硅基光互连系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种硅基光互连系统，包括：第一硅衬底、光电器件、CMOS器件及第一隔离层，所述光电器件和所述CMOS器件均设置于所述第一硅衬底之上，所述第一隔离层设置于所述第一硅衬底和所述光电器件之间，本实用新型专利技术的硅基光互连系统集成了光电器件和CMOS，且光电器件和CMOS共用硅衬底，光电器件的光源、波导、探测器共用硅衬底，能应用于芯片等光传输结构中，器件的兼容性高，光耦合效率高，器件的传输性能好。

Silicon based optical interconnection system

【技术实现步骤摘要】
硅基光互连系统
本技术属于光电集成
，具体涉及一种硅基光互连系统。
技术介绍
在过去几十年里，基于硅材料的微电子技术深刻地改变了人们生产生活的各个方面。虽然如今的CMOS技术仍然以摩尔定律的速度在发展，但预见未来，这一发展速度将会遇到一个瓶颈，即互连瓶颈。因此，未来超大规模处理器的内部数据交换急需一种功耗低、带宽高的互连技术，片上光互连作为一种新的互连方式，具有很多优点，比如时空带宽积高、高度的并行性和无干扰性，损耗小等优点，在高性能CPU、高性能计算机、高速信息处理系统中光互连取代电互连已经成为人们的共识。现有的片上光互连技术是通过异质合成，大多是基于砷化镓GaAs)和磷化铟InP)等化合物材料的分立元件的集成芯片的研究，这种利用分立元件混合集成方式实现的电路存在着明显的不足，如电路中纹波大、产量低、可靠性差。单片集成电路有显著的优点，如所需外部元件少，频率特性的纹波小，环路延迟小，方便易用，可靠性高，尺寸小，功耗低等。光互连方案中，硅基光互连技术被认为是最有发展前途的一个方案。硅基光电子集成回路所有器件均采用标准集成电路工艺制备，或是仅仅对工艺进行微小的修改，从而实现全光互连与超大规模集成电路的单片集成，易于实行大规模生产。研究的难点在于如何提高电光/光电转换效率、如何实现器件的耦合和模式匹配，以及如何提高芯片速度。因此，如何提供过一种工艺简单，工艺兼容性及器件兼容性高、光转换效率高的硅基光互连系统的制备方法已经成为该领域的热点问题。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的上述问题，本技术提供了一种硅基光互连系统。本技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：本技术实施例提供了一种硅基光互连系统，包括：第一硅衬底、光电器件、CMOS器件及第一隔离层，所述光电器件和所述CMOS器件均设置于所述第一硅衬底之上，所述第一隔离层设置于所述第一硅衬底和所述光电器件之间，其中，所述光电器件包括：依次层叠设置于所述第一衬底之上的第二硅衬底层、Ge籽晶层、P型Ge层、N型Ge层、N型Si层、第二隔离层，其中，所述P型Ge层、所述N型Ge层、所述N型Si层、所述第二隔离层被第一隔离槽和第二隔离槽隔离形成光源单元、光波导单元、探测器单元。在本技术的一个实施例中，所述光波导单元表面包裹第一应变层，所述探测器单元表面包裹第二应变层。在本技术的一个实施例中，所述光波导单元包括：位于所述第一隔离槽和所述第二隔离槽之间的P型Ge层。在本技术的一个实施例中，所述第一应变层为氮化硅压应变层，所述第二应变层为氮化硅张应变层。在本技术的一个实施例中，所述CMOS器件的PMOS单元的栅极包裹有第三应变层，所述CMOS的NMOS单元的栅极包裹有第四应变层。在本技术的一个实施例中，所述第三应变层为氮化硅压应变层，所述第四应变层为氮化硅张应变层。与现有技术相比，本技术的有益效果：1、本技术的硅基光互连系统集成了光电器件和CMOS，且光电器件和CMOS共用硅衬底，光电器件的光源、波导、探测器共用硅衬底，能应用于芯片等光传输结构中，器件的兼容性高，光耦合效率高，器件的传输性能好；2、本技术的硅基光互连系统通过应变层对光电器件的各部分进行带隙调节，使光电器件的器件结构满足光电转换条件，器件结构简单。附图说明图1(a)为本技术实施例提供的一种硅基光互连系统的侧视截面结构示意图；图1(b)为本技术实施例提供的一种硅基光互连系统的俯视表面结构示意图；图2为本技术实施提供的锥形过渡波导侧面不同形状时透射度拟合示意图；图3为本技术实施提供的不同波长的光透过锥形过渡波导的透射度拟合示意图；图4为本技术实施提供的第三隔离层在不同厚度情况下光的透射度拟合示意图；图5为本技术实施提供的有覆盖层和无覆盖层情况下光的透射度拟合示意图；图6为本技术实施例提供的波导在第一应变层下的应力受力示意图；图7为本技术实施例提供的探测器在第二应变层下的应力受力示意图；图8为本技术实施例提供的COMS的PMOS在第三应变层下的应力受力示意图；图9为本技术实施例提供的COMS的NMOS在第四应变层下的应力受力示意图。