包括光波导的混合式光学装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本公开的实施例总体涉及光学设备领域。更具体而言，本公开的实施例涉及具有可以包括抗谐振光波导的异质集成的混合式激光器、放大器和/或混合式光电探测器的装置。
【背景技术】
[0002]半导体混合式光学装置(诸如，激光器、放大器或光电检测器)可以由具有发光和吸收电光特性的II1-V族半导体材料制成。光学装置可以由两个组件组成，即生成或吸收光的II1-V有源区以及承载光的硅波导。
[0003]可以通过波导尺寸来控制一些光学装置的光学模式。一般而言，光学模式与光学装置的II1-V区高度重叠是期望的。然而，将光学模式推到II1-V区中有时可能导致光学模式泄漏和/或光学模式放宽。
【附图说明】
[0004]在附图中将以示例实施例的方式而非限制的方式来描述本公开的实施例，在附图中，同样的标号表示类似的元件，并且在附图中:
[0005]图1阐释根据一些实施例的包括抗谐振波导的混合式光学装置的横截面图；
[0006]图2阐释根据一些实施例的示例混合式光学装置的俯视图；
[0007]图3是根据一些实施例的另一示例混合式光学装置的俯视图；
[0008]图4和图5阐释根据一些实施例的示例混合式光学装置的俯视图；
[0009]图6是根据本文中描述的各种实施例的、与用于制造混合式光学装置的方法相关联的操作中的一些操作的工艺流程图；以及
[0010]图7是根据本公开的一些实施例的、合并了本文中描述的混合式光学装置中的一个或多个的系统的框图。
【具体实施方式】
[0011]本文中描述的内容包括:具有抗谐振光波导的混合式光学装置的实施例、包括具有光波导的混合式光学装置的系统的实施例以及用于形成包括光波导的混合式光学装置的方法的实施例。
[0012]在下列【具体实施方式】中，参考了附图，附图形成【具体实施方式】的一部分，其中，遍及此部分，相同的标号表示相同的部分，并且其中，通过说明性实施例来示出，在说明性实施例中，可实践本公开的主题。应当理解，可以利用其他实施例，并且可以作出结构或逻辑更改而不背离本公开的范围。因此，不应当以限制性意义来理解下列【具体实施方式】，并且实施例的范围由所附权利要求书和它们的等效方案来限定。
[0013]出于本公开的目的，短语“A和/或B”意味着(A)、(B)或(A和B)。出于本公开的目的，短语“A、B和/或C"意味着(A)、⑶、(C)、(A和B)、(A和C)、(B和C)或(A、B和C)。
[0014]本描述可以使用基于视角的描述，诸如，顶/底、入/出、上/下，等等。此类描述仅用于便于讨论，并且不旨在将本文中描述的实施例的应用限制于任何特定的取向。
[0015]本描述可以使用短语“在实施例中”或“在诸实施例中”，它们各自可以是指相同或不同的实施例中的一个或多个。此外，如结合本公开的各实施例所使用的术语“包括”、“包含”、“具有”等是同义的。
[0016]本文中可以使用术语“与……耦合”及其派生词。“親合的”可以意指以下含义中的一种或多种。“耦合的”可以意指两个或更多个元件直接物理、电或光接触。然而，“耦合的”也可以意指两个或更多个元件间接地相互接触，但仍彼此协作或交互，并且可以意指一个或多个其他元件被耦合或连接在被称为彼此耦合的元件之间。术语“直接耦合”可以意指两个或更多个元件直接接触。
[0017]在各种实施例中，短语“形成在、沉积在或以其他方式设置在第二特征上的第一特征”可以意指第一特征被形成、沉积或设置在第二特征上方，并且第一特征的至少部分可以与第二特征的至少部分直接接触(例如，直接的物理和/或电接触)或间接接触(例如，在第一特征和第二特征之间具有一个或多个其他特征)。
[0018]图1阐释示例混合式光学装置100的横截面图，示例混合式光学装置100包括第一半导体区102以及与第一半导体区102耦合的第二半导体区104。第一半导体区102可以包括有源区106和一个或多个电触点107、108，所述一个或多个电触点107、108与有源区106耦合以将电流提供至有源区106。第一半导体区102可以包括覆盖有源区106和/或第一半导体区102的多个部分的绝缘材料110。
