光子集成电路的电隔离制造技术

一种在用于光子集成器件的波导结构中的子部分之间提供电隔离的方法，该结构包括衬底、缓冲层和核心层，所述缓冲层位于衬底和核心层之间并且包括第一类型的掺杂剂，所述第一类型是n型或p型，该方法包括在将任何层添加到与缓冲层相对的核心层的一侧之前的步骤：选择至少一个区域作为电隔离区域，将电介质掩模应用于与缓冲层相对的核心层表面，所述掩模中的窗口暴露对应于所选电隔离区域的表面区域，实现第二类型的掺杂剂的扩散，所述第二类型具有与第一类型相反的极性，并且允许第二类型的掺杂剂渗透到衬底以形成阻挡结。

Electrical Isolation of Photonic Integrated Circuits

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】光子集成电路的电隔离
本公开涉及光子集成电路中的组件的电隔离。
技术介绍
光子集成电路(PIC)或集成光学电路是集成多个光子功能的器件，例如半导体光放大器、激光器部分、调制器等。图1是典型器件的横截面图，其包括两个半导体光放大器(SOA)101、相位调制器102和互补抽头检测器(CTAP)103，带有阴极104。这些器件通过核心层105光学连接，核心层105位于过度生长层106和缓冲层107之间，后者由半绝缘衬底108支撑。这种结构中的挑战是在半绝缘(SI)衬底上提供PIC的各个元件的有效电隔离。目的是减少电串扰，最小化由不同偏置电平引起的静态电流和/或允许元件的串联连接。用于产生电隔离区域的技术包括掺入掺杂剂杂质以通过熔体生长、外延生长(包括选择性蚀刻或选择性区域生长)、扩散、注入和量子阱混合(QWI)来产生电隔离区域。通过这种技术，可以产生与半导体晶片的平面平行的绝缘层或层区域。此外，这些技术可用于产生垂直于晶片平面的屏障或部分屏障，并且已知组合使用层和屏障特征。以前，通过层和屏障特征的简单组合已经实现了隔离，其中深注入区域可以与半绝缘(SI)衬底结合使用，以在子器件之间产生完全的电隔离，如图2所示的布置。在这样的布置中，三个子器件201、202和203形成在上包层204和下包层205内，上包层204和下包层205施加到衬底206，其间具有有源层207。三个子器件具有单独的下电极208、209和210以及上电极211、212和213，并且三个子器件通过离子注入形成的深垂直隔离区214和215彼此完全电隔离，并延伸到半绝缘衬底206。问题是这些元件通过半导体光波导连接，因此通过深蚀刻到衬底中而实现的隔离会引起不可接受的光学损耗和背反射。在这里描述的方案中，深蚀刻用于电隔离未通过波导连接的元件。注入也不是实用的选择，因为为了避免退火的影响，这必须在最终的外延生长阶段之后进行，因此需要非常深(～5μm)的注入。穿透到该深度所需的离子能量将非常昂贵，在场外进行并且与当前的掩蔽技术不兼容。
技术实现思路
根据第一方面，提供了一种在用于光子集成器件的波导结构中的子部分之间提供电隔离的方法。该结构包括衬底、缓冲层和核心层，缓冲层位于衬底和核心层之间并且包括第一类型的掺杂剂，掺杂剂为n型或p型。该方法包括，在将任何层添加到与缓冲层相对的核心层的一侧之前，将第二类型的掺杂剂扩散到结构中，第二类型与第一类型的极性相反，并且允许第二类型的掺杂剂渗透到衬底上以形成阻挡结。将掺杂剂扩散到结构中的步骤可包括选择至少一个区域作为电隔离区域，将电介质掩模施加到与缓冲层相对的核心层表面，掩模中的窗口暴露对应于所选电隔离区域的表面区域。该方法还可以包括通过蚀刻和再生长核心层的至少一部分来从核心层去除掺杂剂。在一个实施方式中，该方法还包括在核心层的顶部添加具有第二类型的掺杂剂的过度生长层的步骤。在一个实施方式中，该方法还包括通过氦注入在对应于电隔离区域的过度生长层中产生隔离区域的步骤。