光电子器件及其制造方法技术

一种制造包括模式转换器的光电子器件的方法。该方法具有以下步骤：在第一绝缘体上硅（SOI）晶片上，制造光电子器件；以及要么：在第二SOI晶片上，制造模式转换器；并且将模式转换器接合到第一SOI晶片；要么将第二SOI晶片接合到第一SOI晶片以形成组合晶片；并且将模式转换器蚀刻到组合晶片中。换器蚀刻到组合晶片中。换器蚀刻到组合晶片中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】光电子器件及其制造方法


[0001]本专利技术涉及光电子器件及其制造方法。

技术介绍

[0002]在光电子器件中，当标准单模光纤（在1.55μm的波长下具有10.6μm的典型模式尺寸）耦合到硅波导时，可能存在显著的光学损耗，该硅波导可能由于模式失配而具有范围从亚微米至3μm的模式尺寸（取决于所使用的绝缘体上硅（SOI）平台）。
[0003]为了将耦合损耗最小化，已经使用了13μm
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13μm硅波导，因为模式尺寸与标准单模光纤的模式尺寸相匹配。模式转换器或锥形物用于将模式从13μm
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13μm波导绝热转变到SOI平台中的较小的硅波导。然而，诸如双SOI模式转换器之类的目前的解决方案具有导致高光学损耗和较低器件成品率的复杂的制造过程。
[0004]于是存在对于提供具有较低光学损耗并具有较高器件成品率的模式转换器的制造过程的期望。

