CN102696113B - 具有采用水平电场的光传感器的光学装置 - Google Patents

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Abstract

该装置包括在基底上的光学波导。该波导被配置为引导光信号穿过光透射介质。光传感器也定位于基底上。光传感器包括从平板区域延伸的脊。平板区域定位于脊的相对侧上。光吸收介质被定位成从包括于波导中的光透射介质接收光信号的至少一部分。光吸收介质包括于脊中且也在平板区域中。光吸收介质包括掺杂区域，掺杂区域被定位成使得跨越整个掺杂区域上施加反向偏压在包括于该脊中的光吸收介质中形成电场。

Description

具有采用水平电场的光传感器的光学装置
相关申请
本申请为在2009年9月4日提交的名称为“OpticalDeviceHavingLightSensorEmployingHorizontalElectricalField”的美国专利申请序列号12/584,476的连续案且其以全文引用的方式合并到本文中。此外，本申请涉及到在2009年2月19日提交的名称为“OpticalDeviceHavingLightSensorEmployingHorizontalElectricalField”的美国专利申请序列号12/380,016，且其以全文引用的方式合并到本文中。
技术领域
本发明涉及光学装置，且更特定而言涉及具有光传感器的装置。
背景技术
光学和/或光电装置越来越多地用于通信应用中。这些装置可包括光传感器，光传感器从波导接收光信号。这些光传感器通常采用了吸收所接收的光信号的光吸收材料。在光传感器的操作期间，在整个光吸收材料上施加电场。当光吸收材料吸收光信号时，电流流经该光吸收材料。因此，流过光吸收材料的电流水平指示出由光吸收材料接收的光信号的强度。
在光学和/或光电装置上的波导常常由硅制成。由于硅并不吸收具有用于通信应用中波长的光信号，硅常常不能有效地用作通信应用中的光传感器中的光吸收介质。相反，锗是能吸收这些信号的材料，且因此常常用作通信应用中光传感器的光吸收介质。
当波导具有具备亚微米（sub-micron）尺寸的截面时，这些光传感器已能实现足够的速度。但是，当用于具有这些尺寸的波导时，这些光传感器是与不合需要的高光学损失相关联的。另外，在许多通信应用中使用的波导采用较大的波导。当这些光传感器用于较大波导时，它们通常失去速度、且变得与不合需要的暗电流水平相关联。
由于上述原因，需要适用于更大波导的光传感器。
发明内容
一种光学装置包括位于基底上的波导。该装置还包括位于基底上的光传感器。该光传感器包括光吸收介质，光吸收介质被配置为用以从波导接收光信号。该光传感器还包括场源以用于在光吸收介质中生成电场。该场源被配置为使得电场基本上平行于基底。
该装置的一个实施例包括了位于基底上的光学波导。该波导被配置为用以引导光信号穿过光透射介质。光传感器也定位于基底上。光传感器包括从平板区域延伸的脊。平板区域定位于脊的相对侧上。光吸收介质被定位成用以从包括于波导中的光透射介质接收光信号的至少一部分。光吸收介质被包括于脊中、且也在平板区域中。光吸收介质包括掺杂区域，掺杂区域被定位成使得：跨越整个掺杂区域上来施加反向偏压，则在包括于该脊中的光吸收介质中形成电场。
在该光学装置的另一实施例中，该波导被配置为用以引导光信号穿过光透射介质。另外，光吸收介质具有侧边/旁侧（lateralside），旁侧各自定位于顶侧与底侧之间，且底侧在基底与顶侧之间。光吸收介质被配置为用以从波导中的光透射介质接收光信号的至少一部分。光透射介质和光吸收介质为不同材料。该光传感器还包括场源，场源被配置为用作在光吸收介质中的电场的源。场源各自接触着旁侧之一，并且，由场源所接触着的旁侧位于光吸收介质的相对侧上。
附图说明
图1A至图1D示出了光学装置，该光学装置具有被配置为用以从波导接收光信号的光传感器。该光传感器包括场源，场源被配置为用以在光吸收介质中生成基本上水平的电场。在图1A至图1D中图示的装置采用光吸收介质的掺杂区域作为场源。图1A为装置的透视图。
图1B为沿着标记为B的线所截取的图1A所示装置的截面图。
图1C为沿着标记为C的线所截取的图1A所示装置的截面图。
图1D为沿着标记为C且平行于波导的纵向轴线延伸的线所截取的图1C所示的光学装置的截面图。
图2A为采用电导体作为场源的光传感器的截面图。
图2B为采用电导体作为场源的光传感器的截面图。电导体被升高到图2A所示的电导体的高度上方。
图2C为光传感器的截面图，其具有光吸收介质，光吸收介质被定位成使得掺杂区域仅位于光吸收介质中、但不包括在光透射介质中。
图3为其中波导包括水平锥形的光学装置的顶视图。
图4A至图12C示出了生成根据图1A至图1C所构建的光学装置的方法。
图13A至图16B示出了生成根据图2B所构建的光学装置的方法。
图17A至图22C示出了生成根据图2C所构建的光学装置的方法。
具体实施方式
该光学装置包括位于基底上的光透射介质。该装置还包括波导，波导被配置为用以引导光信号穿过光透射介质。该光学装置还包括光传感器，光传感器被配置为用以从波导接收光信号。该光传感器包括光吸收介质，光吸收介质被定位成使得光透射介质的晶种（seed）部在光吸收介质与基底之间。该光吸收介质可在该光透射介质的晶种部上生长。
