[发明专利]包括波导材料的集成光子器件

说明书

相关申请的交叉参考

本申请要求2015年1月5日提交的名为“INTEGRATED PHOTONICS PROCESS ON SOI WAFER”的美国临时专利申请No. 62/099,848的优先权，其全部内容通过参考合并于此。2016年1月4 日提交的名为“INTEGRATED PHOTONICS INCLUDING GERMANIUM”的美国专利申请No.14/987,693(代理人案号No. 2835.140A)的优先权，其全部内容通过参考合并于此。2016年1月4 日提交的名为“INTEGRATED PHOTONICS INCLUDING WAVEGUIDING MATERIAL”的美国专利申请No.14/987,710(代理人案号No.2835.140B)的优先权，其全部内容通过参考合并于此。

政府权利声明

本发明根据许可合同号HR0011-12-2-0007受美国国防高级研究计划局(DARPA)的政府支持。美国政府可拥有本发明的某些权利。

技术领域

本公开总体涉及光子器件，尤其涉及光子器件结构及制造过程。

背景技术

商用光子器件集成电路是在晶片(例如体硅或绝缘体上硅晶片) 上制造的。

在一个方面，光子器件集成电路可包括波导，用于在光子器件集成电路芯片的不同区域之间以及在芯片内外传输光信号。商用波导具有矩形或脊形的几何形状，是在硅(单晶或多晶)或氮化硅中制造的。

商用光子器件集成电路可包括光电检测器和其它光学部件。光子器件集成电路依赖于通信波段(约1.3μm至1.55μm)中的光的发射、调制和检测。锗中的带隙吸收边缘接近1.58μm。已经发现，锗对于使用1.3μm和1.55μm载波波长的光电子应用提供足够的光响应。

发明内容

克服了现有技术的缺点，并通过在一个方面提供光子器件结构来提供附加的优点。

光子器件结构在一个方面可包括通过将适合于传播光能的波导材料图案化所形成的一个或多个波导。这种波导材料可包括硅(单晶、多晶或非晶)或氮化硅的一种或多种。

通过本公开的技术实现附加的特征和优点。

附图说明

在说明书的结尾，在权利要求中作为示例特别指出并明确主张本公开的一个或多个方面。根据以下结合附图的详细描述，本公开的前述和其它目的、特征和优点显而易见，其中：

图1是为了制造光子器件结构而预制的晶片的剖视图；

图2是在中间制造阶段使用第一组硬掩模材料将多个示例性脊形类型的波导图案化之后的光子器件结构的剖视图；

图3是在中间制造阶段使用第二组硬掩模材料形成波导(矩形和脊形)的多个示例性几何形状之后的光子器件结构的剖视图；

图4是在中间制造阶段去除硬掩模/软掩模材料并使用低温氧化物进行沉积、平坦化和封装之后的光子器件结构的剖视图；

图5是在多个高度形成多个几何形状的波导的示例性光子器件结构的剖视图；

图6是在第一波导层上沉积第二波导层之后的光子器件结构的剖视图；

图7是在中间制造阶段进行平坦化和表面平滑化之后的光子器件结构的剖视图；

图8是在中间制造阶段进行波导图案化和侧壁粗糙度处理之后的光子器件结构的剖视图；

图9是在中间制造阶段在第二波导层上沉积第三波导之后的光子器件结构的剖视图；

图10是在中间制造阶段进行波导层平坦化和平滑化、从第二波导材料形成的层开始波导的图案化、侧壁粗糙度处理、以及使用低温氧化物进行沉积、平坦化和封装之后的光子器件结构的剖视图；

图11是在中间制造阶段波导材料层(例如非晶或多晶硅)形成和平坦化之后的光子器件结构的剖视图；

图12是在中间制造阶段波导材料形成的层的图案化和侧壁粗糙处理之后的光子器件结构的剖视图；

图13是示出用于光电检测器的光子器件结构的制造方法的流程图；

图14是在中间制造阶段在晶体硅中的波导构件之上的平坦化氧化物中形成检测器沟槽之后的光子器件结构；

图15是在中间制造阶段进行选择性外延生长和原位退火的循环以形成过度填充沟槽的低缺陷计数单晶锗形成物的光子器件结构；