用于光學互連的氧化鋅二極管的制作方法

專利名稱：用于光學互連的氧化鋅二極管的制作方法
技術領域：
本發明大體來說涉及半導體裝置，且更明確地說，涉及用于光學互連的氧化鋅二 極管。
背景技術：
半導體工業中持續的挑戰是找到與制作于相同的晶片或裸片上及制作于不同的 晶片或裸片上的電路裝置形成電連接且在所述電路裝置之間形成電連接的新的、創新 且有效的方式。另外，提出了找到及/或改進用于封裝集成電路裝置的封裝技術的持續 的挑戰。一種緩解這些問題的技術是位于相同裸片、鄰近裸片上的集成電路或板上的集成 電路之間的光學互連。這些互連可以是空氣、光學波導或光纖。由于許多集成電路包 含由基于硅的半導體形成的電路，因此將需要使用也由硅形成的檢測器，例如，硅光 電二極管或位于硅上的金屬-半導體-金屬檢測器等。此類基于硅的檢測器可僅檢測紫 外線中硅具有強吸收的短波長。遺憾地，產生具有此類短波長的信號及通過到所述檢測器的恰當波導實現信令實施方案更難以實現。


圖1A圖解說明供在具有半導體集成電路(IC)的光學互連件中使用的ZnO發光二極管(LED)的實施例的截面圖。圖IB圖解說明ZnO 二極管的實施例，其具有到所述ZnO 二極管的導電觸點以使得所述導電觸點界定圓形開口。圖2圖解說明通過氣隙以光學方式互連到硅檢測器的ZnO 二極管的實施例。 圖3圖解說明通過波導以光學方式互連到硅檢測器的ZnO 二極管的實施例。 圖4A圖解說明根據本發明實施例的具有內芯及外包層的光纖 波導。 圖4B圖解說明根據本發明實施例的具有內芯及外包層的光纖波導的截面圖。 圖5圖解說明根據本發明實施例的具有內芯、外包層及穿過中心的開口的光纖波導的截面圖。圖6圖解說明跨越圖4B中所示的實施例的光纖波導的截面的折射率。圖7圖解說明跨越圖5中所示的實施例的光纖波導的截面的折射率。圖8圖解說明根據本發明實施例的包含發射極的光學系統，所述發射極通過波導例包含光學互連中 的氧化鋅(ZnO)發射極及硅檢測器。用于形成信號互連件的一個方法實施例包含在 半導體襯底上的氧化物層中形成ZnO發射極。所述方法包含將所述ZnO發射極局限 于所述氧化物層中的圓形幾何結構。所述氧化物層可以是硅襯底上的未經摻雜的氧化 物層。形成所述ZnO發射極包含在所述硅上的所述氧化物層中界定圓形開口。緊鄰所述 硅沉積無定形ZnO緩沖層。接著以p型摻雜且接著n型摻雜在所述緩沖層上生長單晶 ZnO。根據各種實施例，在所述緩沖層上生長單晶ZnO包含使用混合束沉積(HBD)工 藝生長單晶ZnO。另一實施例可包含使用金屬有機化學氣相沉積(MO-CVD)工藝在 所述緩沖層上生長所述單晶ZnO。另一實施例可包含使用原子層沉積(ALD)工藝生長 單晶ZnO。用于光學信號互連件系統的一個實施例包含形成于第一半導體襯底上的氧化物 層中且局限于所述氧化物層中的圓形幾何結構內的ZnO發射極。硅檢測器形成于第二 半導體襯底上，所述第二半導體襯底經定位以使所述硅檢測器跨越氣隙背對所述ZnO 發射極。在另一實施例中， 一種光學信號互連件系統包含形成于硅襯底上的氧化物層中的 光學波導。ZnO發射極局限于所述氧化物層中的圓形幾何結構內且耦合到所述光學波 導的輸入。檢測器耦合到所述光學波導的輸出。在某些實施例中，所述光學波導是氧 化鋅鎂(ZnMgO)波導且所述檢測器是硅光電二極管檢測器。在某些實施例中，所述 光學波導是空芯光子帶隙波導。在各種實施例中，所述ZnO發射極發射處于約3.3 eV的光子能量下的約380 nm 的波長。在這些實施例中，所述檢測器可以是能夠接收具有在500與375納米(nm) 之間的波長的光學信號的硅光電二極管檢測器。