CN1795408A - 光学信号的连续发送 - Google Patents

Abstract

一种光学信号散布网络，其包含有一半导体基板，该半导体基板包括一形成于其中以承载一光学信号的波导；及在该波导内的多个检测器，沿其长度序列放置，各检测器可检测传经检测器的光学信号，并且对该光学信号足够透明以使该光学信号可到达而被所有多个检测器侦测到。

Description

光学信号的连续发送

技术领域

本发明是关于一种用以于一半导体芯片或基板中散布光学信号的方法与装置。

背景技术

在特定应用中，有必要广播一常用信号至一IC(集成电路)芯片上的多个位置。操作多个开关的一控制信号是可广播至多个位置的一信号的一范例。更常见的范例为用以同步该芯片上多个装置的一电子时脉。另一常见的范例为于一信号总线上的信息散布的广播运用，在该信号总线处一位置是以一广播模式散布信号至许多位置。

电子时脉受限于来自高频宽信号的电子传输中各种不同变化的计时偏差。当其到达时脉速度约20GHz或高于20GHz时，此限制预期会是微处理器中效能的一严重损害。同样的，在大型微处理器芯片上，电子时脉信号的散布最多可到达该芯片产生的总热能的5-15％。

如一光学信号般散布该时脉可能解决某些如一电子信号般散布该时脉所呈现的更严重的问题。若可找到一种用以于一制造过程中低成本与高效率实作该光学时脉的一装置，则光学时脉的使用提供协助使得在微处理器速度中继续成长，以及到达操作效率的可能性。

硅与硅锗合金(如Si_xGe_1-x)的组合已吸引人们的注意，做为有用的材料组合，其可容易且经济的制造光学信号散布网络。借助Si_xGe_1-x，可制造波导于该硅基板中。Si_0.95Ge_0.05的折射率稍微高于硅的折射率。举例来说，在对硅为透明的1300nm波导，具有5％锗的Si_0.95Ge_0.05具有约3.52的折射率，而晶体硅具有小于约3.50的折射率。所以，若一Si_xGe_1-x核心形成于一硅基板中，折射率的差异足够使得该Si_xGe_1-x核心包含透过内部反射的一光学信号。此外，此材料的特定组合使其本身用于传统硅型半导体制造技术中，以制造该光学电路。

最常被视为使用于此光学信号散布网络中的检测器为低成本硅型检测器。然而，利用硅型检测器会呈现一基本的挑战。由于该波导是由硅制造(如SiGe硅锗)，用于该光学信号的波长必须穿透该硅而不会被吸收。也就是说，该硅必须对于那些波长来说是透明的。但是做为一检测器，该硅型装置必须吸收该波长，以将其转成一电子信号。因此，此硅型检测器一般特性为一低吸收效率。这一般意指非常高光学能量层次，必须用于建立足够的光电流，以必须使用昂贵雷射的速度驱动该检测器。

发明内容

一般来说，一方面，本发明特征在于一种光学信号散布网络，其包含有一半导体基板，该半导体基板包括一形成于其中以承载一光学信号的波导；及多个检测器，沿着该波导长度连续放置。各检测器可检测穿过检测器的光学信号，并对光学信号足够透明以使该光学信号到达而被所有多个检测器检测到。

其他实施例包含有一或多个下列特性。该基板是硅，且该波导是硅锗。该波导是呈弯曲状。且该光学信号是一光学时脉信号。除此之外，该光学信号散布网络另包含有一第二波导形成于该半导体基板中；及一第二多个检测器沿着该第二波导的长度连续放置。该第二多个检测器的各检测器亦可检测穿过检测器波长为λ的光学信号，且对该光学信号足够透明，以使该光学信号可到达所有第二多个检测器，并由所有第二多个检测器检测。该光学信号散布网络亦包含有一光学分离器形成于该半导体基板中，以接收一光学输入信号，并将其分成一第一与第二光学输出信号，其中该第一波导耦合至该分离器，以接收该第一光学输出信号，而该第二波导耦合至该分离器，以接收该第二光学输出信号。