该光传感器包括与光吸收介质相接触的场源。在光传感器操作期间，反向偏压可施加到场源以在光吸收介质中形成电场。场源被布置成使得所形成的电场基本上平行于基底、或者基本上是水平的。举例而言，场源可定位于光吸收介质的旁侧上。由于电场能基本上平行于基底，电场也基本上平行于在光透射介质的晶种部与光吸收介质之间的界面。在电场与此界面之间的相互作用是在光传感器中暗电流源。因此，形成平行于此界面的电场减小了在光传感器中的暗电流。
在光传感器的一个实施例中，该光传感器包括脊，脊从位于脊的相对侧上的平板区域延伸。光吸收介质被包括于脊中，且也包括在平板区域中。光吸收介质可包括掺杂区域，掺杂区域各自位于脊中和平板区域之一中。这种布置可相对于其它光传感器具有简化的制作过程，因为掺杂区域能仅形成于光吸收介质中，且因此无需形成于多种材料中。可需要不同的条件来在不同材料中形成掺杂区域。因此，在单种材料中形成掺杂区域的能力能简化制作工艺/过程。
此外，在光信号进入到光吸收介质内之前，波导的宽度能逐渐减小。因此，光吸收介质能具有小于波导宽度的宽度。减小的宽度增加了光传感器的速度。因此，即使当结合在通信应用中常用的波导大小使用时，光传感器可具有所需速度水平和暗电流水平，而同时也具有与建置于较大波导上的光传感器相关联的减小的光学损失。
图1A至图1D示出了光学装置，该光学装置具有被配置为用以从波导接收光信号的光传感器。图1A为装置的透视图。图1B为光传感器的截面。举例而言，图1B为沿着标记为B的线所截取的图1A所示装置的截面图。图1C为波导的截面图。举例而言，图1C为沿着标记为C的线所截取的图1A中所示装置的截面图。图1D为沿着标记为C且平行于波导的纵向轴线延伸的线所截取的图1C中所示的光学装置的截面图。
该装置属于被称作平面光学装置的光学装置类别。这些装置通常包括相对于基板或基底固定的一个或多个波导。光信号沿着波导的传播方向大体上平行于该装置的平面。该装置的平面的实例包括基底的顶侧，基底的底侧，基板的顶侧和/或基板的底侧。
所图示的装置包括从顶侧12延伸到底侧14的旁侧10(或边缘)。光信号沿着平面光学装置上的波导长度的传播方向大体上延伸穿过该装置的旁侧10。该装置的顶侧12和底侧为非旁侧。
该装置包括一个或多个波导16，其运载着光信号到光学构件17和/或从光学构件17运载光信号。能包括于该装置上的光学构件17的实例包括(但不限于)选自由下列所构成的组中的一个或多个构件：刻面（facet），光信号能通过所述刻面进入和/或退出波导；进/出端口，光信号能从该装置上方或下方通过进/出端口来进入和/或退出所述波导；复用器（multiplexer），其用于组合多个光信号到单个波导上；解复用器（demultiplexer），其用于分开多个光信号从而使得不同的光信号在不同波导上被接收；光耦合器；光开关；激光器，其充当光信号源；放大器，其用于放大光信号的强度；衰减器，其用于衰减光信号的强度；调制器，其用于调制信号到光信号上；光传感器，其将光信号转换成电信号；以及，通路，其提供光学途径以供光信号从该装置的底侧14穿过该装置到该装置的顶侧12。此外，该装置可选地可包括电构件。举例而言，该装置可包括电连接件用于向波导施加电位/电势或电流，和/或用于控制光学装置上的其它构件。
波导16被限定于位于基底20上的光透射介质18中。举例而言，波导16被部分地由从光透射介质的平板区域向上延伸的脊22所限定。在某些情形下，平板区域的顶部由部分地延伸到光透射介质18内或穿过光透射介质18延伸的沟槽24的底部来加以限定。合适光透射介质包括(但不限于)硅、聚合物、硅石、SiN、GaAs、InP和LiNbO3。一个或多个包层被可选地定位于光透射介质上。该一个或多个包层可用作一种用于波导16和/或用于该装置的包层。当光透射介质18为硅时，合适包层包括(但不限于)硅、聚合物、硅石、SiN、GaAs、InP和LiNbO3。
邻近于光透射介质18的基底20的部分被配置为用以从波导16往回反射光信号到波导16内以便将光信号约束在波导16中。举例而言，邻近于光透射介质18的基底20的部分可为光绝缘体27，且其具有比光透射介质18更低的折射率。折射率的降低可造成光信号从光透射介质18往回反射到光透射介质18内。基底20可包括位于基板28上的光绝缘体27。如将会在下文中变得显然的，基板28可被配置为用以透射光信号。举例而言，基板28可由与光透射介质18不同或者与光透射介质18相同的光透射介质18构成。在一实例中，该装置构建于绝缘硅片/绝缘体上的硅（silicon-on-insulator）晶片上。绝缘硅片晶片包括了充当光透射介质18的硅层。绝缘硅片晶片还包括位于硅基板上的硅石层。硅石层可充当光绝缘体27，且硅基板可充当基板28。
光学装置还包括光传感器29，该光传感器29被配置为用以接收由一个或多个波导16引导的光信号。该光传感器29被配置为用以将光信号转换成电信号。因此，该光信号可被用于检测光信号的接收。举例而言，该光传感器29可用于测量光信号的强度和/或光信号的功率。尽管图1A示出了波导16在一个或多个构件与光传感器29之间运载光信号，该装置可构建成使得波导16直接从光纤向光传感器29运载光信号。
