面内芯片级光子器件制造技术

本公开涉及一种用于跨间隙透射光学信号的面内光子器件，特别是一种适用于具有电连接和光子波导的一个或多个面内交叉部的光子集成电路的面内光子器件。一个实施例涉及一种用于具有电气连接和光子波导的面内交叉的光子集成电路的面内光子器件，包括：至少一个输入光学波导；以及至少一个输出光学波导；其中，该至少一个输入光学波导和该至少一个输出光学波导被定位成使得它们之间的间隙将该输入光学波导和该输出光学波导分隔开，并且其中，该输入光学波导和该输出光学波导被配置用于跨该间隙的光学模匹配，使得光学信号能跨该间隙从该输入光学波导透射到该输出光学波导。从该输入光学波导透射到该输出光学波导。从该输入光学波导透射到该输出光学波导。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】面内芯片级光子器件


[0001]本公开涉及一种用于跨间隙透射光学信号的面内光子器件，特别是一种适用于具有电连接和光子波导的一个或多个面内交叉部的光子集成电路的面内光子器件。

技术介绍

[0002]集成电子器件(例如，电光器件)的功能和性能依赖于电连接所述器件的特定区域，例如用于提供工作电流。集成器件的特定区域可能同时需要彼此电隔离，以防止短路或电噪声影响同一器件的传感器组件。
[0003]在许多情况下，集成器件包括闭合电路，其中，器件的各部分无法通过常规方法隔离。这对于包括导电光学波导(例如，诸如硅等半导体材料中的波导)的电光器件尤其如此。
[0004]同时，器件的电气组件需要电接触以进行其操作。这通常通过提供面外解决方案的标准化半导体制造方法来执行，例如通过通孔形成，其中可以通过深蚀刻孔(通孔)到达(与器件层电隔离的)导电层。通孔在复杂的多层光刻电路中是标准的，但在电子上更简单的装置(例如，光谱仪、传感器等)中，通孔蚀刻和随后的金属填充构成了附加的工艺步骤，导致附加的生产复杂性，从而导致附加的成本。
[0005]引线结合是替代解决方案，其中面外引线连接芯片上或芯片载体上的金属触点。然而，引线结合的过程是耗时的。此外，用于接触电隔离岛所需的在芯片的中心具有触点会很麻烦。然而，对于更复杂的设计，引线结合会很昂贵且难以扩展(并且当前技术中优选的解决方案是通孔)。
[0006]光电行业需要针对交叉电连接和光子波导的可扩展且高效的低成本解决方案，同时在某些情况下还使芯片级特征机械和热隔离。r/>
技术实现思路