虽然在此说明用于该光学信号散布系统中的个别检测器具有低吸收性，此检测器所使用的方法使其大大改良一光学信号散布系统的全面吸收效率。除此之外，沿着单一波导的连续配置亦允许设计具有较高密度信号点于该基板上的信号散布系统，而不需要使用额外复杂的光学元件。

本发明其他特性与优点将从下列结合附图的详细说明中明显了解。

附图说明

图1举例说明一H树状光学信号散布网络。

图2举例说明实施该连续路由概念的一光学信号散布网络。

图3举例说明经由单一线上波长选择检测器的波长相依多工的使用。

图4举例说明亦实施该连续路由概念的另一光学信号散布网络。

图5举例说明亦实施该连续路由概念的另一光学信号散布网络。

图6举例说明可利用该连续路由概念的一光学准备基板的概念。

具体实施方式

一H树状网络是散布时脉信号至一网络中许多不同几何位置的一现有方法18。一般来说，该H树状网络20是其他H型分支内巢状H型分支的一阵列，如图1中所述。该H树状名称来自看起来像字母「H」的结构的几何形状，有两个较小的散布分支各跟着提供完整散布的较小分支。H树状的优点在于可建立一对称散布结构，从该来源至各端点具有对等的长度与时间路径，且为所有信号频率于所有端点以同步信号接收处理时脉散布。在某些方面，该H树状网络亦使其用于一光学信号散布或广播网络中。在波导30的结构网络中，有多个光学分离器34，各位于从一波导30至二波导的网络分支上的各位置。在该H树状网络中，该分支的端点呈现该信号欲散布至的点。所以，在具有一光学检测器的每端点，或用以传送该信号至该网络的一光学点，提供该光学信号。亦有一点于该光学信号引入该网络处。在该所述实施例中，此为嵌入该芯片中的一光源39。或者，可为一镜子、光栅、或该波导中其他光学耦合器，且借助自位于该芯片上或下的一来源光学信号导入该波导中，或透过该芯片边缘的一耦合器。

该H树状设计在透过一半导体芯片广播一光学信号时具有某些缺点，例如一光学时脉信号。首先，其需要Y个分支或于各分支有Y个分离器。在利用传统半导体制造技术制造的光学电路中，若无不可能，可能非常困难制造具有较窄或较小旋转半径的90度高品质有效的Y个分支，尤其具有较低折射率的对比材料，例如硅中的硅锗波导。由于制造一尖锐锐角于一半导体晶圆上十分困难，其特征在于接头有大量信号损失，且缺乏低比率对比材料的总内部反射。第二，若该检测器不是足够的光吸收器，该H树状网络会浪费能量，且对光学信号来说，能量可能为一昂贵的物资。无论如何，足够的光学能量必须传递至端点，使得在会暴露该装置的不同操作环境(尤其是该光学检测器)，该能量会足够被检测。但是没有在该端点被吸收的光应该不会被反射回该波导。反射的光学信号可严重的分散该时脉信号的产生，且导致该系统不正常。

因此，在于端点具有检测器的H树状散布网络中，该检测器的低吸收性可证实为一缺点。但是该硅型检测器的低吸收硅特性可实际有利利用，借助使用一不同的方法为广播一信号设计该光学信号散布网络，如一光学时脉信号。

本发明所述实施例借助于下游检测器中重新使用未吸收的光解决检测器低吸收性的问题。也就是说，多个检测器沿着该波导连续散布，使得该下游检测器会使用穿过该上游检测器未吸收的光。传输至多个位置的单一波导的使用亦使得大大降低需要散布该光学信号的散布网络的大小与区域。

实施此概念的一光学信号散布网络是举例说明于图2中。一波导52形成于一基板50中。在该所述实施例中，该波导包含有一Si_xGe_1-x核心，由该基板的硅的一包覆围绕。由于Si_xGe_1-x(如其中x＝0.95)具有比该围绕硅较高的一折射率，该Si_xGe_1-x核心包含该光学信号，且因此做为一波导。

