光电子器件及其制造方法技术

公开了一种光电子器件。所述器件包括：绝缘体上硅平台，所述绝缘体上硅平台包括形成在硅器件层中的硅波导、硅衬底和腔；基于III

【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]本专利技术涉及一种光电子器件及其制造方法。

技术介绍

[0002]基于III
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V族半导体的光电子器件(例如，激光器或调制器)与绝缘体上硅(SOI)平台的混合集成赋予了结合这两种材料体系的最佳部分的优点。
[0003]然而，常规的芯片结合工艺典型地使用倒装芯片结合，其中基于III
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V族半导体的器件被倒置并结合到SOI平台上的腔中。由于管芯结合的金属凸块要求和在准确地控制相应部件的对准方面的困难，这种制造工艺可能是成本高昂而成品率低的。
[0004]因此，正在研究微转印(MTP)作为将基于III
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V族半导体的器件集成到SOI晶片内的替代方式。在这些方法中，基于III
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V族半导体的器件可在制造该器件的相同取向上且在无需金属凸块的情况下印刷到SOI上的腔中。由此，在基于III
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V族半导体的波导与SOI波导之间的对准被预定在竖直方向(z方向)上。因此，对准的要求从三维减少到二维，这可更容易地促成。
[0005]期望扩大适合于MTP的电光有源部件的数量，并且还减少这些器件所需的占用面积。
[0006]特别地，期望提供分布式反馈(DFB)激光器件，因为它们提供稳定且无跳模的操作。然而，由于所涉及的复杂制造工艺，特别是与对在III
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V族半导体器件中包括光栅的需要相关联的复杂制造工艺，这些生产的成本可能是高昂的，并且现有技术提供的成品率是有限的。r/>[0007]另外，期望总体提高通过MTP工艺制造的光电子器件的光学效率，并且包括高效的热管理和控制。