技术实现思路

[0005]因此，在第一方面中，本专利技术的实施例提供了一种制造包括模式转换器的光电子器件的方法，该方法具有以下步骤：在第一绝缘体上硅（SOI）晶片上，制造光电子器件；以及要么：在第二SOI晶片上，制造模式转换器，以及将模式转换器接合到第一SOI晶片；要么将第二SOI晶片接合到第一SOI晶片以形成组合晶片；以及将模式转换器蚀刻到组合晶片中。
[0006]这样的方法产生更简单的制造过程，并因此产生更高的制造成品率。此外，这样制造的器件具有较低的光学损耗。
[0007]现在将阐述本专利技术的实施例的可选特征。这些可单独适用，或以与本专利技术的任何方面的任何组合的形式适用。
[0008]多个模式转换器可在第二SOI晶片或组合晶片上制造。
[0009]在第二方面中，本专利技术的实施例提供了一种制造包括模式转换器的光电子器件的方法，该方法具有以下步骤：在第一SOI晶片上，制造光电子器件；在第二SOI晶片上，制造模式转换器；以及将模式转换器接合到第一SOI晶片。
[0010]在第二SOI晶片上制造模式转换器可包括以下步骤：将第一光刻胶设置在第二SOI晶片的器件层的一部分上方；以及
蚀刻器件层的暴露区以形成模式转换器。
[0011]模式转换器可形成为锥形波导，其在宽度方面沿平行于波导的引导方向的方向减小。
[0012]在第二SOI晶片上制造模式转换器可以包括为微转印印刷过程制备第二SOI晶片的步骤。为微转印印刷过程制备第二SOI晶片可包括以下步骤：将拴系件（tether）图案化到模式转换器上；以及去除模式转换器和第二SOI晶片的硅衬底之间的绝缘体层，从而使模式转换器经由拴系件悬挂。
[0013]在第二SOI晶片上制造模式转换器的步骤可以于在第一SOI晶片上制造光电子器件的步骤之前或与之同时执行。
[0014]将模式转换器接合到第一晶片可经由微转印印刷过程执行。微转印印刷过程可包括等离子体处理步骤和退火步骤，以将模式转换器接合到第一晶片的接合区。
[0015]制造光电子器件可包括以下步骤：在第一SOI晶片上制造输入波导和/或输出波导。
[0016]光电子器件可以是电光调制器、激光器、或检测器，并且制造光电子器件可以包括以下步骤：将器件腔蚀刻到第一SOI晶片的器件层中；以及在器件腔中生长光学有源区。制造光电子器件还可包括以下步骤：在器件腔中蚀刻生长的光学有源区以形成光学有源波导。光电子器件可以是电光调制器或检测器，并且制造光电子器件还可以包括：掺杂光学有源波导的两个或更多个区；以及将电极设置成与光学有源波导的相应掺杂区电接触。光电子器件可称为光子集成电路（PIC）。
[0017]制造光电子器件还包括在将第二晶片接合到第一晶片之前执行的以下步骤：在光电子器件上方设置覆盖层，使一个或多个用于将第一晶片接合到第二晶片的接合区暴露。
[0018]该方法还可包括以下步骤：在第二SOI晶片或在另一SOI晶片上制造另外的模式转换器，并将所述另外的模式转换器接合到第一SOI晶片。
[0019]在第三方面中，本专利技术的实施例提供了一种制造包括模式转换器的光电子器件的方法，该方法具有以下步骤：在第一SOI晶片上，制造光电子器件；将第二SOI晶片接合到第一SOI晶片以形成组合晶片；以及将模式转换器蚀刻到组合晶片中。
[0020]制造光电子器件可包括以下步骤：在第一SOI晶片上制造输入波导和/或输出波导。
[0021]光电子器件可以是：电光调制器、激光器、检测器、阵列波导光栅、中阶梯光栅、马赫
‑
曾德尔干涉仪、环形谐振器、或其任何组合。
[0022]光电子器件可以是电光调制器、激光器、或检测器，并且制造光电子器件可以包括以下步骤：将器件腔蚀刻到第一SOI晶片的器件层中；以及在器件腔中生长光学有源区。制造光电子器件还可包括以下步骤：在器件腔中蚀刻生长的光学有源区以形成光学有源波导。光电子器件可以是电光调制器、或检测器，并且制造光电子器件可以包括以下步骤：掺杂光学有源波导的两个或更多个区；以及将电极设置成与光学有源波导的相应掺杂区电接触。
[0023]制造光电子器件可包括在将第二晶片接合到第一晶片之前执行的以下步骤：将覆
盖层设置在光电子器件上方，使用于将第一晶片接合到第二晶片的一个或多个接合区暴露。
[0024]在将第二SOI晶片接合到第一SOI晶片之前，该方法可以包括以下步骤：将第二腔蚀刻到第二SOI晶片的器件层中。将第二SOI晶片接合到第一SOI晶片可包括：倒置第二SOI晶片，并将其设置在第一SOI晶片的上表面上。
[0025]在另一步骤中，可在第二SOI晶片接合到第一SOI晶片之后去除第二SOI晶片的硅衬底。
[0026]在另一步骤中，可在第二SOI晶片接合到第一SOI晶片之后去除第二SOI晶片的埋置氧化层。