具体实施方式下面结合具体实施例对本技术做进一步详细的描述，但本技术的实施方式不限于此。实施例一请参见图1(a)～1(b)，图1(a)为本技术实施例提供的一种硅基光互连系统的侧视截面结构示意图；图1(b)为本技术实施例提供的一种硅基光互连系统的俯视表面结构示意图，该硅基光互连系统包括：第一硅衬底、光电器件、CMOS器件及第一隔离层，所述光电器件和所述CMOS器件均设置于所述第一硅衬底之上，所述第一隔离层设置于所述第一硅衬底和所述光电器件之间，其中，所述光电器件包括：依次层叠设置于所述第一衬底之上的第二硅衬底层、Ge籽晶层、P型Ge层、N型Ge层、N型Si层、第二隔离层，其中，所述P型Ge层、所述N型Ge层、所述N型Si层、所述第二隔离层被第一隔离槽和第二隔离槽隔离形成光源单元、光波导单元、探测器单元；其中，所述光波导单元表面包裹第一应变层，所述探测器单元表面包裹第二应变层。需要说明的是，Si基改性Ge薄膜具备了硅基光互连系统的光源、波导以及探测器件应用的能力，但在具体实施时如果能够实现光电转换需要满足如下条件：Eg波导>Eg发光管>Eg探测器是硅基光互连系统中光电器件有源层材料的禁带宽度关系，需对它们各部分的能带结构进行调制。本技术实施例正是基于该思想的基础，提出用应变层调节光电器件中光源、波导以及探测器的能带，满足硅基单片同层光电器件制备的基础。在本技术的一种实施方式提供了一种硅基光互连系统，请继续参见图1(a)～1(b)，该硅基光互连系统包括：第一硅衬底1、光电器件、CMOS器件及第一隔离层3，所述光电器件和所述CMOS器件均设置于所述第一硅衬底1之上，所述第一隔离层3设置于所述第一硅衬底1和所述光电器件之间，其中，所述光电器件包括：依次层叠设置于所述第一衬底之上的第二硅衬底层、Ge籽晶层、P型Ge层、N型Ge层、N型Si层、第二隔离层，其中，所述P型Ge层、所述N型Ge层、所述N型Si层、所述第二隔离层被第一隔离槽和第二隔离槽隔离形成光源单元、光波导单元、探测器单元；进一步地，所述第一硅衬底1的厚度为30～750nm。进一步地，所述硅外延层2为P型杂质掺杂，掺杂浓度为1016cm-3。进一步地，第一隔离层3厚度为10～20nm的SiO2层。进一步地，n阱221的厚度为200nm，掺杂杂质为磷离子，掺杂浓度为1016cm-3。进一步地，PMOS的源区和漏区222、NOMS的源区和漏区223均进行硼离子掺杂，掺杂浓度为1020cm-3。进一步地，第二硅衬底211的厚度为300nm。进一步地，Ge籽晶层212的厚度为40～50nm；进一步地，P型Ge层213为p+Ge主体层，厚度为150～250nm。进一步地，N型Ge层214为n+掺杂Ge层，掺杂浓度为3×1019cm-3，厚度为100nm。进一步地，N型Si层215为n++掺杂Si层，掺杂浓度为1020cm-3，厚度为100nm。进一步地，第二隔离层216厚度为10nm。进一步地，多晶本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种硅基光互连系统，其特征在于，包括：第一硅衬底、光电器件、CMOS器件及第一隔离层，所述光电器件和所述CMOS器件均设置于所述第一硅衬底之上，所述第一隔离层设置于所述第一硅衬底和所述光电器件之间，其中，所述光电器件包括：依次层叠设置于所述第一硅衬底之上的第二硅衬底层、Ge籽晶层、P型Ge层、N型Ge层、N型Si层、第二隔离层，其中，所述P型Ge层、所述N型Ge层、所述N型Si层、所述第二隔离层被第一隔离槽和第二隔离槽隔离形成光源单元、光波导单元、探测器单元。

【技术特征摘要】
1.一种硅基光互连系统，其特征在于，包括：第一硅衬底、光电器件、CMOS器件及第一隔离层，所述光电器件和所述CMOS器件均设置于所述第一硅衬底之上，所述第一隔离层设置于所述第一硅衬底和所述光电器件之间，其中，所述光电器件包括：依次层叠设置于所述第一硅衬底之上的第二硅衬底层、Ge籽晶层、P型Ge层、N型Ge层、N型Si层、第二隔离层，其中，所述P型Ge层、所述N型Ge层、所述N型Si层、所述第二隔离层被第一隔离槽和第二隔离槽隔离形成光源单元、光波导单元、探测器单元。2.根据权利要求1所述的硅基光互连系统，其特征在于，所述光波导单元表面包裹第一应变...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛磊，岳庆冬，
申请(专利权)人：西安科锐盛创新科技有限公司，
类型：新型
国别省市：陕西,61