在一个实施方式中，第一类型的掺杂剂是n型掺杂剂，第二类型的掺杂剂是p型掺杂剂。在一个实施方式中，第二类型的掺杂剂是锌。在一个实施方式中，第二类型的掺杂剂是镁。在一个实施方式中，波导结构还包括在衬底和缓冲层之间的扩散阻挡层。在一个实施方式中，波导结构还包括缓冲层内的扩散阻挡层。在一个实施方式中，缓冲层包括邻近衬底的第一子层，第一子层包括扩散阻挡层，以及在第一子层和核心之间的第二子层，第二子层不具有扩散阻挡层。在一个实施方式中，其中缓冲层包括三个子层：邻近衬底的第一子层，其不具有扩散阻挡层；邻近核心层的第二子层，其不具有扩散阻挡层；以及位于第一子层和第二子层之间的第三子层，其包括扩散阻挡层。在一个实施方式中，其中第一子层比第二子层薄。在一个实施方式中，扩散缓冲层包括以下之一：铝铟砷化物、铝镓铟砷化物、铟镓砷化物和铟镓砷磷化物。根据第二方面，提供了一种用于光子集成电路的波导结构，包括衬底、包括第一类型的掺杂剂的缓冲层和核心层，其中缓冲层位于衬底和核心层之间。波导结构还包括至少一个电隔离区域，该区域包括缓冲层内的第一隔离区域并包括扩散到第一区域中的第二类型的掺杂剂，第一类型的掺杂剂和第二类型的掺杂剂的极性相反。在一个实施方式中，波导结构还包括过度生长层，该过度生长层包括第二类型的掺杂剂，并且其中核心层位于缓冲层和过度生长层之间。在一个实施方式中，电隔离区域还包括在过度生长层内的第二隔离区域，所述第二隔离区域包括注入到过度生长层中的氦离子。根据第三方面，提供了一种光子集成电路，包括根据第二方面的波导结构。在一个实施方式中，光子集成电路还包括至少部分地嵌入到波导结构中的至少两个光电器件和包括根据第二方面的波导结构的光子集成电路。附图说明现在将参考以下附图仅以示例的方式描述本专利技术的上述和其他方面：图1是光子集成电路的横截面图；图2是具有隔离区域的光子集成电路的横截面图；图3是用于光子集成电路的波导结构的横截面图；图4是说明根据一个实施方式的在光子集成电路中提供电隔离的方法的步骤的流程图；图5是扩散过程完成后波导结构的横截面图；图6是说明在如图3所示的波导结构中构造电隔离区域的另外阶段的流程图；图7是波导结构的横截面图，示出了图6所示过程的结果；图8是说明根据一个实施方式的创建电隔离区域的进一步步骤的流程图；图9是步骤801的结果的横截面图；图10是步骤802的结果的横截面图，示出了已经经过氦注入的隔离区域；图11是根据一个实施方式的波导结构的横截面图；图12是根据一个实施方式的波导结构的横截面图；图13是根据一个实施方式的波导结构的横截面图；图14是根据一个实施方式的用于光子集成电路的波导结构的横截面图，示出了由扩散阻挡层限制的隔离方案；以及图15是典型布置的横截面图，其中可以使用本文公开的方法。具体实施方式现在将在下文中参考附图更全面地描述实施方式，附图中示出了某些实施方式。然而，在本公开的范围内，许多不同形式的其他实施方式也是可能的。通过示例的方式提供以下实施方式，使得本公开彻底和完整，并且将向本领域技术人员充分传达本公开的范围。本公开旨在通过使用掺杂剂扩散到包层区域中来解决上述问题，以便构造npn或pnp类型的阻挡结。相比其他技术，扩散可以在过程的前期阶段执行。构造波导结构的过程以常规方式开始，其中铺设半绝缘衬底、掺杂有n或p型掺杂剂的第一包层或缓冲层、以及波导芯。然而，在构造其他层之前执行构造电隔离区域的扩散过程。过程穿透深度大大减小，并且在后续过程阶段期间可以去除诸如波导芯之类的不希望掺杂的区域。根据一个实施方式的构造具有电隔离的光子集成电路的步骤在图3至图5中示出。图4是示出根据实施方式的方法的步骤的流程图，图3和5是在构造的不同阶段的光子集成电路的层的横截面图。图3是根据实施方式的在实施电隔离过程之前的波导结构的初始层的截面图。