[0027]可经由晶片接合过程将第二SOI晶片接合到第一SOI晶片。晶片接合过程可以是等离子体辅助晶片接合过程。晶片接合过程可包括使第一SOI晶片和第二SOI晶片退火的步骤。退火可在至少250℃的温度下进行。
[0028]该方法可包括将多个模式转换器蚀刻到组合晶片中的步骤。
[0029]在第四方面中，本专利技术的实施例提供了一种光电子器件，其包括根据任何前述方面的方法制造的模式转换器。
[0030]本专利技术的其他方面提供：一种计算机程序，其包括当在计算机上运行时使计算机执行第一、第二、或第三方面的方法的代码；存储计算机程序的计算机可读介质，该计算机程序包括当在计算机上运行时使计算机执行第一、第二、或第三方面的方法的代码；以及被编程以执行第一、第二、或第三方面的方法的计算机系统。
附图说明
[0031]现在将参考附图通过示例的方式描述本专利技术的实施例，其中：图1A和1B示出了包括模式转换器的光电子器件的俯视图和横截面图；图2A和2B示出了包括模式转换器的变体光电子器件的俯视图和横截面图；图3A和3B示出了包括模式转换器的变体光电子器件的俯视图和横截面图；图4A本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种制造包括模式转换器的光电子器件的方法，所述方法具有以下步骤：在第一绝缘体上硅（SOI）晶片上，制造所述光电子器件；以及要么：在第二SOI晶片上，制造模式转换器；以及将所述模式转换器接合到所述第一SOI晶片；要么将第二SOI晶片接合到所述第一SOI晶片以形成组合晶片；以及将模式转换器蚀刻到所述组合晶片中。2.根据权利要求1所述的方法，其中在所述第二SOI晶片或所述组合晶片上制造多个模式转换器。3.一种制造包括模式转换器的光电子器件的方法，所述方法具有以下步骤：在第一SOI晶片上，制造所述光电子器件；在第二SOI晶片上，制造所述模式转换器；以及将所述模式转换器接合到所述第一SOI晶片。4.根据权利要求3所述的方法，其中在所述第二SOI晶片上制造所述模式转换器包括以下步骤：将第一光刻胶设置在所述第二SOI晶片的器件层的一部分上方；以及蚀刻所述器件层的暴露区以形成所述模式转换器。5.根据任何前述权利要求所述的方法，其中所述模式转换器形成为锥形波导，该锥形波导在宽度方面沿着平行于所述波导的引导方向减小。6.根据权利要求3至5中任一项所述的方法，其中在所述第二SOI晶片上制造所述模式转换器包括为微转印印刷过程制备所述第二SOI晶片的步骤。7.根据权利要求6所述的方法，其中为所述微转印印刷过程制备所述第二SOI晶片包括以下步骤：将拴系件图案化到所述模式转换器上；以及去除在所述模式转换器和所述第二SOI晶片的硅衬底之间的绝缘层，从而使所述模式转换器经由所述拴系件悬挂。8.根据权利要求3至7中任一项所述的方法，其中在所述第二SOI晶片上制造所述模式转换器的所述步骤于在所述第一SOI晶片上制造所述光电子器件的所述步骤之前或者与之同时执行。9.根据权利要求3至8中任一项所述的方法，其中将所述模式转换器接合到所述第一晶片是经由微转印印刷过程执行的。10.根据权利要求9所述的方法，其中所述微转印印刷过程包括等离子体处理步骤以及退火步骤，以将所述模式转换器接合到所述第一晶片的接合区。11.根据权利要求3至10中任一项所述的方法，其中制造所述光电子器件包括以下（一个或多个）步骤：在所述第一SOI晶片上制造输入波导和/或输出波导。12.根据权利要求3至11中任一项所述的方法，其中所述光电子器件是：电光调制器、激光器、检测器、阵列波导光栅、中阶梯光栅、马赫
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曾德尔干涉仪、环形谐振器、或其任何组
合。13.根据权利要求3至12中任一项所述的方法，其中所述光电子器件是电光调制器、激光器、或检测器，并且制造所述光电子器件包括以下步骤：将器件腔蚀刻到所述第一SOI晶片的器件层上；以及在所述器件腔中生长光学有源区。14.根据权利要求13所述的方法，其中制造所述光电子器件还包括以下步骤：在所述器件腔中蚀刻生长的光学有源区以形成光学有源波导。15.根据权利要求14所述的方法，其中所述光电子器件是电光调制器或检测器，并且制造所述光电子器件还包括：掺杂所述光学有源波导中的两个或更多个区；以及将电极设置成与所述光学有源波导的相应掺杂区电接触。16.根据权利要求3至15中任一项所述的方法，其中制造所述光电子器件还包括以下步骤，所述步骤在将所述第二晶片接合到所述第一晶片之前执行：将覆盖层设置在所述光电子器件上方，从而使用于将所述第一晶片接合到所...

【专利技术属性】
技术研发人员：余国民，
申请(专利权)人：洛克利光子有限公司，
类型：发明
国别省市：