合适的光传感器29包括吸收光信号的光吸收介质32。光吸收介质32被定位成用以接收沿着波导16行进的光信号的至少一部分。如从图1A明显看出，存在着介于光吸收介质32的刻面与光透射介质18的刻面之间的界面。该界面可具有相对于在该界面处穿过波导16的光信号传播方向而言并不垂直的角度。在某些情形下，该界面相对于基底20基本上垂直，而同时相对于传播方向不垂直。界面的非垂直性减小了往回反射的效应/效果。界面相对于传播方向的合适角度包括(但不限于)在80°与89°之间的角度、以及在80°与85°之间的角度。
光传感器29的光吸收介质32定位于光透射介质18的晶种部34上。光透射介质18的晶种部34定位于基底20上。特别地，该光透射介质18的晶种部34接触该绝缘体27。该光透射介质18的晶种部34可与包括于波导16中或与波导16间隔开的光透射介质18是连续的。当光信号进入光传感器时，光信号的一部分可进入到光透射介质18的晶种部34，且光信号的另一部分进入光吸收介质32。因此，光吸收介质32能仅接收该光信号的一部分。在某些情形下，光传感器可被配置为用以使得光吸收材料接收整个/全部光信号。
在该装置的制作期间，光透射介质18的晶种部34能用于生长光吸收介质32。举例而言，当光透射介质18为硅、且光吸收介质32为锗时，锗能生长于该硅上。因此，在波导16中使用光透射介质18、以及使用光透射介质18作为种层来生长光吸收介质32，能简化用于制作该装置的过程。
在光传感器29操作期间，反向偏压电场施加于整个光吸收介质32上。当光吸收介质32吸收光信号时，电流流过该光吸收介质32。因此，经过光吸收介质32的电流水平指示出了光信号的接收。此外，电流的量值能指示出光信号的功率和/或强度。不同的光吸收介质32能吸收不同波长，且相应地适宜用于传感器29中，取决于传感器29的功能。适用于检测在通信应用中所用的光信号的光吸收介质32包括(但不限于)锗、硅锗、硅锗量子阱、GaAs和InP。锗适合于检测所具有的波长在1300nm至1600nm范围的光信号。
光传感器可被配置为用以向光吸收介质32施加基本上平行于基底20的电场。举例而言，光吸收介质32可包括连接着底侧36和顶侧37的旁侧35。底侧位于顶侧与基底20之间。在某些情形下，旁侧相对于基底20是基本上垂直的。
光吸收介质32的旁侧可包括掺杂区域40。如从图1B明显看出，掺杂区域40中每一个可一直延伸到光吸收介质32的顶侧上。掺杂区域40中每一个可为N型掺杂区域或P型掺杂区域。举例而言，N型掺杂区域中每一个可包括N型掺杂剂，且P型掺杂区域中每一个可包括P型掺杂剂。在某些情形下，光吸收介质32包括了为N型掺杂区域的掺杂区域40和为P型掺杂区域的掺杂区域40。在光吸收介质32中在掺杂区域40之间的分隔导致了在光传感器29中形成PIN(p型区域-绝缘体-n型区域)结。
在光吸收介质32中，N型区域的合适掺杂剂包括(但不限于)磷和/或砷。P型区域的合适掺杂剂包括(但不限于)硼。掺杂区域40被掺杂以便为导电的。在p型掺杂区域中的P型掺杂剂的合适浓度包括(但不限于)：大于1×1015cm-3，1×1017cm-3或1×1019cm-3的浓度和/或小于1×1017cm-3，1×1019cm-3或1×1021cm-3的浓度。在N型掺杂区域中的N型掺杂剂的合适浓度包括(但不限于：大于1×1015cm-3，1×1017cm-3或1×1019cm-3的浓度和/或小于1×1017cm-3，1×1019cm-3或1×1021cm-3的浓度。
光透射介质18还包括掺杂区域42。在光透射介质18中的每个掺杂区域42接触着在光吸收介质32中的掺杂区域40之一。在光透射介质18中的掺杂区域42和所接触的掺杂区域40为相同类型的掺杂区域。举例而言，当在光吸收介质32中的掺杂区域40为P型区域时，掺杂区域40接触着在光透射介质18中的P型掺杂区域。结果，在某些情形下，在光透射介质18中的掺杂区域42之一为P型掺杂区域，且在光透射介质18中的掺杂区域42之一为N型掺杂区域。在光透射介质18中，N型区域的合适掺杂剂包括(但不限于)磷和/或砷。P型区域的合适掺杂剂包括(但不限于)硼。掺杂区域42被掺杂以便为导电的。在P型掺杂区域中的P型掺杂剂的合适浓度包括(但不限于)：大于1×1015cm-3，1×1017cm-3或1×1019cm-3的浓度和/或小于1×1017cm-3，1×1019cm-3或1×1021cm-3的浓度。在N型掺杂区域中的N型掺杂剂的合适浓度包括(但不限于)：大于1×1015cm-3，1×1017cm-3或1×1019cm-3的浓度和/或小于1×1017cm-3，1×1019cm-3或1×1021cm-3的浓度。
在光透射介质18中的每个掺杂区域42接触着诸如金属这样的电导体44。因此，在光透射介质18中的掺杂区域42中的每一个在电导体44与处于光吸收介质32中的掺杂区域40之一之间提供电连通。结果，电能可施加到电导体44以便向光吸收介质32施加电场。正如从图1B中标记为E的箭头显而易见的，在光吸收介质32中的掺杂区域40充当电场的场源。结果，所形成的电场基本上平行于基底20。