沿着波导52长度放置且位于波导52中的是许多低吸收性检测器54，如硅型检测器，转换穿过检测器的一部分光学信号至一电子信号。检测器54置于由该微电子电路指定的位置，该微电子电路制造于该光学信号散布层上、下或旁边的另一层上。为了到达所有时脉信号散布点，该波导可能必须为具有许多弯曲56的一弯曲状形式，时脉信号散布所指定的数量取出点，且其损失与该弯曲相关联。由于散射、吸收与其他波导效果，该检测器的弯曲与波导界面将不可避免的于每长度产生高于波导传输损失的光学损失。所以，必须根据每长度的波导损失、检测器的界面损失、及弯曲对于检测器吸收性，最佳化所用的弯曲数量，以及取出点的数量，这将会在下方讨论。

该光学信号利用其中一方法引入该波导中。根据一方法，该波导于其来源具有一镜子、光栅、或制造于该波导中的其他耦合元件。该光学信号由具有一适当透镜配置的一光纤自上或下提供，以将该光对焦至该镜子元件上。已知各种不同镜子或耦合器元件。一范例为形成于硅锗核心中的布雷格光栅，且具有间隔，选择以透过一角度反射光，使得该光自上或下耦合。另一范例是于一二极体界面来自一金属或总内部反射的单一反射面，于放置该硅锗核心前或后制造于该波导通道中。另一方法是透过该侧引入该光学信号，并向下导向该包导的纵轴，利用一适当光纤与透镜配置以对焦该光。在任何情况中，对广播至许多端点的光学信号来说，例如最可能的例子是一光学时脉信号，理论上该光学信号必须仅于单一点引入。

若该光学信号散布电路用以散布一光学时脉信号，由于该检测点不再是一H树状中来源的相等过度时间，产生于该波导远下方的已检测的光学时脉信号将比先前呈现延迟或歪斜。歪斜是点至点时脉的不同变化，且可预期于光学电路中。借助比较，计时偏差为脉冲至脉冲的时脉信号的时间变化，且较不可预测。然而，利用光学信号的优点在于该歪斜较可预测且可决定。此外，在该光学时脉信号散布网络中，该时脉信号的歪斜不像电子时脉中时脉频率功能或有线参数与制造变化那么多；沿着该波导距离的一功能较简单。由于这些特性，当设计接收该时脉信号的微电子电路时，可将该歪斜列入考量，或可包含校正电路于该时脉信号对该微电子电路来说有效的各点处。

时脉歪斜为常见的问题，必须处理于时脉信号散布网络中，且利用业界已知的技术可快速解决此问题。用以解决此问题的电路一般包含有一锁相回路或接收器节点电路，并有一抗扭斜电路。该锁相回路(PLL)电路以为较低扰动平均该输入时脉的方式，锁住一内部时脉至该输入时脉信号，且可将该输入同步时脉信号转换成具有不同相位的一较高或较低频率的输出。该抗扭斜电路是一可可编程延迟电路，可移除固定的歪斜，或于一给定点的时脉错误。基本上，需要移除该歪斜的延迟可可编程至该信号中，沿着该光学信号散布链先取出。这些类型的抗扭斜电路会减少检测器中的固定时脉歪斜，根据该电路设计者的需要，允许该电路中检测器的随机放置。

当设计一连续光学信号配置系统时，需要考量许多因素，例如图2中所述的。首先，必须于通过该波导散布线长度的光学效率与信号统一之间选择一设计妥协。若该光学能量允许用于通过该连续路径吸收于检测器中，可产生更多光学能量。但若过量的光学损失发生于该连续连结中，该光学能量会于该光学路径端减少，且该光学能量的效果不会跨该连续路径中所有检测器统一。呈现于单一检测器的一较不统一光学能量可影响检测器信号电压、速度、扰动、与潜伏期。潜伏期为该检测器上呈现光学信号中变化与信号中一有用电子输出变更之间的时间。落在该电路上的能量效果可为检测器补偿于某些设计中，或自波导致检测器的耦合器，当该光学能量唯一可预期方式时增加该光学耦合，以维护一稳定信号于该检测器上，存在可预期光学损失。

