[發明專利]提供波導及消散場耦合光子檢測器的方法及設備

在審

• 申請號: 201380020795.6
• 申請日: 2013-04-09
• 公開（公告）號: CN104380164A
• 公開（公告）日: 2015-02-25
• 發明（設計）人: 羅伊·米迪
• 申請（專利權）人: 美光科技公司
• 主分類號: G02B6/42
• 分類號: G02B6/42
• 代理公司: 北京律盟知識產權代理有限責任公司 11287
• 代理人: 沈錦華

技術領域

本文中所揭示的實施例一般來說涉及電子裝置(例如，半導體裝置)的領域，且更特定來說涉及電子-光子裝置。

背景技術

光學傳輸可用作單獨集成電路芯片之間(芯片間連接)及同一芯片上的組件內(芯片內連接)的通信手段。電子-光子裝置(也稱為光電子裝置)為一類能夠提供、控制及/或檢測光的電子裝置。電子-光子裝置包含電子功能及光子功能兩者。響應于例如半導體裝置的電子裝置的更苛刻的通信帶寬、能量消耗及性能標準，電子裝置越來越多地與光學電路/電氣電路集成以形成稱作電子-光子集成電路的類型的電子-光子裝置。

舉例來說，在半導體工業中，光子裝置具有各種應用，包含芯片內、計算機板的芯片之間及計算機板之間的通信。在經由光學互連件的芯片對芯片通信中，可將電路板上的每一芯片與光子-電子發射器-接收器電路介接，其中兩個芯片經由光學波導可操作地連接。同樣地，可使用光學波導來連接芯片內的組件，例如在集成光學源與光子檢測器之間。電子-光子裝置的另一益處是，可使用現有制造工藝(例如互補金屬氧化物半導體(CMOS)半導體制造工藝)在相同或不同襯底上同時形成執行純光學功能、純電功能及光電子功能的元件。

圖1圖解說明常規電子-光子裝置100的一個實例的框圖。電子-光子裝置100可用于可操作地連接單個芯片或襯底上的元件(例如集成電路)或單獨襯底上的裝置。

電子-光子裝置100包含經配置以產生光學束的光源120。舉例來說，光源120可為相干光源，例如激光器(例如混合硅激光器或砷化鎵激光器)、相干發光二極管(LED)、超發光二極管或此項技術中已知的其它適當光源。相干光源為通常具有為一致且同相的窄波長帶的光源。光源120可經配置以輸出具有在大約1,200nm到1,550nm的范圍內的波長的光學束。

光學波導130將光源120的光學束連接到調制器140(例如具有PIN結的光學環形諧振器)。調制器140用所接收的電數據145調制所接收的光束且沿著另一波導150輸出經調制光學數據。調制器140也能夠在不進行調制的情形下使光學束通過，例如當所述光學束已由同一電子-光子系統中的另一調制器140調制時。

光子檢測器160包含經配置以接收及收集經調制光學束的半導體材料162(例如，鍺(Ge)、硅鍺(SiGe)、砷化銦鎵(InGaAs)、磷酸銦(InP)或其它適當材料)。將電響應發射到一或多個電極164，電極164在接收到經調制光學數據的波長的能量之后即刻產生電響應并為所接收的光學數據提供外部電連接。

圖2A及2B分別展示光學波導150a、150b的兩個實例的橫截面圖。光學波導150a、150b兩者包含相應內芯152a、152b以及外包層154a、154b。

光學波導150a(圖2A)為橢圓形狀的光學波導。光學波導150a代表可形成為光纖(例如單模或多模光纖)或與其它光子裝置(例如，光源120、光子檢測器160等)形成到其的襯底或芯片分離的其它元件的波導。舉例來說，外芯154a可為二氧化硅(SiO₂)材料。舉例來說，內芯152a可為摻雜有雜質(例如GeO₂)的硅(Si)材料(例如SiO₂)且與外包層154a相比通常具有極小尺寸。舉例來說，內芯152a可具有大約9μm的半徑，而外包層154a可具有大約125μm的半徑。

光學波導150b(圖2B)為矩形形狀的波導。光學波導150b代表可使用光刻處理形成于半導體(例如硅襯底、絕緣體上硅(SOI)襯底或印刷電路板(PCB))上的集成光學波導。舉例來說，形成于充當外包層154b的Si0₂襯底上的集成光學波導150b可具有由(舉例來說)硅(Si)材料形成的矩形內芯152b。內芯152b可具有大約300nm的直徑，而外包層154b為其上形成光學波導150b的較大襯底的部分且可具有大約1μm或可能大得多的直徑。