[0019]第二半导体区104可以包括由虚线框界定的区域笼统地指示的光波导112。光波导112可以由一对抗谐振波导沟槽114a、114b(在下文中将可互换地使用“沟槽”、“抗谐振波导沟槽”和“波导沟槽”)限定。在各种实施例中，抗谐振波导可以包括抗谐振波导沟槽116a、118a以及抗谐振波导沟槽116b、118b，抗谐振波导沟槽116a、118a可以设置在光波导112的第一侧上，抗谐振波导沟槽116b、118b可以设置在光波导112与第一侧相对的第二侧上，如图所示。波导沟槽114a、114b和抗谐振波导沟槽116a、116b、118a、118b可以填充有气体。在各种实施例中，该气体可以是空气、惰性气体或其他气体。在一些实施例中，该气体可以是在处理期间可被陷捕在沟槽114a、114b、116a、116b、118a或118b中的任何气体。在其他实施例中，波导沟槽114a、114b和/或抗谐振波导沟槽116a、116b、118a、118b可以填充有另一低折射率材料，诸如例如，氧化硅或氮化硅。
[0020]沟槽116a、116b、118a、118b可以提供抗谐振反射，以便控制光学模式宽度而同时仍允许光波导112控制光学模式与有源区106的重叠。在各种实施例中，沟槽116a、116b、118a、118b可以在混合式光学装置100的操作期间提供光学模式的附加反射，这可以帮助控制光学模式的横向延伸。
[0021]第二半导体区104可以包括用于形成混合式光学装置的任何合适的材料或多种材料。在各种实施例中，第二半导体区104可以包括半导体基板。例如，第二半导体区104可以包括绝缘体上娃(silicon-on-1nsulator)基板，该绝缘体上娃基板包括处理基板(handlesubstrate) 109、处理基板109上的掩埋绝缘层111以及掩埋绝缘层111上的硅层113。掩埋绝缘层111可以包括氧化物。在各种实施例中，掩埋绝缘层111可以包括蓝宝石或另一种合适的绝缘材料。处理基板109可以包括硅，诸如例如，掺杂硅。在各种实施例中，硅层113可以包括器件制造晶片或外延硅。
[0022]在其他实现中，可以使用替代材料来形成第二半导体区104，所述替代材料可以与硅组合或者可不与硅组合，并且包括但不限于锗、锑化铟、碲化铅、砷化铟、磷化铟、砷化镓和锑化镓。被分类成II1-V族或IV族材料的进一步的材料也可以用来形成基板。尽管在这里描述了可以形成基板的材料的一些示例，但是可以充当半导体器件可在其上构建的基础的任何材料都落在本公开的精神和范围内。
[0023]第一半导体区102的有源区106可以是II1-V有源区，该II1-V有源区包括由III族、IV族或V族半导体制成的多层半导体材料。在各种实施例中，有源区106可以包括电流通道140、注入层142、144和多量子阱(MQW)层146。在一些实施例中，电流通道140以及层142、144和146可以包括不同的子层，并且可以由诸如p型铟镓砷化物(InGaAs)、p型磷化铟(InP)、p型铝镓铟砷化物(AlGalnAs)等之类的各种材料组成。MQW层146可以耦合到层130，层130可以由η型磷化铟(InP)组成。根据本公开的一个实施例，以上讨论的多个层可以在它们的原子比方面具有细微的差异以调谐精确的带隙。
[0024]第二半导体区104的硅层113可以将电流路径提供至触点107或108。层113可以在有源区106的任一侧上横向地延伸以与电触点107连接，并且光波导112可以直接在层130下方形成。在一个实施例中，在光波导112的各侧上形成的沟槽114a、114b将光约束在波导112内。光波导112可以承载将被放大或检测的光学信号。
[0025]在各种实施例中，抗谐振波导沟槽116a、116b、118a、118b和波导沟槽114a、114b的间距和/或宽度可以有助于减少混合式光学装置100的光学泄漏损耗和/或光学模式的位置。光波导112可以具有配置为提供与有源区106的合适的光学模式重叠的宽度。在各种实施例中，光波导112的宽度可以是大约0.4μπι。在各种实施例中，沟槽114a、116a和118b可以彼此分开大约1.0μπι(ΒΡ，大约1.Ομπι的硅层113将波导沟槽114a与抗谐振波导沟槽116a分开，并且大约Ι.Ομπι的硅层113将抗谐振波导沟槽116a与抗谐振波导沟槽118a分开)。可以类似地配置光波导112的另一侧。
[0026]在各种实施例中，波导沟槽114a、114b可以各自都具有大约0.5μπι的宽度。在其他实施例中，波导沟槽114a、114b可以各自都具有大约3.Ομπι的宽度。在其他实施例中，波导沟槽114a、114b可以各自都具有在大约0.5μm到大约3.0μm的范围内的宽度。
[0027]图2阐释根据一些实施例的、包括参考图1所描述的