[0007]本专利技术人已经意识到，常规方法没有提供用于大规模生产低成本集成光子电路的实用的、可扩展的方法。此外，本专利技术人惊奇地认识到，光学波导可以如何被配置用于在不显著损耗光学信号的情况下电隔离电光器件的选定区域。与诸如通孔和引线结合等常规方法相反，专利技术人已经意识到，可以如何在面内和在芯片级上实现电连接。
[0008]因此，本公开涉及一种具有彼此分离的输入波导和输出波导的面内和/或单片光子器件，其中，光学信号可以优选地以高透射率在所述波导之间跨所述间隙透射。光子器件的一个实施例包括至少一个(或多个)输入光学波导，该至少一个(或多个)输入光学波导通过间隙与至少一个(或多个)输出光学波导分隔开。在优选实施例中，该器件被配置用于在该至少一个输入光学波导与该至少一个输出光学波导之间透射光学信号。有利地，该至少一个输入光学波导和该至少一个输出光学波导可以被配置用于跨所述间隙的光学模匹配。优选地，当前公开的面内光子器件适用于具有电连接和光子波导的一个或多个面内交叉部的光子集成电路，特别适合用作具有电连接和光子波导的面内交叉的光子集成电路中的电路交叉部。
[0009]该间隙可以是电隔离间隙的形式，使得该至少一个输入光学波导与至少一个输出光学波导电隔离。该间隙还可以是热隔离间隙的形式或替代地是热隔离间隙的形式，使得该至少一个输入光学波导与该至少一个输出光学波导热隔离，和/或该间隙可以是机械隔离间隙的形式，使得该至少一个输入光学波导与至少一个输出光学波导机械隔离。
[0010]本公开的具体实施例可用于形成片上干涉仪，如同一申请人于2019年11月18日提交的作为EP19209783.0的“Nanoelectromechanical interferometer for visible to infrared wavelengths(用于可见波长至红外波长的纳米机电干涉仪)”中所公开的那样。通过确保这种干涉仪的特定部分电隔离而同时允许其他部分的电连接，可以供应电压来控制所述干涉仪的功能。
[0011]如Midolo,L.等人的Electro
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optic routing of photons from single quantum dots in photonic integrated circuits(对来自光子集成电路中单个量子点的光子的电光路由)，Opt.Express 25,33514(2017年)中例示的量子点单光子源可以与当前公开的光子器件结合，用于通过以下方式形成片上干涉仪：确保这种干涉仪的特定部分电隔离和/或热隔离和/或机械隔离，而同时允许其他部分的电连接和/或热连接和/或机械连接，因此可以供应电压、热和机械运动来控制所述干涉仪的功能。
[0012]本公开还涉及一种具有电连接和光子波导的面内交叉的平面和/或单片集成电路，该平面集成电路包括一个或多个当前公开的面内光子器件。特别地，所述平面集成电路可以包括至少一个隔离部分，并且其中，所述面内光子器件中的至少一个被配置用于供应所述至少一个隔离部分的电流和/或对所述至少一个隔离部分进行电压控制。例如，电压控制可以用于使所述隔离部分接地，例如以避免浮动电位。在另一个实施例中，权利要求的平面集成电路包括至少两个光学连接的有源光子组件，例如，该至少两个光学连接的有源光子组件像光学互连一样串联连接。有源光子组件可以选自以下各项的组：延迟线组件、相位调制器组件、开关组件、定向耦合器组件、掩埋异质结构组件、腔组件、量子点组件。有利地，有源光子组件之间的这种光学连接可以由至少一个当前公开的面内光子器件来提供。在这方面，所述面内光子器件的间隙优选地被配置为使所述串联连接的有源光子组件电隔离和/或热隔离。该至少一个面内光子器件的引线可以被配置为例如在所述串联连接的有源光子组件中的至少一个中控制至少一个光学波导的电压和/或向该至少一个光学波导供应电流，以控制和/或读出芯片上的光电特征，例如芯片级光源和/或检测器和/或调制器。在集成电路的另一实施例中，从距有源光子器件至少100μm、更优选地至少200μm、最优选地至少500μm的电结合焊盘来供应电流(或控制电压)，从而降低芯片封装的复杂度和成本。
[0013]因此，本公开还涉及一种利用至少一个当前公开的面内光子器件来控制/激活集成电路的至少一部分的方法，如上文所解释的那样，例如用于利用当前公开的面内光子器件供应电流和/或控制平面/单片集成电路的至少一个隔离部分的电压，该平面/单片集成电路具有电连接和光子波导的面内交叉。
[0014]因此，间隙应该足够大，以便在两个或更多个光学波导之间获得期望的电隔离、热隔离和/或机械隔离。同时，输入光学波导和输出光学波导应该优选地被配置用于跨间隙的光学模匹配，使得光学信号能够传播通过所述器件而没有任何显著的光学损耗。该间隙可以例如短于500nm，或者甚至短于200nm，以确保足够的隔离和高光学透射。优选地，所述器件被配置用于通过输入光学波导和输出光学波导中的模之间的光学模匹配来增加光学透
射率和/或减小光学反射率。