在此阶段，波导结构包括半绝缘衬底303、掺杂缓冲层302和核心层301。缓冲层具有第一类型(n型或p型)的掺杂剂。在所示的实施方式中，该第一类型是n型。在该实施方式中，用于产生电隔离区域的第二类掺杂剂是p型。然而，本领域技术人员将理解，可以在缓冲层中使用p型掺杂。如果该第一掺杂类型是p型，则第二掺杂类型的极性是n型。图4本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在用于光子集成器件的波导结构中的子部分之间提供电隔离的方法，所述结构包括衬底、所述衬底上的缓冲层和所述缓冲层上的核心层，所述缓冲层包括第一类型的掺杂剂，所述第一类型为n型或p型，在所述核心层上方添加任何层之前，所述方法包括：将第二类型的掺杂剂扩散(402)到所述结构中，所述第二类型与所述第一类型的极性相反；和允许(404)所述掺杂剂穿透所述缓冲层到达所述衬底以形成阻挡结。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.12.30 GB 1622437.01.一种在用于光子集成器件的波导结构中的子部分之间提供电隔离的方法，所述结构包括衬底、所述衬底上的缓冲层和所述缓冲层上的核心层，所述缓冲层包括第一类型的掺杂剂，所述第一类型为n型或p型，在所述核心层上方添加任何层之前，所述方法包括：将第二类型的掺杂剂扩散(402)到所述结构中，所述第二类型与所述第一类型的极性相反；和允许(404)所述掺杂剂穿透所述缓冲层到达所述衬底以形成阻挡结。2.根据权利要求1所述的方法，其中将所述掺杂剂扩散到所述结构中的步骤包括以下步骤：选择至少一个区域作为电隔离区域，并将电介质掩模施加到所述核心层的上表面，所述掩模中的窗口暴露对应于所选电隔离区域的表面区域。3.根据权利要求1或2所述的方法，还包括通过蚀刻和再生长所述核心层的至少一部分从所述核心层去除所述掺杂剂的步骤。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括在所述核心层的顶部添加具有第二类型的掺杂剂的过度生长层的步骤。5.根据权利要求4所述的方法，还包括通过氦注入在对应于所述电隔离区域的所述过度生长层中产生隔离区域的步骤。6.根据前述权利要求任一项所述的方法，其中所述第一类型的掺杂剂是n型掺杂剂，所述第二类型的掺杂剂是p型掺杂剂。7.根据权利要求6所述的方法，其中所述第二类型的掺杂剂是锌。8.根据权利要求6所述的方法，其中所述第二类型的掺杂剂是镁。9.根据前述权利要求任一项所述的方法，其中所述波导结构包括在所述衬底和所述缓冲层之间的扩散阻挡层。10.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中所述波导结构包括在所述缓冲层内的扩散阻挡层。11.根据权利要求10所述的方法，其中所述缓冲层包括邻近所述衬底的第一子层，所述第一子层包括扩散阻挡层，以及在所述第一子层和所述核心层之间的第二子层，所述第二子层不具有扩散阻挡层。12.根据权利要求10所述的方法，其中所述缓冲层包括三个子层：邻近所述衬底的第一子层，所述第一子层不具有扩散阻挡层；邻近所述核心层的第二子层，所述第二子层不具有扩散阻挡层；以及位于所述第一子层和所述第二子层之间的第三子层，所述第三子层包括扩散阻挡层。13.根据权利要求12所述的方法，其中所述第一子层比所述第二子层薄。14.根据权利要求10至13中任一项所述的方法，其中所述扩散阻挡层包括以下之一：铝铟砷化物、铝镓铟砷化物、铟...

【专利技术属性】
技术研发人员：N·D·威特布莱德，S·琼斯，
申请(专利权)人：奥兰若技术有限公司，
类型：发明
国别省市：英国,GB