另一方面，若该波导路径中太少能量由各检测器有效移除，以允许一更统一光束，则光学能量会浪费的舍弃于该路径尾端。所以，一光学有效设计会使用所有能量，以可能延伸与放大该检测器中有用的吸收，同时缩小无效的光学损失，最多至能量中最大可忍受变化。好的妥协可为通过该光学路径介于10％至90％之间的一光学损失，根据上物的补偿机制与该电子设计部份信号中变化的忍受度而定。

如上述妥协中损失计算的部分，可缩小的无效光学损失应列入考量。这些无效的损失发生自波导界面散射与吸收、波导弯曲辐射损失、及通过一检测器或耦合器传输至一检测器的无效耦合或散射损失。更重要的是，该波导必须为一足够低损失的波导，使得该路径整个长度的光学能量损失可允许一相对统一信号散布至所有装置，如上述妥协中所讨论的。若该波导实施于一1cm乘上1cm大小的IC芯片上，则这表示至该波导本身的损失应该小于约1db/cm。应注意db定义为能量传输对数(基数为10)的10倍。所以一1db损失(或-1db)对应至79.4％的传输，或20.6％的损失。第二，该弯曲必须为低损失弯曲(如＜1db/弯曲)，且允许的最大数量根据各弯曲的精确损失而定，同样在上述妥协的限制中。清楚可见，与各弯曲相关的损失愈低，可沿着该波导使用的弯曲就愈多。已知硅锗核心中较高的锗内容允许一较紧的弯曲半径。因此，举例来说，具有7-10％的锗内容，可制造于一1cm²芯片上建立一弯曲状波导结构所需的半径的弯曲。

如上所述，连续路由最重要的使用在于使用低吸收性检测器的能力。也就是说，其允许一大量百分比的光学信号沿着该波导穿透下一个检测器。举例来说，某些较小长度与低吸收性检测器仅可吸收光的0.1％至1％。光剩余的99.9％至99％可有效的由链中其他检测器吸收。此外，该检测器的传输必须稳定温度范围、年龄、操作能量、电压与其他环境因素，使得在所有可想象合理的操作条件下，到达该波导尾端的光学信号不会落入该波导最后一个检测器检测太低的程度。如上所述，最糟环境因素情况中可允许沿着该路径光学变化的程度与沿着该光学路径光学统一所需的类似。此环境变化实际上为设计的一部分，必须包含于借助舍寄该光学能量于该路径尾端，决定应忍受多少无效损失。如此一来，检测器与其他耦合装至应设计以缩小其吸收对温度与其他环境因素的变化。由于光学传输中大量变化可能需要具有较低损失光学路径与无效舍弃光学能量的一系统设计，此装置稳定性很重要，以允许一更大光学所失与非统一性的一环境变化。

一改良是为欲检测的波长放置一低吸收性检测器于一光学谐振器，允许于一给定或较低光学能量的更好吸收性与光电流。举例来说，可利用分离置于该吸收器相对侧的两个镜子建立一空腔，使该光通过结构干扰谐振。这些镜子可沿着该波导由一薄金属、一介电堆叠、或一定期图案建立，如一布雷格光栅。该布雷格光栅具有一特殊优点，其可做出波长中非常窄的频带，甚至窄于该谐振器频宽。所以，若光不放大，其亦不会反射。

该检测器的其他谐振器可制作具有波导环，紧密耦合至该连续波导，亦仅检测于谐振波长的光，并于其他波长传输光。一谐振器的限制是其必须足够稳定于所有温度中，且不将足够的光向下反射该波导，以引发该光源的干扰。上述两种谐振器可以此良好的技术完成此项工作。

利用此方法，多个谐振器可仅用于一多工波长散布方法中检测一波长，且未被吸收的其他波长的光有效的传输至波导上其他检测器。举例于图3中，检测器80、81与82各检测一不同波长λ1、λ2与λ3，沿着一光学波导83连续散布。产生于各检测器的电子信号会向上传至一不同对应的电子组件86、87与88。

