【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及半导体光电集成，尤其涉及一种硅-锆钛酸铅异质光电融合单片集成系统。
技术介绍
1、随着5g应用、互联网、物联网、人工智能等高速通信应用需求的快速爆发，传统电互连技术无法满足大流量通信在带宽、集成度和功耗等方面的需求，近年来，光子技术的突破表现出了高带宽、高集成度、低功耗、低延时的优势，片上光互连和光电集成技术的发展成为高速通信发展的重要解决方案。
2、在互补金属氧化物半导体兼容（cmos）的工艺平台上，硅光子器件具备高集成度优势，并且可以和电学器件实现同平台共衬底单片互连集成，成为近年来前沿热门技术。然而，硅材料不具备高效的线性电光效应，因而需要采用载流子掺杂实现等离子体色散调制，受到载流子迁移速率和结电容等固有限制，无法实现高带宽的电光调制器，当前阶段实用型的硅基耗尽型马赫-曾德尔电光调制器带宽一般为30-50ghz，成为进一步提升系统带宽的技术瓶颈。
3、因此，如何解决无法进一步提升光电集成系统带宽的技术问题，实现cmos兼容的光电融合单片集成系统，是一项极富挑战性的工作。
技术实现思路
1、鉴于上述问题，本专利技术提供了一种硅-锆钛酸铅异质光电融合单片集成系统，以解决无法进一步提升光电集成系统带宽的问题。
2、本专利技术提供了一种硅-锆钛酸铅异质光电融合单片集成系统，包括：硅-锆钛酸铅晶圆和光电集成系统链路，硅-锆钛酸铅晶圆包括硅衬底、二氧化硅埋氧层、硅薄膜层、二氧化硅包埋层和锆钛酸铅薄膜层，所述硅衬底、二氧化硅埋氧层、硅薄膜
3、可选地，所述二氧化硅包埋层上表面设有金属层，所述二氧化硅包埋层内设有金属波导连接层；所述金属层平行于所述锆钛酸铅薄膜层；所述金属波导连接层垂直于所述金属层；所述电路器件与所述第一光路器件、所述电路器件与所述第二光路器件通过所述金属层与所述金属波导连接层连接。
4、可选地，所述第一光路器件包括第一无源光波导器件和锗硅探测器，所述第一无源光波导器件为刻蚀所述硅薄膜层形成的器件，所述锗硅探测器为所述硅薄膜层上外延金属锗形成的器件。
5、可选地，所述第二光路器件包括第二无源光波导器件和电光调制器，所述第二无源光波导器件为刻蚀所述锆钛酸铅薄膜层形成的器件，所述电光调制器为所述锆钛酸铅薄膜层上外延形成的器件。
6、可选地，所述第一无源光波导器件与所述第二无源光波导器件在与所述硅衬底平行的投影面存在部分重叠区域，所述重叠区域之间形成耦合结构。
7、可选地，所述第一无源光波导器件与所述第二无源光波导器件形成所述耦合结构的一端的宽度小于形成所述耦合结构的相对一端的宽度，在相对延伸方向上均为倒锥形结构。
8、可选地，所述第二无源光波导器件的宽度大于所述第一无源光波导器件的宽度。
9、可选地，所述硅薄膜层包括第一区域硅薄膜层和第二区域硅薄膜层，所述第一区域硅薄膜层的厚度大于所述第二区域硅薄膜层的厚度，所述第一光路器件设于所述第一区域硅薄膜层上，所述电路器件设于所述第二区域硅薄膜层上。
10、可选地，所述第一区域硅薄膜层的厚度为210nm~230nm，所述第二区域硅薄膜层的厚度为80nm~100nm。
11、可选地，所述锆钛酸铅薄膜层的厚度为200nm~500nm。
12、在本专利技术实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：
13、1、本专利技术提供的硅-锆钛酸铅晶圆作为集成工艺平台，将锆钛酸铅材料作为异质材料集成到soi晶圆体系中，实现cmos兼容的光电融合单片集成系统，基于硅基的光电融合集成片晶圆平台以及高速锆钛酸铅晶圆平台都具备切实可行性，因此通过在硅基平台上异质集成锆钛酸铅材料实现硅-锆钛酸铅异质光电融合单片集成系统具备商业化应用基础和前景；
14、2、本专利技术提供的硅-锆钛酸铅异质光电融合单片集成系统能够实现高速有源光子器件、低损耗无源光波导器件的光学元件和高性能晶体管、高品质射频无源器件的微电子元件的同平台共衬底集成，由于锆钛酸铅材料属于钙钛矿型晶体，拥有明显的线性电光效应，pockels系数大于100pm/v，超铌酸锂电光材料的三倍多，可用于单通道200gbps的信号传输，因此本专利技术在通信应用层面可以突破现有硅基等离子体色散调制器件的带宽受限问题，适用于下一代高带宽大容量通信应用需求，同时也能成为支撑传感、计算和激光雷达等光电集成应用领域的重要研发平台。
