光电子装置及其阵列的制作方法

本发明的一些实施例涉及具有在一个方向上弯曲的一个或多个弯曲波导的高速光电子装置。

背景技术：

1、在常规光电子装置中，输入波导将装置的第一边缘上的刻面耦合到光学活性区域。输出波导接着将光学活性区域耦合到装置的一般与所述第一边缘相对的第二边缘上的刻面。

2、然而，此类装置更难以混合集成到硅中，并且在呈阵列形式时可涉及更长的驱动器互连长度，因为活性区域不能够位于装置的边缘附近。

技术实现思路

1、本发明的一些实施例提供一种利用弯曲波导的光电子装置，所述弯曲波导由具有与光学活性区域的带隙不同的带隙的材料形成。光电子装置可具有高速光电子部分并通过短迹线连接到诸如asic之类的电子芯片。较短的迹线能够有利地导致更快的操作。

2、因此，在第一方面，本发明的一些实施例提供一种光电子装置，所述光电子装置包括：光学活性区域，所述光学活性区域具有用于跨所述光学活性区域施加电场的电极布置；第一弯曲波导，所述第一弯曲波导被布置成引导光到所述光学活性区域中；以及第二弯曲波导，所述第二弯曲波导被布置成引导光离开所述光学活性区域；其中所述第一弯曲波导和所述第二弯曲波导由具有与所述光学活性区域的带隙不同的带隙的材料形成，并且其中由所述第一弯曲波导、所述光学活性区域和所述第二弯曲波导形成的总引导路径是u形的。换句话说，所述第一弯曲波导、第二弯曲波导和光学活性材料一起形成波导u形弯。所述光学活性区域和电极布置一起充当高速光电子部分，所述高速光电子部分在所述光学活性区域的活性材料中被制作并且位于“u”的基体处。

3、这允许所述光学活性区域的所述高速光电子部分位于所述光电子装置的边缘附近但保持装置足够大以促进倒装芯片键合。此外，通过将所述光学活性区域从所述弯曲波导(所述弯曲波导可以是无源的)解耦，在不要求修改所述弯曲波导的情况下能够优化所述光学活性区域的性能。

4、所述第一弯曲波导或所述第二弯曲波导可形成为(一个或多个)外延再生长的波导。

5、对于要求阵列中的多个光电子装置的高密度集成的应用(诸如与asic的共封装)，所述第一弯曲波导与所述第二弯曲波导之间的最大距离可不大于250μm。在其中不需要高密度集成的应用中，所述最大距离还可处于100μm与160μm之间，或大于250μm。

6、所述第一弯曲波导或所述第二弯曲波导的曲率半径可小于100μm。所述曲率半径可处于10μm与80μm之间，例如处于30um与80um之间。

7、所述第一弯曲波导和所述第二弯曲波导可各自弯曲过90°的角度。

8、所述光电子装置可进一步包括第一和第二电极，所述电极被设置在所述光学活性区域的第一侧上并且与其电连接。所述第一电极可以是信号电极，并且所述第二电极可以是接地电极。所述光电子装置可进一步包括第三电极，所述第三电极是第二接地电极。

9、所述第一弯曲波导和所述第二弯曲波导可以是低损耗无源波导。通过低损耗，它可意味着在所述光学活性区域的操作波长下，所述第一和第二弯曲波导比所述光学活性区域招致光学信号的更少衰减。

10、所述第一弯曲波导或所述第二弯曲波导可以是深蚀刻波导。通过深蚀刻，它可意味着所述波导是板波导(而不是肋波导)或侧壁蚀刻阶比所述波导的光学模的中心更深。所述深蚀刻波导可由磷化铟形成。

11、所述光电子装置可进一步包括：无源低损耗输入波导，所述无源低损耗输入波导被耦合到或提供为所述第一弯曲波导的延续；以及无源低损耗输出波导，所述无源低损耗输出波导被耦合到或提供为所述第二弯曲波导的延续；其中所述输入波导和所述输出波导中的每个具有与所述光电子装置的第一边缘相邻的端以及与所述和第二弯曲波导相同的带隙。以上所描述的所述第一和第二电极可与所述光电子装置的与所述第一边缘不同的边缘相邻而被设置。