该波导多工检测器的一优点在于其允许多个独立散布通道为更有效且压缩的路由共用相同的波导。多个来源应各为其本身频率或波长的广播，且该空腔可建立或调节以接收于一给定点所需的信号。此应借助选取调节那些点的适当波长的广播，允许检测的广播至选择的点。此方法允许关于一硅芯片的一已定址高速信号输入的使用。

在于该芯片上选择点接收信号的另一方法中，该光学信号可由仅所选检测器会回应的一相位提升或放大调节加以编码。这可能需要使用电子筛选器或调节。电子筛选器亦可用于接收数字编码至仅由所选接收器接收的信号。

一波长选择检测器的另一优点是其以一频扰光源运作。一频扰光源是随时间变更其波长。若加以控制，使得该波长变更于一时脉中各脉冲定期发生，该检测器可调节为于该点必须调节该时脉歪斜的一特定时间延迟。

可使用任何其他波导设计。此包含有硅/二氧化硅波导、氮化硅波导、聚合物波导及这些材料的组合。许多材料可能与一硅锗基板方法不相容，且最好放置于该电线盘中或上方。

可使用任何其他检测器设计。此包含有硅锗超格检测器、拉紧的硅检测器、锗能隙吸收及杂质型硅锗检测器，其细节将在下方提供。某些检测器，例如具有锗能隙的检测器，具有高吸收性。无论如何，可借助使用薄锗检测器，或借助耦合光很弱的波导周边的波导外的光，做成一低吸收性检测器。这些方法可能有优点，允许需要较少光电流的一较小低容量的检测器，且因此需要较少光以于一给定时间切换。另一优点在于于该波导周边边缘耦合可简化设计与路由。

比须预先做达到该散布时脉信号的稳定性的某些其他警告。举例来说，必须缩小反射回该时脉信号的来源，以避免扰乱该来源产生该时脉信号，以及位于上述该检测器的锁相回路。余元件间过度减少反射回去的方法包含有提供有角度或已弯曲的界面于该点，并符合该元件表面间的折射率(即使用低Δn界面)，同样降低反射回去的机会(即符合折射率)。亦一定有良好模式符合于该波导与该检测器之间，以减少会导致散射的光学信号会看到的中断，以更有效补偿该检测器的检测区域中的光学信号。在该端点，必须以不反射或允许偏离光以影响该电路的方式暴露光。可辐射该光，，而不须以许多方式反射。这可借助无法限制该光的一非常短弯曲半径达成。该光接着会以一广角散布，具有非常少反射。该波导的尾端可能有角度，所以界面反射不会导回该波导下方。该散射光可能不注意的负面影响其他装置，并跨交谈建立噪音。此散射光可由此光被引导的技术控制，且在其负面影响其他装置前适当吸收此光。此光可由自由电子与晶圆中其他寄生机制吸收。

其他设计

图4显示设计一光学信号散布网络的另一方法。该系统包含有多个波导52’，各服务该芯片的一不同区域。在该例示范例中，有四个波导52’，各包含有多个检测器54’沿着其长度连续放置。

提供序列与并列光学路径组合的目的在于存在高光学损失中，提供更多散布选择。若在所有改良后，一给定光学路径的损失对于之前讨论的统一妥协来说太高，则借助将该路径分成多个路径，所有检测器元件因此可以一统一方式到达。

该四个波导连结至一多模式界面(MMI)分离器58，将依输入光学信号的能量分成n个相同的信号，各传递至n个输出的一不同者，其中一对应波导52’硅光学连结至该输出。该MMI分离器58使用一已知技术，用以将依光学信号分成具有相同能量的多个光学信号。借助使用来发出自单一来源的多个波导，可能降低任何单一波导中所需的弯曲数。

将该能源分成多个波导亦可借助多个Y分离器的连续链或具有较少数量输出波导的MMI完成。利用连续分离器的散布可能是需要多个路径的某些光学配置中一较有效的设计。在任何情况中，该散布网络可包含有许多连续与多个路径的组合，以光学能量分离器为任何给定连续路径于需要有效路由的任何点建立一多个路径分支。