并非使用在光吸收介质32中的掺杂区域40作为场源，使用诸如金属这样的电导体44作为场源。举例而言，图2A为采用电导体44作为场源的光传感器的截面图。电导体44从基底20延伸到光吸收介质32的顶侧。举例而言，图2A示出了电导体44从绝缘体27延伸到光吸收介质32顶侧。光透射介质18的晶种部34是在基底20与光吸收介质32之间。
如从图2A明显看出，电导体44能接触基底20。但是，电导体44能与基底20间隔开，如在图2B中所图示的那样。在图2B中，间隔层46形成于光透射介质18的顶部上、且抵靠着光吸收介质32的旁侧。电导体44从间隔层46的顶部延伸到光吸收介质32的顶侧。因此，间隔层46相对于基底20抬高了电导体44的底部。电导体44也可抬升到高于在光透射介质18的晶种部34与光吸收介质32之间的界面。电导体44的抬高减小了在所形成的电场与介于光透射介质18的晶种部34和光吸收介质32之间的界面的相互作用。这种减小的相互作用可进一步减小与光传感器相关联的暗电流。
图2C展示了能简化制作过程的光传感器的另一构造。光吸收介质32的脊22从光吸收介质32的平板区域向上延伸。光吸收介质32的平板区域和光吸收介质32的脊22二者都定位于光透射介质18的晶种部34上。因此，光透射介质18的晶种部34在光吸收介质32与基底20之间。该光吸收介质32可在该光透射介质18的晶种部上生长。
光吸收介质32的掺杂区域40定位于光吸收介质32的脊22的旁侧上。掺杂区域40从脊22延伸到光吸收介质32的平板区域内。从光吸收介质32的脊22到光吸收介质32的平板区域的掺杂区域40的过渡可以是连续的或者不间断的，如从图2C明显看出的那样。
电导体44定位于光吸收介质32的平板区域上。特别地，电导体44各自接触着在光吸收介质32的平板区域中的掺杂区域40的一部分。
图2C的布置可相对于诸如图2A中所图示的布置具有简化的制造过程。举例而言，在图2A中，掺杂区域40形成于光透射介质18中以及也形成于光吸收介质32中。可需要不同的条件来在不同材料中形成这些区域。举例而言，当光透射介质18为硅、且光吸收介质32为锗时，可需要使用与用来形成位于光透射介质18中的掺杂区域42不同的温度来形成在光吸收介质32中的掺杂区域40。但是，由于图2C的布置需要的是仅在光吸收介质中形成掺杂区域，则图2C的布置制作起来可更简单。
图2C中图示的布置也可与暗电流的减小相关联，这是减小了在所形成的电场与介于光透射介质18的晶种部34和光吸收介质32之间界面的相互作用的结果。举例而言，如从在图2C中的标记为P的箭头可看出，形成于电导体之间的电场的至少一部分可形成于一种路径上：该路径穿过平板区域之一，穿过在脊下方的光吸收介质的一部分，且然后穿过平板区域、而不进入光透射介质。由于所图示的路径并不包括光透射介质，则可减小暗电流。
尽管图2C示出了掺杂区域中每一个仅部分地延伸到包括于平板区域中的光吸收介质内，掺杂区域中的一个或多个能延伸穿过光吸收介质。因此，掺杂区域中的一个或多个能接触到光透射介质18。另外，掺杂区域中的一个或多个能延伸穿过光吸收介质、且进入到光透射介质18内。
增加由场源所接触着的脊的旁侧的部分能提高光传感器的效率。因此，如在图1A、图2A和图2C中显而易见的，场源中每一个能跨越介于由场源所接触着的旁侧的顶部与由场源所接触着的旁侧的底部之间的距离。在某些情形下，场源中的每一个从由场源所接触着的旁侧的顶部朝向基底20延伸。可替代地，场源中的每一个能从高于介于由场源所接触的旁侧的顶部与由场源所接触的旁侧的底部之间距离的90%的位置朝向基底20延伸。场源中的每一个能从高于介于由场源所接触的旁侧的顶部与由场源所接触的旁侧的底部之间距离的80%的位置朝向基底20延伸。在一个实例中，场源中每一个从在由该场源所接触着的旁侧顶部的1.0μm内的位置朝向基底20延伸。
如在上文中所指出的那样，光传感器适合于结合着适用于通信应用的波导尺寸而使用。因此，波导16的合适高度(在图1C中标记为h)包括(但不限于)大于1μm,2μm和3μm的高度。波导16的合适宽度(在图1C中标记为w)包括(但不限于)大于0.5μm,2μm,和3μm的宽度。合适波导尺寸比例(波导16宽度:波导16高度)包括(但不限于)大于0.15:1，0.5:l和1:1的比例和/或小于0.25:1，1:1和2:1的比例。
波导16的有所增加的尺寸也与光吸收介质32的有所增加的尺寸相关联。举例而言，光吸收介质32的合适高度(在图1B中标记为H)包括(但不限于)大于1μm，2μm和3μm的高度。光吸收介质的合适宽度(在图1B中标记为W)包括(但不限于)大于0.5μm，1.5μm和2μm的宽度。合适光吸收介质32尺寸比例(波导16宽度:波导16高度)包括(但不限于)大于0.15:1，0.5:1和0.75:1的比例和/或小于0.25:1，0.75:1和1:1的比例。
