[发明专利]集成滤光器和光电检测器及其制造方法

说明书

根据本公开，本文描述了集成滤光器和光电检测器及其制造方法。本文描述的集成滤光器和光电检测器的示例包括衬底、所述衬底上的绝缘体层、以及所述绝缘体层上的半导体层。在所述半导体层中或所述半导体层上形成具有谐振腔的滤光器。所述集成滤光器和光电检测器进一步包括在所述半导体层上形成肖特基势垒的两个第一金属指状物、和第二金属指状物，所述第二金属指状物交错位于所述两个第一金属指状物之间。所述第一金属指状物由相对于所述第二金属指状物不同的金属构建。

政府权利声明

本发明是在协议号H98230-19-3-0002的政府支持下完成的。政府对本发明享有一定的权利。

背景技术

光电子通信(例如，使用光信号来传输电子数据)至少部分地作为应用(诸如高性能计算系统、大容量数据存储服务器和网络设备)中对高带宽、高质量且低功耗数据传递的日益增长的需求的潜在解决方案而变得越来越普遍。光电子系统或设备(诸如光子集成电路(PIC))具有多个电子部件、光学部件和光电子部件，其可以用于转换、传输或处理光信号或电子数据。例如，滤光器可以用于分离或过滤(例如，解复用)复合或多波长光信号的各个波长。然后，光电检测器可以用于检测每个单独波长上的光信号并将这些光信号转换成电信号。本文描述了能够过滤、检测和转换光信号的改进的集成滤光器和光电检测器及其制造方法。

附图说明

在以下详细描述中参照附图描述了某些示例，在附图中：

图1A图示了根据本公开的实施方式的集成滤光器和光电检测器的示例的俯视图；

图1B图示了图1A的集成滤光器和光电检测器的一部分的截面视图；

图1C图示了根据本公开的实施方式的耦接到接地-信号-接地(GSG)焊盘的、图1A的集成滤光器和光电检测器的示意图；

图2A图示了根据本公开的实施方式的如本文所述的具有反向偏置的Si基肖特基光电检测器的带结构图；

图2B和图2C分别图示了根据本公开的实施方式的图1A和图2A的集成滤光器和光电检测器的闭环硅波导内的有限光学模式，该闭环硅波导由半导体层上的铜金属指状物和铂金属指状物包围；以及

图3示意性地图示了根据本公开的实施方式的如本文所述的光学系统，该光学系统具有光接收器，该光接收器包括集成滤光器和光电检测器的阵列。

具体实施方式

光子集成电路(PIC)、特别是硅(Si)光子学技术由于其能够克服传统电子系统的数据密度限制，作为低成本、高速光互连和数据传输的平台，已经引起了越来越多的关注。Si光子学的重要应用是在高速、低能量波分复用(WDM)或密集波分复用(DWDM)光链路的背景下，可以用于数据中心和高性能计算机(HPC)。

WDM或DWDM光链路或系统包括光接收器。典型地，光接收器通常包括多个滤光器和分开的对应光电检测器，这取决于所需的光通道数量(例如，四通道光链路包括四个滤光器，以选择或过滤要传递给四个对应光电检测器的四个特定波长)。每个滤光器耦接到接收器的输入波导，以从通过输入波导传播的多波长光信号中过滤对应波长的光。然后，每个滤光器将过滤出的对应波长的光提供给对应光电检测器，以便经由与输入波导分开的对应波导将该过滤出的对应波长的光转换成电信号(例如，用于进一步处理)。因此，这导致部件数量增加，这就需要增加空间以及这种光链路的复杂性。

另外，由于Si光子学平台中的Si的宽带隙(例如，约～1.12eV)，可能需要锗(Ge)的异构整合以在某些Si光子学平台上进行电信波长(例如，1310nm或1550nm)的光电检测，从而增加了工艺时间和复杂性以及制造成本。例如，硅光子学平台上的一些传统的光电检测器基于Si-Ge异质结(例如，Ge吸收层，其可能需要在这种平台的绝缘体上Si(SOI)晶片上进行选择性外延生长)。这种Ge外延生长可能会采取几个额外的步骤，这增加了工艺复杂性、时间和成本。