[發(fā)明專利]光子集成電路

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711196284.6
• 申請日: 2017-11-25
• 公開（公告）號: CN108345063B
• 公開（公告）日: 2020-08-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 湯姆·柯林斯
• 申請（專利權(quán)）人: 華為技術(shù)有限公司
• 主分類號: G02B6/12
• 分類號: G02B6/12
• 代理公司: 廣州三環(huán)專利商標(biāo)代理有限公司 44202
• 代理人: 郝傳鑫;熊永強(qiáng)

一種光子集成電路，其包含襯底和無源層，所述無源層形成于所述襯底上并包括無源光子設(shè)備。所述電路還包含III?V族材料層。所述III?V族材料層布置在所述無源層的凹槽中，并包括有源光子設(shè)備。所述III?V族材料層配置成使得光能夠在所述無源光子設(shè)備與所述有源光子設(shè)備之間傳遞。此光子集成電路提供了由III?V族材料以易于平面化的布置形成的有源設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)，使得所述有源設(shè)備與電子組件之間能夠緊密集成。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種光子集成電路(photonic integrated circuit，PIC)。

背景技術(shù)

集成電路(Integrated circuit，IC)可在硅(silicon，Si)或硅基襯底或晶片等襯底上單片制造。可在襯底上沉積多個層以構(gòu)建期望的結(jié)構(gòu)。由于能夠提供相比可替代品更可觀的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)優(yōu)勢，硅基材料廣泛用于電子集成電路(electronic integratedcircuit，EIC)。硅基材料適用于建造噪音小且具有高速電氣性能的三維結(jié)構(gòu)。

數(shù)據(jù)通信的快速增長已引起光子集成電路(photonic integrated circuit，PIC)的發(fā)展：用于使用光信號而不是電信號運(yùn)行的集成電路。與它們的電等效物相比，光信號能夠提高速度并提供更多帶寬。硅提供寬帶紅外透明度，這使其成為建造光子集成電路的選擇。然而，盡管硅的透明度使其適合于建造波導(dǎo)等無源光子組件，且硅能夠用于建造如調(diào)制器和檢測器之類的有源設(shè)備，但硅基有源設(shè)備的性能通常比由III-V族材料制造的有源設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)的性能差。

有可能使用III-V晶片(例如InP或GaAs)來形成單片集成的光子集成電路。然而，與硅基替代方案相比，這種方法太昂貴。與硅錠相比，III-V錠(以及從這些錠上切下來的晶片)在大小上更受限制。因此，與處理硅基材料時的半導(dǎo)體區(qū)域相比，處理III-V族材料時的半導(dǎo)體區(qū)域更少。這導(dǎo)致在嘗試大量生產(chǎn)III-V設(shè)備時成本增加。

將III-V層集成到硅片上的方法已為人所熟知。但迄今為止所使用的技術(shù)會在III-V族材料區(qū)域形成非平面表面。這使得難以緊密集成與有源設(shè)備相關(guān)聯(lián)的電子設(shè)備。通常，電子設(shè)備與光子設(shè)備的緊密集成所帶來的優(yōu)點(diǎn)僅能使用硅光子技術(shù)實現(xiàn)，在所述技術(shù)中，以硅制造調(diào)制器和檢測器。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種改進(jìn)的光子集成電路，以及用于實現(xiàn)生產(chǎn)這種電路的機(jī)制。

前述和其它目標(biāo)通過獨(dú)立權(quán)利要求的特征實現(xiàn)。另外的實施形式從附屬權(quán)利要求、描述以及圖式中顯而易見。

根據(jù)第一方面，提供了一種光子集成電路，其包含襯底和無源層，所述無源層形成于所述襯底上并包括無源光子設(shè)備。所述電路還包含III-V族材料層。所述III-V族材料層布置在所述無源層的凹槽中，并包括有源光子設(shè)備。所述III-V族材料層配置成使得光能夠在所述無源光子設(shè)備與所述有源光子設(shè)備之間傳遞。此光子集成電路提供了由III-V族材料以易于平面化的布置形成的有源設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)，使得所述有源設(shè)備與電組件之間能夠緊密集成。

所述光子集成電路可包括與所述III-V族材料層相接觸的電重布線層。所述電重布線層可具有基本平坦表面，以便于所述有源光子設(shè)備與電子集成電路的緊密集成。所述基本平坦表面允許將所述電子集成電路直接置于所述III-V族材料上方或緊靠所述III-V族材料，使得電子芯片接口(焊盤)與由所述III-V族材料形成的有源設(shè)備之間的距離可小于40μm。

這種緊密鄰近減少了寄生電容，從而潛在地使這兩種電路能夠以更低的功耗更快地運(yùn)行。

通過光柵耦合器、倏逝波耦合、對接耦合以及絕熱耦合之一實現(xiàn)光在所述無源光子設(shè)備與所述有源光子設(shè)備之間的傳遞。這些布置中的任何布置若適當(dāng)設(shè)計均能實現(xiàn)所述有源與無源設(shè)備之間的有效耦合。

所述III-V族材料層的厚度可在1μm至5μm之間。這種厚度提供了允許所述III-V族材料層有效轉(zhuǎn)印至所述集成電路的足夠結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，同時足夠薄以允許易于平面化。