在引入该芯片后分离该光学信号的另依选择是在事先将其分离。在此情况中，四个波导52’各由一分离来源利用上述技术般供给。

图5举例说明亦实施该连续路由概念的另一光学信号散布网络。在此范例中，举例说明四个独立光学信号散布线72、73、74与74(即波导)。各光学波导包含有多个光学检测器78，沿着其长度间隔放置。在此情况中，在该波导或分离光源可散布于各线上之前，该相同的信号可借助使用一分离器散布于所有线上。

广播信号

如上数据有连续信号检测的光学路由的使用亦可用于高速高频宽广播信号至一电子芯片中的多个点。该信号来源可为芯片外或芯片上。若该信号源自芯片外，该外部装置自更标准的电子形式建立该有用的光学信息。这一般利用激光的电子调节完成，例如边际放射半导体激光、或垂直空腔表面放射激光(VCSEL)、或其他光源，通常由该驱动器电流调节。在某些应用中，例如需要非常高速(10GHz以上)的情况，该激光无法有效调节，且当该光穿透该调节器时，该光源外的调节器用以建立该信号。该调节器一般变更一材料的吸收或传输，该光借助取代该材料上的一电压加以穿透。因此，一正常光源(连续或定时暂停)必须入设于该调节器上。该调节器接着借助吸收或偏斜某些光加入该调节信号。举例来说，此调节效果可借助自由电子入射所导致的折射率与吸收性变更、借助引发吸收增加的应用领域导致的频隙变窄、或借助电热所导致的热变更材料而发生。若该折射率变更用于调节，则如马赫—曾德尔或法布里—珀罗的干涉仪必须借助以另一信号干扰此相位调节光，用于将该相位变更(自该折射率变更使该光变慢)转换至一能量或放大调节。根据激光与调节器的电子至光信号传输器常见于业界中。

在一广播来源源自该电子芯片的情况中，使用调节一激光或调节一正传输信号的一类似方法。然而，由于于一硅芯片中建立一激光的高困难性，最可使用一调节器。在此情况中，一正常(连续或定期暂停)光源提供至该芯片上调节器，接着放置一有用信号于该光束上。

无论该信号产生于芯片上或芯片外，该信号可广播至该芯片上多个点。一之前提及的应用包含散布光学时脉。然而，其他有用的系统应用可为：控制信息至该芯片上多个点的广播，以改良电路同步行为；为较低潜伏期或使用于一平行电脑中，一总线上数据至一芯片上的散布；或利用光学比电子信号快的一芯片上点之间的快速通讯。若欲散布的数据于一波导上，通常多个位会想要平行传输。今日的微处理器使用8、16、32与64位宽的总线，其位数于一类似数量的线上同步传输与接收。应注意光学拨导可借助同步编码一不同波长、或频率通道、相同波导中的各位，以减少线的数量。这可能改良同步接收，导致为所有位使用相同的路径距离，且其会减少需要传输信息的线数。然而，需要一波长感应检测器阵列，或一分散光学元件，将各波长分成一宽频检测器。常见与业界中的分散元件包含有布雷格筛选器、干扰波导阵列、与干涉仪。如前所述，该波长选择检测器可建立有一宽频检测器，取代一光学谐振结构的中或之后，仅感应该波长。一波长选择检测器亦可借助使该频隙变更控制的效果加以建立，例如一杂质的扩散。接着，该光可由连续于该波导上的波长选择检测器吸收。在此情况中，该检测器允许所有较长的波长经过，而吸收所有较短的波长(具有比频隙大的能量)，因此该最短波长检测器必须置于该检测器链开头。

光学准备基板

可预见上述连续路由概念只一特定有用应用可结合光学准备基板，其详细描述于2002年10月25日申请，标题为「光学准备基板」的美国专利申请第10/280,505号，及2002年10月25日申请，标题为「光学准备晶圆」的美国专利申请第10/280,492号中，在此并入参照。由于连续路由概念与该光学准备基板相关联，值得了解该光学准备基板的概念。