图3为其中波导16包括锥形48的光学装置的顶视图。锥形48可为水平锥形且无需包括竖直锥形，但竖直锥形为可选的。锥形48定位于光传感器之前。举例而言，水平锥形出现于光透射介质18中、而不是在光吸收介质32中。锥形48允许光吸收介质32具有比波导16更窄的宽度。光吸收介质32的有所减小的宽度增加了光传感器的速度。光学构件优选地不在锥形与光传感器之间包括额外构件，但可存在其它构件。尽管图3示出了根据图1构建的光传感器，图3的光传感器能根据图2A至图2C所图示的光传感器中的任一个而构建。
光学装置能使用在集成电路、光电电路和/或光学装置的制作中所采用的制作技术来构建。举例而言，用于波导16的脊22和/或晶种部34能使用在绝缘硅片晶片上的蚀刻技术而形成于光透射介质18中。可易于使用掩膜和蚀刻技术来形成水平锥形。用于形成竖直锥形的合适方法公开于在2003年1月15日提交的名称为“ControlledSelectivityEtchforUsewithOpticalComponentFabrication”的美国申请序列号10/345,709，且其全文以引用的方式合并到本文中。
图4A至图12C示出了生成根据图1A至图1C所构建的光学装置的方法。该方法被示出为使用绝缘硅片晶片或芯片作为光学装置的起始前体。但是，该方法可适于除了绝缘硅片平台之外的平台。
图4A至图4C示出了在用于提供装置前体的绝缘硅片晶片或芯片上所形成的第一掩模50。图4A为装置前体的顶视图。图4B为沿着标记为B的线所截取的图4A所示装置前体的截面图。图4C为沿着标记为C的线所截取的图4A中所示装置前体的截面图。第一掩模50使得装置前体将待形成传感器腔52的区域暴露，而同时保护了装置前体的图示部分的其余区域。传感器腔52为其中将要形成光吸收介质32的装置前体的区域。然后执行第一蚀刻以便形成传感器腔52。第一蚀刻得到图4A至图4C的装置前体。执行第一蚀刻，从而使得光透射介质18的晶种部34保留在基底20上。因此，第一蚀刻是在到达基底20之前终止的。
合适的第一掩模50包括(但不限于)诸如硅石掩模这样的硬式掩模。合适的第一蚀刻包括(但不限于)干式蚀刻。
如在图5A至图5C中所图示的那样，光吸收介质32形成于图4A至图4C的传感器腔52中。图5A为装置前体的顶视图。图5B为沿着标记为B的线所截取的图5A中所示装置前体的截面图。图5C为沿着标记为C的线所截取的图5A中所示装置前体的截面图。当光透射介质18为硅、且光吸收介质32为锗时，锗可生长于该硅的晶种部34上。在形成了光吸收介质32之后，可将该装置前体进行平面化以提供图5A至图5C的装置前体。
可从图5A至图5C的装置前体移除第一掩模50，且可在该装置前体上形成第二掩模54以便提供图6A至图6C的装置前体。图6A为装置前体的顶视图。图6B为沿着标记为B的线所截取的图6A中所示装置前体的截面图。图6C为沿着标记为C的线所截取的图6A中所示装置前体的截面图。形成第二掩模54，从而使得将要形成沟槽24的区域保持暴露、而同时保护装置前体的图示部分的其余区域。合适的第二掩模54包括诸如硅石掩模这样的硬式掩模。
在图6A至图6C的装置前体上执行第二蚀刻，以提供图7A至图7C的装置前体。图7A为装置前体的顶视图。图7B为沿着标记为B的线所截取的图7A中所示装置前体的截面图。图7C为沿着标记为C的线所截取的图7A中所示装置前体的截面图。当将该蚀刻材料的第一部分蚀刻到大约沟槽24的所需深度时，停止第二蚀刻。由于第二蚀刻同时地蚀刻了该光透射介质18和光吸收介质32，则第二蚀刻将光透射介质18和光吸收介质32蚀刻到不同深度。举例而言，图7B示出了比光透射介质18更深地蚀刻的光吸收介质32。合适的第二蚀刻包括(但不限于)能蚀刻光透射介质18和光吸收介质32的干式蚀刻。
第三掩模56形成于图7A至图7C的装置前体上，如由图8A至图8C的装置前体所图示的那样。图8A为装置前体的顶视图。尽管从图8A的装置前体上方看不到光吸收介质32的位置，以虚线示出光吸收介质32以示出在第三掩模56与下面的光吸收介质32之间的空间关系。图8B为沿着标记为B的线所截取的图8A所示装置前体的截面图。图8C为沿着标记为C的线所截取的图8A中所示装置前体的截面图。第三掩模56的部分形成于第二掩模54上方。形成第三掩模56，从而使得第二掩模54与第三掩模56的组合使得与波导16相关联的沟槽24暴露、而同时保护了装置前体的图示部分的其余区域。然后执行第三蚀刻以便提供图8A至图8C的装置前体。执行第三蚀刻，从而使得与波导16和光传感器相关联的沟槽24被蚀刻至大约相同深度。因此，第三蚀刻针对在图7B和图7C中明显看出的深度差异进行了校正。
合适的第三掩模56包括(但不限于)光刻胶/光阻材料。合适的第三蚀刻包括(但不限于)干式蚀刻。
移除第三掩模56，且在光透射介质18和在光吸收介质32中形成掺杂区域40、42以便提供图9A至图9C的装置前体。图9A为装置前体的顶视图。图9B为沿着标记为B的线所截取的图9A中所示装置前体的截面图。图9C为沿着标记为C的线所截取的图9A中所示装置前体的截面图。n型掺杂区域可通过如下步骤形成：在装置前体上形成掺杂掩模，使得n型掺杂区域的位置暴露、且同时保护所述装置前体的图示部分的其余区域。可采用高角度掺杂剂植入过程来形成n型掺杂区域。然后可移除掺杂掩模。相同的顺序然后可用于形成p型掺杂区域。可在n型掺杂区域之前形成p型掺杂区域，或者可在p型掺杂区域之前形成n型掺杂区域。