圖1A圖解說明根據本發明實施例的供在光學互連件中使用的ZnO發光二極管 (LED)的實施例的截面圖。也就是說，氧化鋅(ZnO)二極管局限于未經摻雜的二氧化硅 (Si02)層102中的開口內。SiCb層102內的開口具有圓形幾何結構且可針對特定集成 電路具有適于特定設計比例的深度，例如，50nm。然而，實施例并不限于此實例性深 度。在圖1A中所示的實施例中，ZnO二極管由ZnO緩沖層104、 p型摻雜ZnO層108 及n型摻雜ZnO層110組成。在各種實施例中，緩沖層104是無定形ZnO層。在各種實施例中，緩沖層104 可具有10 nm的厚度。同樣，實施例不限于此實例性厚度。可使用化學氣相沉積(CVD) 或其它技術來沉積緩沖層104。將緩沖層104沉積在所述二氧化硅中的開口中。接下來，使用若干不同的技術生長單晶ZnO 106。可在不同的層處對單晶ZnO 106進行摻 雜以形成p型摻雜劑層108及n型摻雜劑層110。通過舉例而非限制的方式，所述p 型摻雜劑層及所述n型摻雜劑層可各自具有類似或不同的厚度，例如，20nm。再次， 實施例不限于這些實例性厚度。在Si02層102的圓形局限性幾何結構中，晶體生長的籽晶來自無定形ZnO緩沖 層104的原子。所述氧化硅中的開口用于提供光學周限性且由于ZnO 二極管與Si02 襯底102的折射率的差異而增加二極管的發光效率且用于促進ZnO在所述開口中的單 晶生長。在各種實施例中，可通過使單晶ZnO個別地生長到恰當的深度且接著用相應的摻 雜材料對所述ZnO進行摻雜來形成經摻雜的ZnO層。在此類實施例中，將首先形成p 型摻雜層108。如果使用此方法，那么以相同的方式在p型摻雜層108頂部上形成第 二n型摻雜層110。在某些實施例中，可沉積整個ZnO柱106且可以充分高的能量離子植入p型摻雜 劑(例如，砷)以僅對單晶ZnO的底部部分進行摻雜。對ZnO的摻雜由借以將每一 摻雜材料驅動到所述ZnO柱中的能級控制。接著借助充分高的能級給所述單晶ZnO 的頂部部分植入n型慘雜劑(例如，鎵)。可(例如)使用化學機械拋光(CMP)或其它技術來平坦化所述單晶ZnO。接著 給二極管覆蓋導體，所述導體界定用于來自所述ZnO二極管的信號的發射114的圓形 開口。圖1B顯示由導電材料形成的蓋112，其界定圓形開口以從所述ZnO二極管產生信號且允許來自所述二極管的光學信號的發射。在各種實施例中，在半導體襯底101 (例如，硅)上形成ZnO二極管(例如，發 射極)。在襯底101上形成氧化物層102 (例如，Si02)且(例如)使用光刻技術在 所述氧化物層中形成開口 。可根據裝置的設計規則將所述氧化物層形成為適合厚度。 根據各種實施例，使用光刻技術在所述氧化物中形成圓形開口以暴露下方的襯底，例 如，硅層。可通過不規則的氧化鋅晶粒形成ZnO二極管，所述晶粒通過對從過濾陰極真空技術獲得的高晶體質量的氧化鋅薄膜的生長后退火而形成。可使用混合束沉積 (HBD)工藝在Si02襯底102中形成ZnO二極管100。此工藝提供用以生長經摻雜及未 經摻雜的ZnO薄膜、合金及裝置的可行方法。所述HBD工藝可與分子束外延(MBE) 相當；然而，其使用氧化鋅等離子源，所述氧化鋅等離子源是通過用脈沖式激光或電 子束及由射頻氧產生器形成的高壓氧等離子照射多晶ZnO目標而產生。混合束沉積(HBD)系統利用脈沖式激光沉積(PLD)技術及提供氧基rf等離子流的設備的唯一組合以有效地增加沉積襯底處的可用反應性氧的通量密度以實現金屬氧化 物薄膜的有效合成。