基本上，光学准备基板背后的原则在于该光学信号散布网络以其制造与该微电子电路的制造完整或互相独立的方式提供。

该光学准备基板提供一平台，利用传统半导体制造技术，电子电路可制造于其上。借助将该光学信号分散电路自该电子电路分离，依此方式，该半导体微电子制造商避免必须研发一新技术，或了解制造光学元件于一半导体晶圆上。该半导体微电子制造商亦避免必须最佳化制造该半导体电子装置的程序，以亦适应该光学元件的制造。因此，举例来说，一家制造CMOS电路的公司已最佳化其制造程序，以达到超高精确与非常高的收益，不需要考量必须修改其程序，且可能妥协其超高精确与高收益，以制作具有该电子元件的光学元件。简言之，该半导体微电子制造商可能仅一赖伊光学制造公司的专业性，以提供该光学元件，并最佳化那些程序，且除了定位与结合该光学信号散布网络之外，该晶片的处理仅需其为一空白半导体晶片。当然，这只是理想。实际上，该两种技术之间的分际并不是如此清楚。

一光学准备基板10的一实施例显示于图5中。光学准备基板10包含有一半导体集成光学信号散布网络20，用以散布一光学时脉信号至稍后制造于该光学电路上的基板顶端的半导体集成微电子电路40。光学准备基板10隙一epi硅或SOI(绝缘层上覆硅)结构，可包含有晶体硅的一基底基板12、一二氧化硅的绝缘层14、及一晶体硅的薄上层16。光学信号散布网络20制造于绝缘层14下的基板12上。网络20应用一或多个基板建立方块，包含有光学波导30，用以散布该芯片上不同位置间的光学信号；反射元件47，用以使光学信号自该芯片上引入该波导中，或使光学信号重新导向该波导外；光检器32，用以将该光学信号转成将由该微电子电路的对应元件使用的电子信号33；及分离器(未显示)，将该光学信号分成多个(在此例中为两个)元件，其中分支发生于该散布网络中。

该光学输入信号可以许多不同方式提供。根据一方法，通常称为一边缘耦合方法，一透镜配置36将来自一外部光纤38的光对焦至光学波导30中。或者，一光纤43以导通该芯片顶面或底面的一方向，通过另一透镜配置45传递光至一波导30。在此情况中，制造于波导30中的一反射元件47将该光沿着其纵轴转发至波导30中。光可利用类似或相同于反射元件47、透镜45、与光纤43的元件取出。(注意有许多方法将光传至该波导中，且自该方向，该光可引入，但不限于普通于平面中的方向。)

由于该基板的低介电容量与高电组，图5中所述的SOI结构有利于微电子电路中。有许多已知方法制造SOI结构，某些描述于B.Jalali等人于1998年11月/12月量子电子中选定主题的IEEE报导第4集第6号的「绝缘层上覆硅光电中的进步」中。用于制造图4的实施利的两个有效方法为bond-and-etchback SOI(BESOI)技术智能切割程序。

根据BESOI技术，氧化一第一硅晶片，其后为一氧化层的亲水键合至一第二硅晶片的暴露表面。接着薄化该第一硅晶片，并以机械与机械/化学程序抛光至想要的厚度。该光学信号电路会制造至该第二晶片侧内，提供该暴露表面至键合的氧化层。该薄化的第一硅晶片接着会提供该基板，该微电子稍后会制造至该基板中。

根据该智能切割程序，一氧化硅晶片通过该氧化表面层植入氢。之后，该氧化表面借助氢键键合一暴露硅晶片的表面。在一后续热处理期间，该第一硅晶片分成两部分，将依薄硅层留在该氧化层顶端(借此移除许多硅基板)。该硅的新暴露表面接着借助机械与化学/机械方法抛光。在此例中，在将该表面键合至该第一晶片的氧化表面之前，该光学信号电路会制造至该暴露硅晶片表面中。

除了一SOI结构之外，有许多方法实施该光学准备基板概念。举例来说，一晶膜层可成长于包含该光学电路的硅的顶端。或该光学准备网络层可键合一硅晶片，该微电子电路以制造于其中，且接着金属化互连的多层可制造于该光学层上。或吾人可利用一倒装芯片设计，根据此该光学网络制造至一芯片中，且该微电子电路制造至一第二晶片中，且该芯片倒装至另一芯片上，且为电互连该两个芯片提供键合。在所有方法中，该原理基本上都相同。该光学网络与该微电子电路分别制造，且一般位于不同层。

