光子集成电路及其制造方法、光子计算系统、光子计算芯片技术方案

本发明专利技术涉及半导体领域，其提供了一种光子集成电路及其制造方法、光子计算系统、光子计算芯片。其中，光子集成电路可包括多个定向耦合器，所述多个定向耦合器包括第一定向耦合器、第二定向耦合器，所述第一定向耦合器、所述第二定向耦合器具有不同的分光比例。第一定向耦合器、第二定向耦合器可分别具有金属半导体化合物材料区域，并且金属半导体化合物材料区域的分布对分光比例具有贡献。域的分布对分光比例具有贡献。域的分布对分光比例具有贡献。

【技术实现步骤摘要】
光子集成电路及其制造方法、光子计算系统、光子计算芯片


[0001]本专利技术涉及半导体领域，更为具体而言，涉及光子集成电路及其制造方法、光子计算系统、光子计算芯片。

技术介绍

[0002]在一些场景下，光子集成电路中集成有定向耦合器。定向耦合器是一种可以将光的能量进行分配的光子器件，其通常包括两个波导臂，两个波导臂在耦合区内间隔较近的距离，使得一个波导臂上的光能(光功率)可以耦合到另一波导臂上。定向耦合器一般按照一定的分光比例制造，为了获得不同分光比的定向耦合器，可以通过改变定向耦合器的耦合区中波导臂的长度、间距或者定向耦合器的其它几何特征实现。
[0003]在光子计算技术、光互连技术中，采用光子器件或光子集成电路等作为硬件基础，器件或者光子集成电路的稳定性、能耗以及制造的复杂性、成本等是需要考虑的因素。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了光子集成电路及其制造方法、光子计算系统、光子计算芯片。
[0005]在一个示例性的实施方式中，提供一种光子集成电路，包括：第一定向耦合器，其包括第一臂以及第二臂，所述第一定向耦合器的第一臂以及第二臂分别包括第一波导耦合段以及第二波导耦合段，并且所述第一定向耦合器的第一臂与第二臂的光输出强度不同，其第一臂与第二臂的光输出强度比例为第一分光比例，其中，该第一定向耦合器的第一臂、第二臂的至少一个包括金属半导体化合物材料，该第一定向耦合器的金属半导体化合物材料的分布对第一分光比例分配具有贡献；还包括第二定向耦合器，其包括第一臂以及第二臂，所述第二定向耦合器的第一臂以及第二臂分别包括第一波导耦合段以及第二波导耦合段，所述第二定向耦合器的第一臂与第二臂的光输出强度不同，其第一臂与第二臂的光输出强度比例为第二分光比例，其中，该第二定向耦合器的第一臂、所述第二臂的至少一个包括金属半导体化合物材料，该第二定向耦合器的金属半导体化合物材料的分布对第二分光比例分配具有贡献；其中，第一分光比例与第二分光比例不同。
[0006]在一些实施方式中，所述第一定向耦合器的第一臂包括第一金属半导体化合物层，使得所述第一定向耦合器的第一臂、所述第二臂的至少一个包括金属半导体化合物材料；所述第二定向耦合器的第一臂包括第二金属半导体化合物层，使得所述第二定向耦合器的第一臂、所述第二臂的至少一个包括金属半导体化合物材料。
[0007]在一些实施方式中，所述第一定向耦合器包括波导主体层，所述第一金属半导体化合物层设置于所述第一定向耦合器的第一波导耦合段中的波导主体层的上方和/或侧壁。
[0008]在一些实施方式中，所述第一金属半导体化合物层由金属材料与半导体材料经过热处理而得到。
[0009]在一些实施方式中，所述光子集成电路基于绝缘体上半导体层而形成。
[0010]在一些实施方式中，所述光子集成电路基于绝缘体上硅而形成。
[0011]在一些实施方式中，所述金属半导体化合物材料包括硅或锗中的至少一种半导体元素。
[0012]在一些实施方式中，所述金属半导体化合物材料包括镍、钴、钛、钨、钽、铂、钯和铒中的至少一种金属元素。