所述HBD系統結合PLD設備及技術以及氧基rf等離子流進一步 整合分子束外延(MBE)及/或化學氣相沉積(CVD)技術及設備以為未經摻雜及/或 經摻雜的金屬氧化物薄膜的合成以及未經摻雜及/或經摻雜的基于金屬的氧化物合金 薄膜的合成提供基本源材料。用于在預定合成條件下合成金屬氧化物膜、經摻雜的金屬氧化物膜、基于金屬的 氧化物合金膜及經摻雜的基于金屬的氧化物合金膜的混合束沉積系統由用作用于在所 述預定合成條件下合成所述金屬氧化物膜、經摻雜的金屬氧化物膜、基于金屬的氧化 物合金膜及經摻雜的基于金屬的氧化物合金膜的內含室的沉積室組成。使用目標組合 件將金屬氧化物目標材料安裝于所述沉積室內且rf反應性氣體源將rf氧等離子流引入 到在預定動態壓力范圍內的所述沉積室中。金屬氧化物等離子產生子系統接著與所述 金屬氧化物目標材料相互作用以在所述沉積室內產生高能量定向金屬氧化物等離子羽 狀物。按照需要，源材料子系統將一個或一個以上基本源材料經引導流產生到所述沉 積室中以用于合成經摻雜的金屬氧化物膜、基于金屬的氧化物合金膜及經摻雜的基于 金屬的氧化物合金膜以及襯底組合件位置。在所述沉積室內襯底以如下方式具有合成 表面以選定的組合或序列將rf氧等離子流、高能量定向金屬氧化物等離子羽狀物及 一個或一個以上基本源材料經引導流最佳地引導在所述襯底的所述合成表面處。此針 對在所述預定合成條件下在所述沉積室內于所述襯底上合成所述金屬氧化物膜、經摻 雜的金屬氧化物膜、基于金屬的氧化物合金膜及經摻雜的基于金屬的氧化物合金膜而 完成。在某些實施例中，還可通過金屬有機化學氣相沉積(MO-CVD)在Si02襯底102 中形成ZnO二極管。首先，在用于通過濺射沉積ZnO薄膜的工藝中將大量的等離子 能量施加到硅襯底。在低溫度下通過此能量將氫分離，以及通過緩和硅與氧化鋅之間 的晶格間隔的差異形成其中混合有無定形材料及良好晶體的薄膜緩沖層。用于通過MO-CVD沉積氧化鋅膜的系統包括含有受熱臺的室(將反應物以氣態 形式引入到所述室中)及用以提供通過所述室的動態氣體流動的經調節抽送系統。將 有機鋅化合物及氧化劑在惰性載體氣體的個別流中載送到所述室中。所述有機鋅蒸氣 與氧化劑的混合在與襯底的受熱表面接觸之前在其引入點與所述受熱襯底表面之間的 空間中發生。所述有機鋅化合物與氧化劑之間的反應引起所述有機鋅化合物的分解以 產生在所述襯底上沉積為薄膜的氧化鋅，其中C02、 CO及揮發性烴為所述反應的可 能副產物。所述氧化鋅膜含有氫且可含有族III元素，其中族III元素的揮發性化合物 也被引入到所述沉積室中。同樣，在低溫度下通過此能量將氫分離，以及通過緩和硅 與氧化鋅之間的晶格間隔的差異形成其中混合有無定形材料及良好晶體的薄膜緩沖 層。在各種實施例中，還可通過原子層沉積(ALD)在SK)2襯底102中形成ZnO 二 極管。使用二乙基鋅(DEZn)及H20作為反應物氣體以通過ALD生長ZnO膜。在 介于105。C到165。C的范圍內的襯底溫度下發生自限性生長。所述自限性生長還在由 于所有反應及清潔步驟的飽和而導致DEZn及H20的流率變化時實現。已發現所述膜 的定向及表面形態主要取決于所述襯底溫度。膜的移動性高于通過MO-CVD生長的膜 的移動性。通過每次將氣態前驅物引入到襯底表面上來開始ALD工藝，且在脈沖之間用惰性氣體清潔反應器或將其抽真空。在第一反應步驟中，在所述襯底表面處飽和性地化 學吸附所述前驅物，且在后續的清潔期間從所述反應器移除所述前驅物。在第二步驟 中，將另一前驅物引入于所述襯底上且發生所需的膜生長反應。