从图9A至图9C的装置前体移除第二掩模54，且在该装置前体上形成第一包层58以便提供图10A至图10C的装置前体。图10A为装置前体的顶视图。尽管从图10A的装置前体上方看不到光吸收介质32的位置，以虚线示出光吸收介质32以便示出在装置前体上的特征之间的空间关系。图10B为沿着标记为B的线所截取的图10A中所示装置前体的截面图。图10C为沿着标记为C的线所截取的图10A中所示装置前体的截面图。如在图10A和图10B中显而易见的，形成了第一包层58，从而使得待由电导体44接触的掺杂区域42的部分保持暴露，且该装置前体的图示部分的其余区域受到第一包层58保护。合适的第一包层58包括(但不限于)PECVD淀积硅石，其随后使用光刻法来实现图案化。
在图10A和图10C的装置前体上形成电导体44以便提供图11A至图11C的装置前体。图11A为装置前体的顶视图。尽管从图11A的装置前体上方看不到光吸收介质32的位置，以虚线示出光吸收介质32以示出在装置前体上的特征之间的空间关系。图11B为沿着标记为B的线所截取的图11A中所示装置前体的截面图。图11C为沿着标记为C的线所截取的图11A中所示装置前体的截面图。如从图11A和图11B中显而易见的，可形成电导体44，使得每个电导体44从掺杂区域42之一延伸、从沟槽24出来、且经过光透射介质18上。合适电导体44包括诸如钛和铝这样的金属。可通过溅射来淀积金属，且通过光刻法来图案化。
第二包层60可选地形成于图11A至图11C的装置前体上，以便提供图12A至图12C的装置前体。图12A为装置前体的顶视图。尽管从图12A的装置前体上方看不到光吸收介质32和电导体44的位置，以虚线示出光吸收介质32和电导体44以便示出在装置前体上的特征之间的空间关系。图12B为沿着标记为B的线所截取的图12A中所示装置前体的截面图。图12C为沿着标记为C的线所截取的图12A中所示装置前体的截面图。如从图12A和图12B显而易见的，可图案化第二包层60，从而使得第二包层60限定所述电导体44的接触衬垫。合适第二包层60包括(但不限于)PECVD淀积的SiN，其随后使用光刻法来实现图案化。在移除了光刻法期间形成的光刻胶之后，图12A至图12C的装置前体能烧结以形成光学装置。
该装置可结合与接触衬垫成电连通的电子器件而使用。电子器件能向接触衬垫施加电能以便形成在光传感器中跨越整个PIN结上的反向偏压。当光吸收介质32吸收光信号时，电流流过该光吸收介质32，指示出光信号的接收。
图13A至图16B示出了生成根据图2B所构建的光学装置的方法。该方法被图示为使用图5A至图5C的装置前体作为起始装置前体。
可从图5A至图5C的装置前体移除第一掩模50，且可在该装置前体上形成第二掩模54，如在图13A至图13C所图示的那样。图13A为装置前体的顶视图。图13B为沿着标记为B的线所截取的图13A中所示装置前体的截面图。图13C为沿着标记为C的线所截取的图13A中所示装置前体的截面图。图13D为沿着标记为D的线所截取的图13A中所示装置前体的截面图。形成了第二掩模54，从而使得将要形成沟槽24的区域保持暴露。第二掩模54还暴露将形成电接触衬垫的接触区域。第二掩模54保护着装置前体的图示部分的其余区域。合适的第二掩模54包括诸如硅石掩模这样的硬式掩模。
在装置前体上执行第二蚀刻，以便提供图13A至图13C的装置前体。在将蚀刻材料的第一部分蚀刻到沟槽24的所需深度时，停止第二蚀刻。由于第二蚀刻同时地蚀刻了该光透射介质18和光吸收介质32，第二蚀刻将光透射介质18和光吸收介质32蚀刻到不同的深度。举例而言，图13B示出了比光透射介质18更深地蚀刻的光吸收介质32。合适的第二蚀刻包括(但不限于)能蚀刻光透射介质18和光吸收介质32二者的干式蚀刻。
第三掩模56形成于图13A至图13D的装置前体上，如由图14A至图14D的装置前体所图示的那样。图14A为装置前体的顶视图。尽管从图14A的装置前体上方看不到光吸收介质32的位置，以虚线示出光吸收介质32以便示出在第三掩模56与下面的光吸收介质32之间的空间关系。图14B为沿着标记为B的线所截取的图14A中所示装置前体的截面图。图14C为沿着标记为C的线所截取的图14A中所示装置前体的截面图。图14D为沿着标记为D的线所截取的图14A中所示装置前体的截面图。形成了第三掩模56，从而使得第二掩模54与第三掩模56的组合使得与波导16相关联的沟槽24暴露、而同时保护了装置前体的图示部分的其余区域。然后执行第三蚀刻以便提供图14A至图14D的装置前体。执行第三蚀刻，从而使得与波导16和光传感器相关联的沟槽24被蚀刻至大约相同深度。因此，第三蚀刻针对于在图13C和图13D中显而易见的深度差异进行了校正。
从图14A至图14D的装置前体移除了第三掩模56。间隔层46形成于所得到的结构上，如在图15A至图15C所图示的那样。图15A为装置前体的顶视图。图15B为沿着标记为B的线所截取的图15A中所示装置前体的截面图。图15C为沿着标记为C的线所截取的图15A中所示装置前体的截面图。用于间隔层46的合适材料包括(但不限于)PECVD淀积硅石，其随后使用光刻法利用湿式蚀刻而得以图案化。