技术实现思路

[0008]因此，在第一方面，本专利技术的实施方案提供了一种光电子器件，所述光电子器件包括：
[0009]绝缘体上硅平台，所述绝缘体上硅平台包括形成在硅器件层中的硅波导、硅衬底和腔；
[0010]基于III
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V族半导体的器件，所述基于III
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V族半导体的器件位于所述绝缘体上硅平台的所述腔内并包含光耦合到所述硅波导的基于III
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V族半导体的波导；
[0011]其中位于所述基于III
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V族半导体的器件与所述衬底之间的所述腔的床的区域包括图案化表面，所述图案化表面被配置为与所述基于III
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V族半导体的器件的所述基于III
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V族半导体的波导内的光信号相互作用。
[0012]这种光电子器件可以相对低的成本和相对高的量制造。此外，光电子器件比先前已知的那些光电子器件更薄且更紧凑，并且可与晶片表面成平面。另外，可最小化在基于III
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V族半导体的波导与硅波导之间的耦合损耗。
[0013]现在将阐述本专利技术的任选特征。这些可单独地或以与本专利技术的任何方面的任何组合应用。
[0014]图案化表面可形成在腔的床中，即，直接地形成在腔的床中。图案化表面可与基于III
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V族半导体的波导相邻并沿该基于III
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V族半导体的波导延伸。在一些示例中，基于III
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V族半导体的波导可具有面向腔的床的表面，并且图案化表面可与该波导的面向床的表面共享相同的几何形状。在其他示例中，图案化表面可比基于III
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V族半导体的波导的宽度宽，并且可具有等于基于III
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V族半导体的波导的长度或比基于III
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V族半导体的波导的长度短的长度。其中长度比基于III
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V族半导体的波导的长度短的示例通常相对于背反射更稳定。
[0015]基于III
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V族半导体的器件可意指包括一种或多种III
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V族半导体的光有源器件或完全地由III
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V族半导体形成的光有源器件。光耦合可意味着被包含在硅波导内的光可传递到基于III
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V族半导体的波导。
[0016]图案化表面可形成在硅器件层内，该硅器件层可形成腔的床。在此类示例中，硅器件层的区域的一部分可能已经被蚀刻掉，以便提供腔，基于III
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V族半导体的器件位于该腔内。剩余硅器件层可在一个侧面上由位于硅器件层与硅衬底之间的掩埋氧化物层界定。
[0017]图案化表面可形成在硅衬底内，该硅衬底可形成腔的床。在此类示例中，硅器件层的整个区域可能已经被蚀刻掉，掩埋氧化物层的整个区域也是如此，以便提供腔，基于III
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V族半导体的器件位于该腔内。在另一个示例中，在去除硅器件层和掩埋氧化物层之后，多孔硅区域形成在腔中的硅衬底内，并且图案化表面可形成在该多孔硅区域内，基于III
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V族半导体的器件位于该图案化表面上。在此类示例中，多孔硅可用作底包覆层。多孔硅区域可具有比硅衬底低的折射率。折射率可通过改变孔隙率来调谐。
[0018]图案化表面可形成在衬里内，该衬里可衬于腔的床。衬里可在BOX层的顶表面上。衬里可由与硅器件层不同的材料层形成。衬里可由氮化物形成，例如氮化硅。衬里的厚度典型地被选择为使得在SOI波导与III
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V族半导体波导之间的光模耦合效率是最佳的。衬里的典型厚度是250nm+/
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100nm。衬里的折射率是3.2+/
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0.1。氮化硅衬里可称为高折射率氮化硅，并且可仅衬于腔的床。替代地，衬里可直接地与绝缘体上硅腔的硅衬底相邻(当已经至少部分地去除BOX层时)，并且衬里可包括多个层。例如，衬里从底部到顶部可包括3个层，第一层是厚度为180nm+/
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100nm且折射率为2.28+/
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0.05的氮化硅，第二层是厚度为220nm+/
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100nm的普通氧化硅，并且第三层是厚度为250nm+/
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100nm且折射率为3.2+/
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0.1的高折射率氮化硅。第一层和第二层的总厚度可等于或基本上等于BOX层的厚度。图案化表面可仅形成在第三高折射率氮化硅层中，并且第二氧化硅层作为蚀刻停止层。第一层氮化硅沿腔的侧壁向上延伸以用作腔面的抗反射涂层(ARC)层，并且任选地沿器件层的上表面延伸。通过以这种方式提供图案化表面，可更严格地控制图案化表面的厚度，从而带来更高的成品率。
[0019]腔的床的区域可包括中间结构，并且图案化表面可设置在该中间结构上。中间结构可位于绝缘体上硅平台与基于III
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V族半导体的器件之间。中间结构可从腔的床的区域突起，其中图案化表面被包含在远离腔的床的表面中。中间结构可以是结合到腔的床的绝缘体上硅芯片。包含图案化表面的这种中间结构可避免在直接地将腔的表面图案化方面的问题(诸如在形貌方面的挑战)。
[0020]腔的床可由电介质形成，并且图案化表面可形成在电介质内。在此类示例中，硅器本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种光电子器件，所述光电子器件包括：绝缘体上硅平台，所述绝缘体上硅平台包括形成在硅器件层中的硅波导、硅衬底和腔；基于III
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V族半导体的器件，所述基于III
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V族半导体的器件位于所述绝缘体上硅平台的所述腔内并包含光耦合到所述硅波导的基于III
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V族半导体的波导；其中位于所述基于III
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V族半导体的器件与所述衬底之间的所述腔的床的区域包括图案化表面，所述图案化表面被配置为与所述基于III
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V族半导体的器件的所述基于III
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V族半导体的波导内的光信号相互作用。2.如权利要求1所述的光电子器件，其中所述图案化表面形成在所述硅器件层内，所述硅器件层形成所述腔的所述床。3.如权利要求1所述的光电子器件，其中所述图案化表面形成在所述硅衬底内，所述硅衬底形成所述腔的所述床。4.如权利要求1所述的光电子器件，其中所述图案化表面形成在衬里内，所述衬里衬于所述腔的所述床。5.如权利要求4所述的光电子器件，所述衬里是高折射率氮化硅。6.如权利要求4所述的光电子器件，所述衬里包括三个电介质薄膜层，其中第一底层是氮化硅，第二中间层是氧化硅，并且第三顶层是高折射率氮化硅，所述图案化表面形成在所述第三顶层中。7.如权利要求6所述的光电子器件，第一底层氮化硅和所述第二中间层氧化硅的总厚度等于或基本上等于所述绝缘体上硅平台的BOX层的厚度。8.如权利要求5和6所述的光电子器件，所述高折射率氮化硅具有3.2+/
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0.1的折射率和250nm+/
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100nm的厚度。9.如权利要求1所述的光电子器件，其中所述腔的所述床的所述区域包括中间结构，并且其中所述图案化表面设置在所述中间结构上。10.如权利要求9所述的光电子器件，其中所述中间结构从所述腔的所述床的所述区域突起，其中所述图案化表面被包含在远离所述腔的所述床的表面中。11.如权利要求9或10所述的光电子器件，其中所述中间结构是结合到所述腔的所述床的绝缘体上硅芯片。12.如权利要求1和11中任一项所述的光电子器件，所述图案化表面是布拉格光栅。13.如权利要求1所述的光电子器件，其中所述腔的所述床由电介质形成，并且所述图案化表面形成在所述电介质内。14.如权利要求13所述的光电子器件，其中所述电介质是苯并环丁烯。15.如任一前述权利要求所述的光电子器件，所述光电子器件还包括一个或多个加热器，所述一个或多个加热器位于所述腔的所述床内或上，并且被配置为调谐所述光电子器件的工作波长。16.如权利要求15所述的光电子器件，其中所述加热器是所述腔的所述床的掺杂区域。17.如权利要求15所述的光电子器件，其中所述加热器是设置在所述腔的所述床上的金属条。18.如任一前述权利要求所述的光电子器件，其中所述图案化表面是光栅，并且所述光栅和所述基于III
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V族半导体的器件形成分布式反馈或分布式布拉格反射器激光器。
19.如权利要求18所述的光电子器件，其中所述光栅是仅沿所述基于III
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V族半导体的器件部分地延伸的部分光栅。20.如权利要求18或19所述的光电子器件，其中所述图案化表面包括第一光栅和第二光栅区域，所述第一光栅和所述第二光栅区域在所述基于III
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V族半导体的波导的引导方向上由非光栅区域间隔开。21.如权利要求20所述的光电子器件，其中所述第一光栅具有其延伸到所述腔的所述床中的深度，所述深度比所述第二光栅区域的对应深度小。22.如权利要求20或权利要求21所述的光电子器件，其中所述第一光栅与所述硅波导相邻，并且所述第二光栅区域在所述腔的所述床中在所述第一光栅区域的与所述硅波导相对的侧上的位置处。23.如权利要求1至20中任一项所述的光电子器件，其中所述图案化表...

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