在此之后從所述反應 器清除反應副產物及過量的前驅物。當前驅物化學品是有利時，即，所述前驅物侵蝕 性地吸收并與彼此反應時，在經適當設計的流動型反應器中在少于一秒內執行ALD循 環。在圖2中所圖解說明的實施例中，第一裸片或電路的半導體表面上的ZnO發射極 202經布置以面向鄰近裸片或電路上的硅檢測器204且通信通過短空氣路徑206來實 現。在操作中，電觸點提供到二極管的電流以充分地激發電子以引起光學發射。在各 種實施例中，提供充足電流以釋放具有約3.3 eV的能量及380nm的波長的光子。ZnO 發射極202定向地發射穿過空氣的信號。所述信號在最小化擴散的短距離內穿過空氣 行進到其中所述信號可被接收到的硅檢測器204。圖3圖解說明使用光學波導302的實施例，其中ZnO發射極304在發送端處且硅 檢測器306在另一接收端處。ZnO光學波導302可從發射極304接收信號且通過波導 302將此信號傳輸到將接收所述信號的檢測器306。根據各種實施例，信號發射極304 的波長將比ZnO的帶隙小，其中所述ZnO材料具有極低損失但仍可為足夠高以使得 硅檢測器將具有強吸收。ZnO發射極304耦合到ZnMgO波導302，所述波導嵌入于具有集成電路的硅襯 底310上的氧化硅308中。硅二極管接收器306可在波導302的輸出處用來接收光學 信號并將其轉換回成電信號以驅動所述集成電路的另一部分。根據各種實施例，ZnO 發射極302的發射的波長比ZnMgO的帶隙小但比硅的帶隙大，因此其將被所述硅檢 測器強烈地吸收。在其中使用具有3.3 eV的帶隙能量的基于ZnO的發射極的實施例中，可以380 nm 發射光且所述光被ZnO波導吸收。在此類實施例中，可給ZnO摻雜Mg以形成ZnMgO 波導。此ZnMgO波導具有大于ZnO的帶隙且在380 nm下將不進行吸收從而使得其 成為供與ZnO發射極一起使用的兼容波導。如果以未經摻雜的材料制成ZnO 二極管， 那么其在380 nm下將進行發射，因此所述波導應具有更大的帶隙且可以是在380 nm 下將不進行吸收而是僅在更短的波長(例如310 nm)下吸收的ZnMgO。在某些實施 例中，所述波導可以是將不具有吸收且可以氧化硅制成的空芯光子帶隙波導。圖4A_8中圖解說明使用供與光學發射極一起使用的光纖的其它實施例。在圖4A中，顯示光纖401的使用，其中ZnO發射極在一個端處且硅檢測器在另一端處。同樣， 所述纖維必須由不吸收紫外光的材料制成。芯可以是ZnO或ZnMgO且包層是當一起 使用時不吸收光輻射及能量的氧化硅。在圖4-8中顯示且在以下段落中描述的光學波導及光纖的數個實例可用于傳輸來 自ZnO二極管(例如，圖1A中所示的ZnO二極管)的信號。在圖4A中所示的實施 例中，光纖具有形成于光纖401的內表面上的反射層。在一個實施例中，所述反射層9包括用自限性沉積工藝沉積的金屬鏡。此為光纖401產生大致均勻的反射表面。在本發明的另一實施例中，圖4B圖解說明光纖波導401。圖4B中所示的實施例 包含光纖401，其由將芯403與半導體晶片分離的包層405組成。在此結構中，所述 半導體晶片充當光纖401的外鎧裝。可使用各種材料來形成芯403及包層405。芯403 包括具有高于包層405的材料的折射率的材料且因此提供正常的光纖波導特性。下文 針對圖4B及5提供用于芯403及包層405的材料的具體實例。在圖5中所圖解說明的實施例中，光纖501包括將芯503與半導體晶片分離的包 層505。在此結構中，所述半導體晶片充當光纖501的外鎧裝。可使用各種材料來形 成芯503及包層505。