电导体44形成于图15A至图15C的装置前体上，如在图16A和图16B中所图示的那样。图16A和图16B各自为装置前体的截面图。如从图16A和图16B明显看出，可形成电导体44，从而使得每个电导体44从间隔层46延伸到旁侧顶部。每个电导体44还从沟槽24延伸出来且进入到接触区域内。合适电导体44包括诸如钛和铝这样的金属。可通过溅射来淀积金属，且通过光刻法来图案化。
包层和接触衬垫可形成于图16A和图16的装置前体上，如结合图12A至图12C所讨论的那样。所得到的接触衬垫可结合如上文所公开的电子器件使用。
图13A至图16B的方法可适于形成图2A的装置。举例而言，第二蚀刻和第三蚀刻能向下执行到基底20的水平、且实行该方法的其余部分，而不形成间隔层46。
图17A至图22C示出了生成根据图2C所构建的光学装置的方法。该方法被示出为使用绝缘硅片晶片或芯片作为光学装置的起始前体。但是，该方法可适于除了绝缘硅片平台之外的平台。
可使用图6A至图6C的装置前体来开始该方法。举例而言，可在图6A至图6C的装置前体上执行第二蚀刻，以提供图17A至图17C的装置前体。图17A为装置前体的顶视图。图17B为沿着标记为B的线所截取的图17A中所示装置前体的截面图。图17C为沿着标记为C的线所截取的图17A中所示装置前体的截面图。当将该蚀刻材料的第一部分蚀刻到大约沟槽24的所需深度时，停止第二蚀刻。但是，第二蚀刻并不蚀刻穿过光吸收介质。因此，光吸收介质的脊从光吸收介质的平板区域向上延伸。
由于第二蚀刻同时地蚀刻该光透射介质18和光吸收介质32，第二蚀刻将光透射介质18和光吸收介质32蚀刻到不同的深度。举例而言，图17B示出了比光透射介质18更深地蚀刻的光吸收介质32。合适的第二蚀刻包括(但不限于)能蚀刻光透射介质18和光吸收介质32二者的干式蚀刻。
第三掩模56形成于图17A至图17C的装置前体上，如由图18A至图18C的装置前体所图示的那样。图18A为装置前体的顶视图。尽管从图18A的装置前体上方看不到光吸收介质32的位置，光吸收介质32被示出为虚线以便示出在第三掩模56与下面的光吸收介质32之间的空间关系。图18B为沿着标记为B的线所截取的图18A中所示装置前体的截面图。图18C为沿着标记为C的线所截取的图18A中所示装置前体的截面图。第三掩模56的部分被形成于第二掩模54上方。形成第三掩模56，从而使得第二掩模54与第三掩模56的组合使得与波导16相关联的沟槽24暴露、而同时保护装置前体的图示部分的其余区域。然后执行第三蚀刻以便提供图18A至图18C的装置前体。执行第三蚀刻，从而使得与波导16和光传感器相关联的沟槽24蚀刻至大约相同深度。因此，第三蚀刻校正了在图17B和图17C中明显看出的深度差异。
合适第三掩模56包括(但不限于)光刻胶。合适的第三蚀刻包括(但不限于)干式蚀刻。
移除了第三掩模56，且在光透射介质18中和在光吸收介质32中形成掺杂区域40、42以便提供图19A至图19C的装置前体。图19A为装置前体的顶视图。图19B为沿着标记为B的线所截取的图19A中所示装置前体的截面图。图19C为沿着标记为C的线所截取的图19A中所示装置前体的截面图。n型掺杂区域可通过在装置前体上形成掺杂掩模而生成，因此暴露n型掺杂区域的位置，而同时保护了装置前体的图示部分的其余区域。可采用高角度掺杂剂植入过程来形成n型掺杂区域。可移除掺杂掩模。相同顺序然后可用于形成p型掺杂区域。可在n型掺杂区域之前形成p型掺杂区域，或者可在p型掺杂区域之前形成n型掺杂区域。
从图19A至图19C的装置前体移除第二掩模54，且在该装置前体上形成第一包层58以便提供图20A至图20C的装置前体。图20A为装置前体的顶视图。尽管从图20A的装置前体上方看不到光吸收介质32的位置，光吸收介质32被图示为虚线以便示出在装置前体上的特征之间的空间关系。图20B为沿着标记为B的线所截取的图20A中所示装置前体的截面图。图20C为沿着标记为C的线所截取的图20A中所示装置前体的截面图。如从图20A和图20B明显看出，形成了第一包层58，从而使得将要由电导体44接触的掺杂区域42的部分保持暴露、且该装置前体的图示部分的其余区域受到第一包层58保护。合适第一包层58包括(但不限于)PECVD淀积硅石，其随后使用光刻法而实现图案化。
在图20A和图20C的装置前体上形成电导体44，以便提供图21A至图21C的装置前体。图21A为装置前体的顶视图。尽管从图21A的装置前体上方看不到光吸收介质32的位置，光吸收介质32图示为虚线以便示出在装置前体上的特征之间的空间关系。图21B为沿着标记为B的线所截取的图21A中所示装置前体的截面图。图21C为沿着标记为C的线所截取的图21A中所示装置前体的截面图。如从图21A和图21B显而易见的，可形成电导体44，使得每个电导体44从掺杂区域42之一延伸、从沟槽24出来、且经过光透射介质18上。合适电导体44包括诸如钛和铝这样的金属。可通过溅射来淀积，金属且通过光刻法来实现图案化。