[0013]在一个示例性的实施方式中，提供一种光子集成电路的制造方法，所述光子集成电路包括多个定向耦合器，所述多个定向耦合器中的每一个包括第一臂以及第二臂，所述定向耦合器的分光比例为第一臂的出光强度与第二臂的出光强度之比，其中，所述第一臂及第二臂分别包括第一波导耦合段、第二波导耦合段；所述制造方法包括：形成所述多个定向耦合器中的每一个定向耦合器的第一臂的波导主体层以及第二臂的波导主体层；根据分光比例形成金属半导体化合物区域，使得所述第一臂、所述第二臂的至少一个包括金属半导体化合物材料，所述金属半导体化合物材料的分布对分光比例分配具有贡献。
[0014]在一些实施方式中，所述多个定向耦合器包括第一定向耦合器、第二定向耦合器，所述第一定向耦合器、所述第二定向耦合器具有不同的分光比例。
[0015]在一些实施方式中，所述形成金属半导体化合物区域，包括在所述第一定向耦合器的第一波导耦合段中的波导主体层上方和/或侧壁形成第一金属半导体化合物层，以及在所述第二定向耦合器的第一波导耦合段的波导主体层上方和/或侧壁形成第二金属半导体化合物层。
[0016]在一些实施方式中，所述形成金属半导体化合物区域，包括：形成初始波导层，述初始波导层包括半导体材料；形成金属材料层；使得所述初始波导层的所述半导体材料的一部分与所述金属材料层中的金属材料反应，形成所述金属半导体化合物区域；其中，所述波导主体层包括未与所述金属材料层发生反应的初始波导层。
[0017]在一些实施方式中，所述形成金属半导体化合物区域，包括：在所述波导主体层上形成半导体材料层；形成金属材料层；使得所述金属材料层与所述半导体材料层发生反应，形成所述金属半导体化合物区域。
[0018]在一些实施方式中，所述金属半导体化合物材料包括硅或锗中的至少一种半导体元素。
[0019]在一些实施方式中，所述金属半导体化合物材料包括镍、钴、钛、钨、钽、铂、钯和铒中的至少一种金属元素。
[0020]在一些实施方式中，所述金属半导体化合物材料包括硅或锗中的至少一种半导体元素。
[0021]在一些实施方式中，光子集成电路的制造方法，所述金属半导体化合物材料包括镍、钴、钛、钨、钽、铂、钯和铒中的至少一种金属元素。
[0022]在一个示例性的实施方式中，提供一种光子计算系统，其包括光子集成电路，所述光子计算系统包括:光子计算单元，被配置为接收第一多个光信号，所述第一多个光信号对应表示第一组多个数值；所述光子计算单元包括多个权重模块，所述多个权重模块对应表示多个预设数值，每一个所述权重模块对应一个预设数值，每一个所述权重模块包括：光输入部，所述光输入部被配置为接收所述第一多个光信号中的1个光信号，以及至少一个定向耦合器，其中的每一个定向耦合器被设计为实现预设的分光比，以使得所述权重模块对应
一个所述预设数值，并能够用于执行所述光输入部输入的1个光信号对应的1个数值与1个权重模块对应的1个预设数值的乘法运算；其中，所述多个权重模块包括第一权重模块以及第二权重模块，所述第一权重模块中的所述至少一个定向耦合器包括所述第一定向耦合器，所述第二权重模块中的所述至少一个定向耦合器包括所述第二定向耦合器。
[0023]在一些实施方式中，根据所述权重模块对应的所述预设数值，所述至少一个定向耦合器在制造阶段被配置，使其具有与权重模块预设数值相关联的分光比。
[0024]在一些实施方式中，所述光子计算单元包括一个或多个求和模块，并且对于两个或更多个权重模块的输出，相应的一个求和模块被配置以产生电信号，所述电信号表示两个或更多个权重模块对应的乘法运算结果的总和。
[0025]在一些实施方式中，提供一种光子计算芯片，包括光子集成电路。