芯503包括具有高于包層505的材料的折射率的材料且因此提 供正常的光纖波導特性。此外，開口 507延伸穿過芯503的長度。舉例來說，當此開 口具有比經由光纖501傳輸的光的波長的約0.59倍小的直徑時，光將仍由芯503來導由于所述光纖是以半導體材料的晶片形成，因此所述半導體晶片中的吸收及輻射 可影響所述光纖的操作。舉例來說，如果光纖401中所傳輸的光的波長大于所述半導 體晶片的吸收邊緣(例如，對于硅來說，為1.1微米)，那么半導體晶片將不吸收光 纖401中所傳輸的光。然而，由于包層405與所述半導體晶片之間的界面處的折射率 的大改變，所述半導體晶片中會發生某一輻射損失。舉例來說，此情況描繪于圖6中。圖6是圖解說明圖4中所示的光纖的實施例的輻射量值的圖表。圖6中的圖表顯 示光纖(例如，如圖4中所示的光纖401)中沿所述光纖的直徑的輻射的量值。在604 處所指示的芯403的區域中，沿光纖401的長度導引光波而無實質損失。漸逝場存在 于602處所指示的包層405的區域中。這些漸逝場在周圍的半導體晶片中如606處所 指示減弱為微不足道的水平。圖7是圖解說明圖5中所示的光纖的實施例的輻射量值的圖表。圖7中的圖表顯 示光纖(例如，如圖5中所示的光纖501)中沿所述光纖的直徑的輻射的量值。在開 口 507的區域中，如708處所指示，存在漸逝場。在芯503的區域中，沿所述纖維的 長度導引所述光纖中的輻射而如704處所指示無顯著強度損失。如702處所指示，漸 逝場存在于包層505的區域中。這些漸逝場在周圍的半導體晶片中如706處所指示減 弱為微不足道的水平。圖8圖解說明光學系統的實施例，所述光學系統包含通過波導將信號發送到接收 器的發射極。圖8中的實施例顯示波導光學系統801，其包含以操作方式耦合到3D光 子波導880的輸入端807的輻射源803，使得從所述輻射源發射的輻射821沿所述波 導向下傳輸。輻射821具有在界定波導880的3D光子晶體區域830及840的光子帶 隙內的波長。在實例性實施例中，輻射源803包含結合圖1A及1B描述的ZnO 二極 管的實施例。在各種實施例中，所述源可以是根據本文所描述的實施例的ZnO 二極管。輻射821在3D中由于每一完整帶隙晶體表面(例如，界定波導880的下部通道 壁832、通道側壁(未顯示)及上部表面842)而局限于可能的傳播角度的整個范圍內。由于波導880可含有空氣、另一氣體(例如，氮氣)或真空，因此預期所述波導具有 可與當今的用于長距離光學通信的低損失纖維(0.3 dB/千米)相當或比其更佳的傳輸 損失。此外，與常規波導相比，因彎曲所致的彎曲損失應為非常低，因為完整帶隙光 子晶體的反射機制對入射角度是不敏感的。此允許波導880具有高達90度的彎曲，從 而在制作基于波導的集成電路光學系統(例如，耦合器、Y型結、增-減多路復用器等 等)時提供更大的設計范圍。在圖8的實施例中，光電檢測器836以操作方式耦合到波導880的輸出端838以 接收并檢測已沿所述波導向下行進的輻射821且以響應于此而產生電信號(即，光電 流)840。連接到光電檢測器836的是可操作以接收并處理電信號840的電子系統842。以上實施例中所描述的ZnO 二極管使用氧化硅中的開口來提供光學局限性且由 于ZnO 二極管與SiO襯底的折射率的差異而增加所述二極管的發光效率且用于促進 ZnO在孔中的單晶生長。結論已顯示用于光學互連件的氧化鋅二極管的方法、裝置及系統。所述氧化鋅二極管 發射將由硅檢測器接收的信號。在各種實施例中，氧化鋅二極管具有ZnO緩沖層，所述ZnO緩沖層頂部上具有 摻雜有As的p型ZnO層及摻雜有Ga的n型ZnO層。