方法，包括：
提供基底，所述基底包括：硅衬底、在所述硅衬底上形成的埋氧层、以及在所述埋氧层上形成的光波导；
在所述基底上沉积形成第一介质层；
在所述第一介质层中制作热传导部件；
在所述热传导部件上制作加热电极；
在所述加热电极上沉积形成第二介质层。
本公开与现有技术相比的优点在于：
本公开提供的低功耗热光器件，在光波导和加热电极之间增加了热传导部件，该热传导部件导热性好且不会引起光吸收，通过热传导部件，可以将加热电极产生的热量更多地传导至光波导，以降低加热电极位置距离光波导位置较远的影响，可以提高加热电极的加热效率，降低热光器件结构的功耗。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本公开的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1示出了本公开所提供的一种低功耗热光器件的俯视图；
图2示出了本公开所提供的一种低功耗热光器件沿图1中ab线的截面图；
图3至图8示出了本公开所提供的制作低功耗热光器件各阶段的示意图图。
具体实施方式
以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。
在附图中示出了根据本公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
在本公开的上下文中，当将一层/元件称作位于另一层/元件“上”时，该层/元件可以直接位于该另一层/元件上，或者它们之间可以存在居中层/元件。另外，如果在一种朝向中一层/元件位于另一层/元件“上”，那么当调转朝向时，该层/元件可以位于该另一层/元件“下”。
为了解决现有技术中存在的问题，本公开实施例提供一种低功耗热光器件及其制作方法，下面结合附图进行说明。
图1示出了本公开所提供的一种低功耗热光器件的俯视图，图2示出了本公开所提供的一种低功耗热光器件沿图1中ab线的截面图，该热光器件可以为任一种能够传输光信号的器件，例如硅光器件、锗硅光器件等。
如图1和图2所示，本公开提供的上述低功耗热光器件，包括：基底10、热传导部件30和加热电极40；其中，
基底10，基底10具有光波导20；
根据本公开的一些实施方式中，基底10还包括：硅衬底，以及在硅衬底上的埋氧层，光波导20位于埋氧层上。
应理解，基底10可以采用SOI材料，SOI全称为Silicon-On-Insulator，即绝缘体上硅，该技术是在顶层硅和背衬底之间引入了一层埋氧层。SOI材料具有以下突出优点：低功耗；低开启电压；高速；提高集成度；与现有集成电路完全兼容且减少工艺程序；耐高温；抗辐照从而减少软件误差。这些优点使得SOI技术在绝大多数硅基集成电路方面具有极其广泛的应用。
加热电极40，位于光波导20上方；参见图1，加热电极40可以为折线型加热电极，主要是金属电极(金、银、铝、铜、铬等)，一般置于波导上包层的表面并与波导芯层相隔一定距离，主要是用来减少金属对光的吸收损耗。
实际应用中，加热电极还可以为直线型或者其它类型，本申请对此不做限定。
热传导部件30，热传导部件30位于光波导20和加热电极40之间；
其中，热传导部件30具有导热性且不会引起光吸收，用于在加热电极40加热过程中，将加热电极40产生的热量传导至光波导20，以增加光波导20受热强度。
应理解，在光波导20和加热电极40之间设置热传导部件30，是为了降低加热电极位置距离光波导位置较远的影响，例如由于两者位置较远导致加热电极的加热效率降低的问题。
根据本公开的一些实施方式中，热传导部件30的底部与光波导20的距离大于等于第一值，热传导部件30的顶部与加热电极40的距离小于等于第二值。
其中，第一值和第二值可以根据实际情况进行设定，例如，第一值可以设置为30nm，第二值可以设置为0。如图1所示，热传导部件30的底部与光波导20的距离d1等于30nm，热传导部件30的顶部与加热电极40的距离等于0。
根据本公开的一些实施方式中，热传导部件30在基底10上的投影和加热电极40在基底10上的投影形状相同，例如低功耗热光器件采用折线型加热电极，则热传导部件可以制作成折线型，若低功耗热光器件采用直线型加热电极，则热传导部件可以制作成直线型，这样热传导部件可以达到最优的热传导效果。
当然，热传导部件30在基底10上的投影和加热电极40在基底10上的投影形状也可以不相同，只要能够将加热电极产生的热量传导至光波导即可，本申请对此不做限定。
例如，如图2所示，热传导部件30可以为周期性柱状结构，其中每一根柱状结构与上面的加热电极对应。
根据本公开的一些实施方式中，热传导部件30的制作材料为导热性好且不会引起光吸收的材料，例如可以为参杂多晶硅。
根据本公开的一些实施方式中，光器件结构还包括：在基底10上形成的介质层50，光波导20、热传导部件30和加热电极40位于介质层50内。
根据本公开的一些实施方式中，介质层50的制作材料可以为二氧化硅。