[0026]在一些实施方式中，所述第一定向耦合器的第一分光比例与第一数值相关联，所述第二定向耦合器的第二分光比本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光子集成电路，包括：第一定向耦合器，其包括第一臂以及第二臂，所述第一定向耦合器的第一臂以及第二臂分别包括第一波导耦合段以及第二波导耦合段，并且所述第一定向耦合器的第一臂与第二臂的光输出强度不同，其第一臂与第二臂的光输出强度比例为第一分光比例，其中，该第一定向耦合器的第一臂、第二臂的至少一个包括金属半导体化合物材料，该第一定向耦合器的金属半导体化合物材料的分布对第一分光比例分配具有贡献；第二定向耦合器，其包括第一臂以及第二臂，所述第二定向耦合器的第一臂以及第二臂分别包括第一波导耦合段以及第二波导耦合段，所述第二定向耦合器的第一臂与第二臂的光输出强度不同，其第一臂与第二臂的光输出强度比例为第二分光比例，其中，该第二定向耦合器的第一臂、所述第二臂的至少一个包括金属半导体化合物材料，该第二定向耦合器的金属半导体化合物材料的分布对第二分光比例分配具有贡献；其中，第一分光比例与第二分光比例不同。2.如权利要求1所述的光子集成电路，其中，所述第一定向耦合器的第一臂包括第一金属半导体化合物层，使得所述第一定向耦合器的第一臂、所述第二臂的至少一个包括金属半导体化合物材料；所述第二定向耦合器的第一臂包括第二金属半导体化合物层，使得所述第二定向耦合器的第一臂、所述第二臂的至少一个包括金属半导体化合物材料。3.如权利要求2所述的光子集成电路，所述第一定向耦合器包括波导主体层，所述第一金属半导体化合物层设置于所述第一定向耦合器的第一波导耦合段中的波导主体层的上方和/或侧壁。4.如权利要求3所述的光子集成电路，其中，所述第一金属半导体化合物层由金属材料与半导体材料经过热处理而得到。5.如权利要求3或4中任意一项所述的光子集成电路，其中，所述光子集成电路基于绝缘体上半导体层而形成。6.如权利要求5所述的光子集成电路，其中，所述光子集成电路基于绝缘体上硅而形成。7.如权利要求5所述的光子集成电路，其中，所述金属半导体化合物材料包括硅或锗中的至少一种半导体元素。8.如权利要求7所述的光子集成电路，其中，所述金属半导体化合物材料包括镍、钴、钛、钨、钽、铂、钯和铒中的至少一种金属元素。9.一种光子集成电路的制造方法，所述光子集成电路包括多个定向耦合器，所述多个定向耦合器中的每一个包括第一臂以及第二臂，所述定向耦合器的分光比例为第一臂的出光强度与第二臂的出光强度之比，其中，所述第一臂及第二臂分别包括第一波导耦合段、第二波导耦合段；所述制造方法包括：形成所述多个定向耦合器中的每一个定向耦合器的第一臂的波导主体层以及第二臂的波导主体层；根据分光比例形成金属半导体化合物区域，使得所述第一臂、所述第二臂的至少一个包括金属半导体化合物材料，所述金属半导体化合物材料的分布对分光比例分配具有贡
献。10.如权利要求9所述的光子集成电路的制造方法，所述多个定向耦合器包括第一定向耦合器、第二定向耦合器，所述第一定向耦合器、所述第二定向耦合器具有不同的分光比例。11.如权利要求10所述的光子集成电路的制造方法，所述形成金属半导体化合物区域，包括在所述第一定向耦合器的第一波导耦合段中的波导主体层上方和/或侧壁形成第一金属半导体化合物层，以及在所述第二定向耦合器的第一波导耦合段的波导主体层上方和/或侧壁形成第二金属半导体化合物层。12.如权利要求10或11所述的光子集成电路的制造方法，所述形成金属半导体化合物区域，包括：形成初始波导层，述初始波导层包括半导体材料；形成金属材料层；使得所述初始波导层的所述半导体材料的一部分与所述金属材料层中的金属材料反应，形成所述金属半导体化合物区域；其中，所述波导主体层包括未与所述金属材料层发生反应的初始波导层。13.如权利要求10或11所述的光子集成电路的制造方法，所述形成金属半导体化合物区域，包括：在所述波导主体层上形...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭博，邹静慧，孟怀宇，沈亦晨，
申请(专利权)人：上海曦智科技有限公司，
类型：发明
国别省市：