杂质型硅锗检测器

如上所述，此技术需要各检测器具有一低吸收性，且于操作范例中稳定其吸收性，使其不会大大影响光信号于该波导尾端到达检测器的量。一杂质型硅锗检测器的特征为一相对弱吸收性，特别适合用于上述的连续路由电路中。该杂质型检测器的设计与制造细节呈现于2003年5月29日共同申请的专利申请案中，标题为「杂质型波导检测器」(AMAT号#8508US/NBD/OPTICS/JB1)，且呈现于2003年5月29日申请的临时专利申请案U.S.S.N.60/474,155中，标题为「杂质型波导检测器」，与本案同日申请，且在此并入参照。

一般来说，在此实施例中，该杂质型检测器是硅锗装置，可为光导体(PIP)、光二极管(PIN)或光晶体管(NpN)结构的形式。该N-与P-区域呈现高掺杂电极区域，其中电接触至该检测器。上述的检测器结构应用至一p-型杂质。对一n-型施体杂质来说，该结构可为该绝缘或n-型杂质具有该相对极性(NIN对上PIP、NIP对上PIN即PnP对上NpN)。该I或p或n-区域是一杂质检测器区域。该p或n型杂质可分别借助测量的共掺杂相对n-型施体或p-型受体隔离。在该杂质型检测器中，该I-区域是硅锗掺杂一深层状态，例如该p-型受体铊或铟及一或多个其他共植入者。该受体掺杂特征在于产生能量状态，远足够于该原子价键合，使得一1200-1300nm的光学信号会导致来自该受体状态至该导体键合的电子过渡，藉此检测该光学信号。共植的目的在于以电子填满该受体掺杂的深层洞，藉此增加该检测器检测该光学信号的效率，且亦可能增加该硅锗格中该铟或铊的固体可溶性。

其他实施例是于下列本申请权利要求范围内。

Claims (10)

1.一种电路，该电路至少包含：

一半导体基板，其包含有一形成于其中以承载一光学信号的波导；及

多个光学检测器，其沿着该波导的长度序列放置，各光学检测器可检测穿过光学检测器的一光学信号，且对该光学信号足够透明以使该光学信号到达而被所有上述多个检测器检测到。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于该基板是硅，且该波导是硅锗。

3.根据权利要求1所述的电路，其特征在于该波导是呈弯曲状。

4.根据权利要求1所述的电路，其特征在于该波导是呈螺旋状。

5.根据权利要求1所述的电路，其特征在于该光学信号是一光学时脉信号。

6.根据权利要求1所述的电路，其特征在于该多个光学检测器的每一个各检测一不同光波长。

7.根据权利要求1所述的电路，其特征在于还包含一光学信号源，其是位于该半导体基板外以传递该光学信号至该光学波导，及一光学系统，其是用以将来自该光学信号来源的光学信号耦合至该波导中。

8.根据权利要求1所述的电路，其特征在于还包含一第二半导体基板，其是形成于该第一半导体基板顶端，该第二半导体基板包含制造于其中的半导体集成微电子电路，其中多个光学检测器的每一个各电连接至该第二半导体基板中的微电子电路。

9.根据权利要求1所述的光学信号散布网络，其特征在于还包含：

一第二波导，其形成于该半导体基板中；及

一第二多个光学检测器，其沿着该第二波导的长度序列放置，该第二多个光学检测器的各光学检测器可检测传经光学检测器的一第二光学信号，并对该第二光学信号足够透明以使该第二光学信号可到达且可被所有第二多个光学检测器检测到。

10.根据权利要求9所述的光学信号散布网络，其特征在于还包含有一光学分离器，其是形成于该半导体基板中用以接收一光学输入信号，并将其分成第一与第二光学输出信号，其中该第一波导耦合至该分离器以接收该第一光学输出信号，且该第二波导耦合至该分离器以接收该第二光学输出信号。

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