应理解，虽然二氧化硅与硅材料都具有较大的热传导系数，但硅材料相对二氧化硅来说热传导系数更大，因此，当热传导部件由导热性良好的参杂多晶硅制成时，热传导部件对热量的传递能力大于加热电极与光波导之间的二氧化硅介质层对热量的传递能力，通过热传导部件，可以将加热电极产生的热量更多地传导至光波导，以降低加热电极位置距离光波导位置较远的影响，可以提高加热电极的加热效率，降低热光器件结构的功耗。如果加热电极与光波导之间只有介质层，则不能达到上述有益效果。
本公开与现有技术相比的优点在于：
本公开提供的低功耗热光器件，在光波导和加热电极之间增加了热传导部件，该热传导部件导热性好且不会引起光吸收，通过热传导部件，可以将加热电极产生的热量更多地传导至光波导，以降低加热电极位置距离光波导位置较远的影响，可以提高加热电极的加热效率，降低热光器件结构的功耗。
本公开还提供了一种低功耗热光器件的制作方法，该方法用于制作上述低功耗热光器件，包括以下步骤：
提供基底10，所述基底10包括：硅衬底11、在所述硅衬底上形成的埋氧层12、以及在所述埋氧层12上形成的光波导20，如图3所示。
在所述基底10上沉积形成第一介质层51，作为光波导20的上包层，如图4所示；具体的，第一介质层的沉积厚度可以为1μm，沉积完成后进行CMP(化学机械研磨)，以平坦化第一介质层。第一介质层的制作材料可以为二氧化硅。
在所述第一介质层中制作热传导部件30；
具体的，若第一介质层为二氧化硅，则进行为二氧化硅刻蚀，刻蚀凹槽的底部与光波导的距离d1等于30nm，也就是在光波导的上方保留30nm的二氧化硅，当然d1的值可以根据实际情况进行设定，如图5所示。
进一步的，通过低压化学气相沉积(LPCVD)技术，在刻蚀凹槽中沉积参杂多晶硅，沉积完成后进行CMP(化学机械研磨)，以平坦化当前结构，如图6所示。
在所述热传导部件30上制作加热电极40，如图7所示。加热电极40可以为折线型加热电极，主要是金属电极(金、银、铝、铜、铬等)，一般置于波导上包层的表面并与波导芯层相隔一定距离，主要是用来减少金属对光的吸收损耗。
在所述加热电极40上沉积形成第二介质层52，如图8所示。
应理解，第一介质层51和第二介质层52共同构成图2中的介质层50。
本公开与现有技术相比的优点在于：
本公开提供的低功耗热光器件，在光波导和加热电极之间增加了热传导部件，该热传导部件导热性好且不会引起光吸收，通过热传导部件，可以将加热电极产生的热量更多地传导至光波导，以降低加热电极位置距离光波导位置较远的影响，可以提高加热电极的加热效率，降低热光器件结构的功耗。
为了形成同一结构，本领域技术人员还可以设计出与以上描述的方法并不完全相同的方法。另外，尽管在以上分别描述了各实施例，但是这并不意味着各个实施例中的措施不能有利地结合使用。
以上对本公开的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本公开的范围。本公开的范围由所附权利要求及其等价物限定。不脱离本公开的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本公开的范围之内。
Claims (8)
1.一种低功耗热光器件，其特征在于，包括：
基底，所述基底具有光波导；
加热电极，位于所述光波导上方；
热传导部件，所述热传导部件位于所述光波导和所述加热电极之间；
其中，所述热传导部件具有导热性且不会引起光吸收，用于在所述加热电极加热过程中，将所述加热电极产生的热量传导至所述光波导，以增加所述光波导受热强度。
2.根据权利要求1所述的低功耗热光器件，其特征在于，所述热传导部件的底部与所述光波导的距离大于等于第一值，所述热传导部件的顶部与所述加热电极的距离小于等于第二值。
3.根据权利要求1所述的低功耗热光器件，其特征在于，所述热传导部件在所述基底上的投影和所述加热电极在所述基底上的投影形状相同。
4.根据权利要求1所述的低功耗热光器件，其特征在于，所述热传导部件的制作材料为参杂多晶硅。
5.根据权利要求1所述的低功耗热光器件，其特征在于，所述基底还包括：硅衬底，以及在所述硅衬底上的埋氧层，所述光波导位于所述埋氧层上。
6.根据权利要求1所述的低功耗热光器件，其特征在于，所述光器件结构还包括：在所述基底上形成的介质层，所述光波导、所述热传导部件和所述加热电极位于所述介质层内。
7.根据权利要求6所述的低功耗热光器件，其特征在于，所述介质层的制作材料为二氧化硅。
8.一种低功耗热光器件的制作方法，其特征在于，包括：
提供基底，所述基底包括：硅衬底、在所述硅衬底上形成的埋氧层、以及在所述埋氧层上形成的光波导；
在所述基底上沉积形成第一介质层；
在所述第一介质层中制作热传导部件；
在所述热传导部件上制作加热电极；
在所述加热电极上沉积形成第二介质层。
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2021
- 2021-03-01 CN CN202110224733.3A patent/CN113176674A/zh active Pending
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