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1.一种硅-锆钛酸铅异质光电融合单片集成系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的硅-锆钛酸铅异质光电融合单片集成系统，其特征在于，所述二氧化硅包埋层（4）上表面设有金属层（6），所述二氧化硅包埋层（4）内设有金属波导连接层（7）；
3.根据权利要求1所述的硅-锆钛酸铅异质光电融合单片集成系统，其特征在于，所述第一光路器件包括第一无源光波导器件（8）和锗硅探测器，所述第一无源光波导器件（8）为刻蚀所述硅薄膜层（3）形成的器件，所述锗硅探测器为所述硅薄膜层（3）上外延金属锗形成的器件。
4.根据权利要求3所述的硅-锆钛酸铅异质光电融合单片集成系统，其特征在于，所述第二光路器件包括第二无源光波导器件（9）和电光调制器，所述第二无源光波导器件（9）为刻蚀所述锆钛酸铅薄膜层（5）形成的器件，所述电光调制器为所述锆钛酸铅薄膜层（5）上外延形成的器件。
5.根据权利要求4所述的硅-锆钛酸铅异质光电融合单片集成系统，其特征在于，所述第一无源光波导器件（8）与所述第二无源光波导器件（9）在与所述硅衬底（1）平行的投影面存在部分重叠区域，所述
6.根据权利要求5所述的硅-锆钛酸铅异质光电融合单片集成系统，其特征在于，所述第一无源光波导器件（8）与所述第二无源光波导器件（9）形成所述耦合结构的一端的宽度小于形成所述耦合结构的相对一端的宽度，在相对延伸方向上均为倒锥形结构。
7.根据权利要求6所述的硅-锆钛酸铅异质光电融合单片集成系统，其特征在于，所述第二无源光波导器件（9）的宽度大于所述第一无源光波导器件（8）的宽度。
8.根据权利要求1所述的硅-锆钛酸铅异质光电融合单片集成系统，其特征在于，所述硅薄膜层（3）包括第一区域硅薄膜层（31）和第二区域硅薄膜层（32），所述第一区域硅薄膜层（31）的厚度大于所述第二区域硅薄膜层（32）的厚度，所述第一光路器件设于所述第一区域硅薄膜层（31）上，所述电路器件设于所述第二区域硅薄膜层（32）上。
9.根据权利要求8所述的硅-锆钛酸铅异质光电融合单片集成系统，其特征在于，所述第一区域硅薄膜层（31）的厚度为210nm~230nm，所述第二区域硅薄膜层（32）的厚度为80nm~100nm。
10.根据权利要求1所述的硅-锆钛酸铅异质光电融合单片集成系统，其特征在于，所述锆钛酸铅薄膜层（5）的厚度为200nm~500nm。
...【技术特征摘要】
1.一种硅-锆钛酸铅异质光电融合单片集成系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的硅-锆钛酸铅异质光电融合单片集成系统，其特征在于，所述二氧化硅包埋层（4）上表面设有金属层（6），所述二氧化硅包埋层（4）内设有金属波导连接层（7）；
3.根据权利要求1所述的硅-锆钛酸铅异质光电融合单片集成系统，其特征在于，所述第一光路器件包括第一无源光波导器件（8）和锗硅探测器，所述第一无源光波导器件（8）为刻蚀所述硅薄膜层（3）形成的器件，所述锗硅探测器为所述硅薄膜层（3）上外延金属锗形成的器件。
4.根据权利要求3所述的硅-锆钛酸铅异质光电融合单片集成系统，其特征在于，所述第二光路器件包括第二无源光波导器件（9）和电光调制器，所述第二无源光波导器件（9）为刻蚀所述锆钛酸铅薄膜层（5）形成的器件，所述电光调制器为所述锆钛酸铅薄膜层（5）上外延形成的器件。
5.根据权利要求4所述的硅-锆钛酸铅异质光电融合单片集成系统，其特征在于，所述第一无源光波导器件（8）与所述第二无源光波导器件（9）在与所述硅衬底（1）平行的投影面存在部分重叠区域，所述重叠区域之间形成耦合结构。
6.根据权利要求5所述的...
【专利技术属性】
技术研发人员：李明，谢毓俊，杨梦涵，李昂，屈扬，王道发，金烨，李伟，祝宁华，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：
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