[0015]当前公开的光子器件可以被配置有用于间隙附近的光学模匹配的一个或多个模转换器，其中，模转换器可以是输入光学波导和/或输出光学波导的加宽和/或变窄的形式。此外，每个波导可以包括用于扩展和/或缩小光学信号的光学模的模转换器。因此，一个或多个输入光学波导可以包括朝向间隙扩展光学信号的光学模的模转换器，而输本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种面内光子器件，用于具有电连接和光子波导的面内交叉的光子集成电路，所述面内光子器件包括：至少一个输入光学波导；以及至少一个输出光学波导，其中，所述至少一个输入光学波导和所述至少一个输出光学波导被定位成使得它们之间的间隙将所述输入光学波导和所述输出光学波导分隔开，并且其中，所述输入光学波导和所述输出光学波导被配置用于跨所述间隙的光学模匹配，使得光学信号能跨所述间隙从所述输入光学波导透射到所述输出光学波导。2.根据权利要求1所述的面内光子器件，其中，所述输入光学波导中的至少一个和/或所述输出光学波导中的至少一个包括至少一个亚波长透镜特征，所述至少一个亚波长透镜特征被配置用于改进所述光学信号跨所述间隙的光学模匹配。3.根据前述权利要求中任一项所述的面内光子器件，其中，所述面内光子器件形成面内电光电路交叉部。4.根据前述权利要求中任一项所述的面内光子器件，用作具有电连接和光子波导的面内交叉的光子集成电路中的电路交叉部。5.根据前述权利要求中任一项所述的面内光子器件，其中，所述间隙是具有在λ/200到λ/5之间的间隙尺寸的亚波长间隙，其中，λ是所述光学信号的最短波长。6.根据前述权利要求中任一项所述的面内光子器件，其中，所述间隙的尺寸小于500nm，例如在10nm到200nm之间。7.根据前述权利要求中任一项所述的面内光子器件，其中，所述间隙是被配置用于电隔离所述光学波导的电隔离间隙。8.根据前述权利要求中任一项所述的面内光子器件，其中，所述输入光学波导和/或所述输出光学波导包括一个或多个引线，所述一个或多个引线被配置为提供到所述波导附近的一个或多个块状材料的连接。9.根据权利要求8所述的面内光子器件，其中，所述引线被配置用于在所述波导的两侧上的块状材料之间，例如跨所述波导，形成电连接，而所述间隙是被配置用于电隔离所述光学波导的电隔离间隙。10.根据权利要求8
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9中任一项所述的面内光子器件，其中，所述输入光学波导和/或所述输出光学波导通过所述一个或多个引线悬挂在所述一个或多个块状材料上。11.根据权利要求8
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10所述的面内光子器件，其中，与所述输出光学波导相比，所述输入光学波导在不同的块状材料之间形成电连接。12.根据前述权利要求中任一项所述的面内光子器件，其中，所述间隙被配置为防止跨所述间隙的电传导。13.根据前述权利要求中任一项所述的面内光子器件，其中，所述间隙被配置为防止跨所述间隙的热传导。14.根据前述权利要求中任一项所述的面内光子器件，其中，所述间隙被配置为防止跨所述间隙的机械运动。15.根据前述权利要求2
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14中任一项所述的面内光子器件，其中，所述至少一个亚波长透镜特征形成所述至少一个输入光学波导和/或所述至少一个输出光学波导的一部分。
16.根据前述权利要求2
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15中任一项所述的面内光子器件，其中，所述至少一个亚波长透镜特征被配置用于使所述光学信号跨所述间隙发生透镜效应。17.根据前述权利要求2
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16中任一项所述的面内光子器件，其中，所述至少一个透镜特征具有与所述输入光学波导和/或所述输出光学波导的材料不同的折射率。18.根据前述权利要求2
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17中任一项所述的面内光子器件，其中，所述器件被配置用于使所述光学信号的经扩展的或经缩小的模发生透镜效应。19.根据前述权利要求2
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18中任一项所述的面内光子器件，其中，每个波导在所述间隙附近，例如在所述间隙处，包括模转换器。20.根据前述权利要求中任一项所述的面内光子器件，其中，所述输入波导和所述输出波导中的一个包括用于扩展所述光学信号的光学模的模转换器，而所述输入波导和所述输出波导中的另一个包括用于缩小所述光学信号的光学模的模转...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：丹麦科技大学，
类型：发明
国别省市：