[发明专利]提供波导及消散场耦合光子检测器的方法及设备

说明书

技术领域

本文中所揭示的实施例一般来说涉及电子装置(例如，半导体装置)的领域，且更特定来说涉及电子-光子装置。

背景技术

光学传输可用作单独集成电路芯片之间(芯片间连接)及同一芯片上的组件内(芯片内连接)的通信手段。电子-光子装置(也称为光电子装置)为一类能够提供、控制及/或检测光的电子装置。电子-光子装置包含电子功能及光子功能两者。响应于例如半导体装置的电子装置的更苛刻的通信带宽、能量消耗及性能标准，电子装置越来越多地与光学电路/电气电路集成以形成称作电子-光子集成电路的类型的电子-光子装置。

举例来说，在半导体工业中，光子装置具有各种应用，包含芯片内、计算机板的芯片之间及计算机板之间的通信。在经由光学互连件的芯片对芯片通信中，可将电路板上的每一芯片与光子-电子发射器-接收器电路介接，其中两个芯片经由光学波导可操作地连接。同样地，可使用光学波导来连接芯片内的组件，例如在集成光学源与光子检测器之间。电子-光子装置的另一益处是，可使用现有制造工艺(例如互补金属氧化物半导体(CMOS)半导体制造工艺)在相同或不同衬底上同时形成执行纯光学功能、纯电功能及光电子功能的元件。

图1图解说明常规电子-光子装置100的一个实例的框图。电子-光子装置100可用于可操作地连接单个芯片或衬底上的元件(例如集成电路)或单独衬底上的装置。

电子-光子装置100包含经配置以产生光学束的光源120。举例来说，光源120可为相干光源，例如激光器(例如混合硅激光器或砷化镓激光器)、相干发光二极管(LED)、超发光二极管或此项技术中已知的其它适当光源。相干光源为通常具有为一致且同相的窄波长带的光源。光源120可经配置以输出具有在大约1,200nm到1,550nm的范围内的波长的光学束。

光学波导130将光源120的光学束连接到调制器140(例如具有PIN结的光学环形谐振器)。调制器140用所接收的电数据145调制所接收的光束且沿着另一波导150输出经调制光学数据。调制器140也能够在不进行调制的情形下使光学束通过，例如当所述光学束已由同一电子-光子系统中的另一调制器140调制时。

光子检测器160包含经配置以接收及收集经调制光学束的半导体材料162(例如，锗(Ge)、硅锗(SiGe)、砷化铟镓(InGaAs)、磷酸铟(InP)或其它适当材料)。将电响应发射到一或多个电极164，电极164在接收到经调制光学数据的波长的能量之后即刻产生电响应并为所接收的光学数据提供外部电连接。

图2A及2B分别展示光学波导150a、150b的两个实例的横截面图。光学波导150a、150b两者包含相应内芯152a、152b以及外包层154a、154b。

光学波导150a(图2A)为椭圆形状的光学波导。光学波导150a代表可形成为光纤(例如单模或多模光纤)或与其它光子装置(例如，光源120、光子检测器160等)形成到其的衬底或芯片分离的其它元件的波导。举例来说，外芯154a可为二氧化硅(SiO₂)材料。举例来说，内芯152a可为掺杂有杂质(例如GeO₂)的硅(Si)材料(例如SiO₂)且与外包层154a相比通常具有极小尺寸。举例来说，内芯152a可具有大约9μm的半径，而外包层154a可具有大约125μm的半径。

光学波导150b(图2B)为矩形形状的波导。光学波导150b代表可使用光刻处理形成于半导体(例如硅衬底、绝缘体上硅(SOI)衬底或印刷电路板(PCB))上的集成光学波导。举例来说，形成于充当外包层154b的Si0₂衬底上的集成光学波导150b可具有由(举例来说)硅(Si)材料形成的矩形内芯152b。内芯152b可具有大约300nm的直径，而外包层154b为其上形成光学波导150b的较大衬底的部分且可具有大约1μm或可能大得多的直径。