所述氧化鋅二極管形成同時局 限于氧化硅的圓形孔中以促進單晶生長、提供光學局限性且增加發光效率。雖然本文中己圖解說明及描述了具體實施例，但所屬領域的技術人員應了解，旨 在達到相同結果的布置均可替代所顯示的具體實施例。本發明打算涵蓋對本發明各種 實施例的修改或變化形式。應了解，以上說明以說明性方式而非限定性方式作出。在 審閱以上說明后，所屬領域的技術人員將明了上述實施例的組合及本文中未具體描述 的其它實施例。本發明各種實施例的范圍包含其中使用以上結構及方法的其它應用。 因此，本發明各種實施例的范圍應參照所附權利要求書連同歸屬于所述權利要求書的 等效內容的全部范圍來確定。在前述具體實施方式
中，出于簡化本發明的目的，將各種特征一起集合在單個實 施例中。本發明的此方法不應被視為反映本發明所揭示實施例打算必須使用比明確陳 述于每一權利要求中更多的特征。而是，如以上權利要求書反映，發明性標的物在于 少于單個所揭示實施例的所有特征。因此，特此將以上權利要求書并入到具體實施方 式中，其中每一權利要求獨立地作為單獨的實施例。
權利要求
1、一種用于形成信號互連件的方法，其包括在半導體襯底上的氧化物層中形成ZnO發射極；及將所述ZnO發射極局限于所述氧化物層中的圓形幾何結構。
2、 根據權利要求1所述的方法，其中所述方法包含在硅襯底上的未經摻雜的氧 化物層中形成所述ZnO發射極。
3、 根據權利要求2所述的方法，其中形成所述ZnO發射極包含 在所述硅上的所述氧化物層中界定圓形開口； 緊鄰所述硅沉積無定形ZnO緩沖層；及以p型摻雜且接著n型摻雜在所述緩沖層上生長單晶ZnO。
4、 根據權利要求3所述的方法，其中在所述緩沖層上生長單晶ZnO包含使用混 合束沉積(HBD)工藝來生長單晶ZnO。
5、 根據權利要求3所述的方法，其中在所述緩沖層上生長單晶ZnO包含使用金 屬有機化學氣相沉積(MO-CVD)工藝來生長單晶ZnO。
6、 根據權利要求3所述的方法，其中在所述緩沖層上生長單晶ZnO包含使用原 子層沉積(ALD)工藝來生長單晶ZnO。
7、 一種用于形成光學信號互連件系統的方法，其包括在硅襯底上的未經摻雜的氧化物層中形成發光二極管，其中形成所述二極管包含；在所述未經摻雜的氧化物層中形成圓形開口；在所述圓形開口內在所述硅襯底上沉積無定形氧化鋅(ZnO)緩沖層； 以p型慘雜且接著n型摻雜在所述緩沖層上生長單晶ZnO;及 提供到所述未經摻雜的氧化物層上的所述n型摻雜的導電觸點，使得所述導電觸 點界定圓形開口。
8、 根據權利要求7所述的方法，其中所述方法包含提供金屬導電觸點，其中到 所述導電觸點的所述圓形開口具有比所述未經摻雜的氧化物層中的所述圓形開口的直 徑小的直徑。
9、 根據權利要求7所述的方法，其中所述方法包含在不同的襯底上形成硅檢測 器并使所述硅檢測器跨越氣隙背對所述發光二極管。
10、 根據權利要求7所述的方法，其中所述方法包含將所述發光二極管耦合到光 學波導的輸入。
11、 根據權利要求10所述的方法，其中所述方法包含 將所述發光二極管耦合到氧化鋅鎂(ZnMgO)波導的輸入；及 將所述ZnMgO波導的輸出耦合到硅光電二極管檢測器。
12、 根據權利要求10所述的方法，其中所述方法包含將所述發光二極管耦合到 以氧化硅形成的空芯光子帶隙波導的輸入。
13、 根據權利要求12所述的方法，其中所述方法包含 將所述發光二極管耦合到具有ZnO芯的空芯光子帶隙波導；及 將所述空芯光子帶隙波導的輸出耦合到硅檢測器。