第二包层60可选地形成于图21A至图21C的装置前体上，以便提供图22A至图22C的装置前体。图22A为装置前体的顶视图。尽管从图22A的装置前体上方看不到光吸收介质32和电导体44的位置，以虚线示出光吸收介质32和电导体44以便示出在装置前体上的特征之间的空间关系。图22B为沿着标记为B的线所截取的图22A中所示装置前体的截面图。图22C为沿着标记为C的线所截取的图22A中所示装置前体的截面图。如从图22A和图22B明显看出，可图案化第二包层60，从而使得第二包层60限定电导体44的接触衬垫。合适第二包层60包括(但不限于)PECVD淀积的SiN，其随后使用光刻法而实现图案化。在移除了光刻法期间所形成的光刻胶之后，图22至图22C的装置前体能被烧结以形成光学装置。
该装置可结合与接触衬垫成电连通的电子器件而使用。电子器件能向接触衬垫施加电能以便形成跨越整个光传感器中的PIN结上的反向偏压。当光吸收介质32吸收光信号时，电流流过该光吸收介质32，指示了光信号的接收。
鉴于这些教导内容，本发明的其它实施例、组合和修改对于本领域普通技术人员将显而易见。因此，本发明应仅受到所附权利要求限制，其包括结合上述说明书和附图而观察时能想到的所有这样的实施例和修改。

Claims (16)

1.一种光学装置，包括：
在基底上的波导，所述波导配置为用以引导光信号穿过光透射介质；以及
位于所述基底上的光传感器，
所述光传感器包括：
脊，其从平板区域延伸，所述平板区域在所述脊的相对侧上；
光吸收介质，其定位成用以从所述波导中的光透射介质接收所述光信号的至少一部分，
所述光吸收介质包括于所述脊中，且也包括于所述平板区域中，
所述光透射介质和所述光吸收介质为不同材料，
所述光吸收介质包括掺杂区域，所述掺杂区域定位成用以使得：在所述掺杂区域之间施加反向偏压形成了在包括于所述脊中的所述光吸收介质中的电场。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述掺杂区域定位于所述脊的相对侧上。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，包括于每个平板区域中的所述光吸收介质与包括于所述脊中的所述光吸收介质是连续的。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述掺杂区域中的一个或多个包括于所述平板区域之一和所述脊这二者中。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，一个或多个电接触件定位在包括于所述平板区域之一的所述光吸收介质上。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，电接触件各自定位在包括于所述平板区域之一的所述光吸收介质上，从而使得所述脊定位于所述电接触件之间。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，每个电接触件接触着所述光吸收介质。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电场的至少一部分能形成在一种路径上：该路径从所述平板区域之一，穿过所述脊下方的光吸收介质，且然后到所述平板区域中另一个、而不进入所述光透射介质。
9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光透射材料是在所述基底与包括于所述脊中的所述光吸收介质之间。
10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光透射材料是在所述基底与包括于所述平板中的所述光吸收介质之间。
11.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光透射材料是在所述基底与包括于所述脊中的所述光吸收介质之间，以及也是在所述基底与包括于所述平板区域中每一个中的光吸收介质之间。
12.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，包括于所述脊中的所述光吸收介质具有在旁侧之间的顶部，且所述掺杂区域中每一个接触着所述旁侧之一。
13.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，包括于所述脊中的所述光吸收介质的一部分是在所述掺杂区域之间，且为未掺杂的。
14.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光吸收材料包括锗。
15.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光透射介质和所述光吸收介质在界面处彼此接触，所述界面配置为使得所述光信号行进穿过所述界面，所述界面相对于所述光信号穿过所述界面处的波导而传播的方向为非垂直角度。
16.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，所述角度在80°与85°之间。
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