14、 一種光學信號互連件系統，其包括ZnO發射極，其形成于第一半導體襯底上的氧化物層中且局限于所述氧化物層中 的圓形幾何結構內；及硅檢測器，其位于第二半導體襯底上，所述第二半導體襯底經定位以使所述硅檢測器跨越氣隙背對所述ZnO發射極。
15、 一種光學信號互連件系統，其包括-光學波導，其形成于硅襯底上的氧化物層中；ZnO發射極，其局限于所述氧化物層中的圓形幾何結構內且耦合到所述光學波導 的輸入；及檢測器，其耦合到所述光學波導的輸出。
16、 根據權利要求15所述的互連件系統，其中 所述光學波導是氧化鋅鎂(ZnMgO)波導；且 所述檢測器是硅光電二極管檢測器。
17、 根據權利要求15所述的互連件系統，其中所述光學波導是空芯光子帶隙波導。
18、 根據權利要求15所述的互連件系統，其中所述ZnO發射極包含在與所述硅 襯底接觸的無定形ZnO緩沖層上方以p型摻雜且接著n型摻雜生長于所述圓形幾何結 構中的單晶ZnO發射極。
19、 根據權利要求18所述的互連件系統，其中所述p型摻雜包含砷(As)摻雜 且所述n型摻雜包含鎵(Ga)摻雜。
20、 根據權利要求15所述的互連件系統，其中所述ZnO發射極發射約3.3 eV的 光子能量下的約380 nm的波長。
21、 根據權利要求15所述的互連件系統，其中所述檢測器是能夠接收具有在500 與375納米(nm)之間的波長的光學信號的硅光電二極管檢測器。
22、 一種光學信號互連件系統，其包括ZnO發射極，其局限于硅襯底上的氧化物層中的圓形幾何結構內； 光學波導，其形成于所述氧化物層中且具有耦合到所述ZnO發射極的輸入 檢測器，其耦合到所述光學波導的輸出；且其中所述ZnO發射極發射具有比所述光學波導的帶隙能量小但比所述檢測器的 帶隙能量大的光子能量的波長。
23、 根據權利要求22所述的光學信號互連件系統，其中所述光學波導是摻雜有鎂的氧化鋅(MgZnO)波導。
24、 一種用于操作光學信號互連件系統的方法，其包括操作ZnO發射極以發射光學信號，所述ZnO發射極局限于硅襯底上的氧化物層 中的圓形幾何結構內；及使用硅光電二極管接收器來接收具有在500與375納米(nm)之間的波長的光學 信號。
25、 根據權利要求24所述的方法，其中所述方法包含操作所述ZnO發射極以發 射紫外光學信號。
26、 根據權利要求24所述的方法，其中所述方法包含操作所述ZnO發射極以發 射具有約380 nm的波長及約3.3 eV的光子能量的光學信號。
27、 根據權利要求24所述的方法，其中所述操作方法包含將來自所述ZnO發射 極的發射耦合到MgZnO波導的輸入。
28、 根據權利要求24所述的方法，其中所述操作方法包含通過氣隙將發射耦合 在所述ZnO發射極與所述硅光電二極管檢測器之間。
29、 根據權利要求24所述的方法，其中所述操作方法包含將來自所述ZnO發射 極的發射耦合到空芯光子帶隙波導的輸入。
30、 根據權利要求24所述的方法，其中所述方法包含使用所述硅光電二極管檢 測器來檢測光學信號并將所述光學信號轉換為電信號。
全文摘要
本發明包含針對用于光學互連的氧化鋅二極管的方法、裝置及系統。一種系統包含局限于硅襯底上的氧化物層中的圓形幾何結構內的ZnO發射極。光學波導形成于所述氧化物層中且具有耦合到所述ZnO發射極的輸入。檢測器耦合到所述光學波導的輸出。
文檔編號G02B6/43GK101632032SQ200880007807
公開日2010年1月20日 申請日期2008年2月26日 優先權日2007年3月13日
發明者倫納德·福布斯, 凱·Y·阿恩 申請人:美光科技公司