12、所述光电子装置可进一步包括：分布式反馈激光器，所述分布式反馈激光器耦合到所述第一弯曲波导；以及输出波导，所述输出波导被耦合到或提供为所述第二弯曲波导的延续；使得所述光电子装置是电吸收调制激光器。所述分布式反馈激光器可由具有与所述光学活性区域的带隙相同的带隙或可具有与所述光学活性区域及所述第一和第二弯曲波导两者的带隙不同的第三带隙的材料来形成。

13、所述光学活性区域的所述高速光电子部分可以是电吸收调制器。当也包括分布式反馈激光器时，所述装置可以是电吸收调制激光器(eml)。所述高速光电子部分尤其还可以是mos-cap马赫-曾德(mach-zhender)调制器或环谐振器调制器。

14、所述第一弯曲波导和所述第二弯曲波导可由具有在波长上比所述光学活性区域的带隙更低的带隙的材料形成。

15、所述第一和第二弯曲波导中的每个可以采取绝热弯的形式。

16、在第二方面，本发明的一些实施例提供一种设置在芯片上的光电子装置的阵列，其中：每个光电子装置如针对所述第一方面所描述的那样来被安排；并且光电子装置的相邻对的光学活性区域之间的距离不大于250μm。

17、每个光电子装置可具有：输入波导，所述输入波导被耦合到或提供为每个第一弯曲波导的延续；以及输出波导，所述输出波导被耦合到或提供为每个第二弯曲波导的延续；其中每个输入波导和每个输出波导具有第一端，所述第一端远离其相应光学活性区域并且邻近于所述芯片的相同侧。

18、每个光电子装置可具有：分布式反馈激光器，所述分布式反馈激光器耦合到每个第一弯曲波导；以及输出波导，所述输出波导被耦合到或提供为每个第二弯曲波导的延续；使得所述光电子装置是电吸收调制激光器；其中每个输出波导的远离其相应光学活性区域的端邻近于所述芯片的相同侧。

19、根据本公开的实施例，提供有一种光子芯片，所述光子芯片包括：波导；以及包括所述波导的一部分的光学活性装置。所述波导具有：所述光子芯片的第一边缘处的第一端；以及第二端，并且所述波导在所述第一端与所述第二端之间的各处具有曲率的变化率，曲率的所述变化率具有不超过2000/mm2的大小。

20、在一些实施例中，包含所述波导的矩形的面积小于1000平方微米。

21、在一些实施例中，包含所述波导的矩形的长度小于200微米。

22、在一些实施例中，包含所述波导的矩形的宽度小于80微米。

23、在一些实施例中，所述波导包括第一锥形部分，所述第一锥形部分具有更靠近所述第一端的宽端和更靠近所述第二端的窄端。

24、在一些实施例中，所述宽端处于所述第一端的10微米内。

25、在一些实施例中，所述第一锥形部分的长度处于所述波导的长度的三分之一的30％内。

26、在一些实施例中，所述波导在所述宽端处具有第一宽度，以及在所述窄端处具有第二宽度，并且所述第一锥形部分具有所述第一宽度与所述第二宽度之间的差的至少8倍的长度。

27、在一些实施例中，所述波导在所述第一端处的曲率小于0.1/mm。

28、在一些实施例中，所述波导在所述第二端处的曲率小于0.1/mm。

29、在一些实施例中，所述波导的中间80％中的点处的曲率小于0.1/mm。

30、在一些实施例中，所述波导在沿所述波导的每个点处都处于绝热曲线的3微米内。

31、在一些实施例中，所述波导的曲率的变化率的大小的最大值处于所述波导的曲率的变化率的大小的平均值的40％内。

32、在一些实施例中，所述波导在沿所述波导的每个点处都处于贝塞尔样条的3微米内。

33、在一些实施例中，所述波导在沿其长度的第一点处具有不对称轮廓。

34、在一些实施例中，在所述第一点处，所述波导具有第一侧壁和第二侧壁，所述第一侧壁具有第一高度，所述第二侧壁具有第二高度，所述第二高度比所述第一高度大了至少30％。

35、在一些实施例中：所述第二端处于所述光子芯片的所述第一边缘处；所述波导具有所述第一端处的第一刻面以及所述第二端处的第二刻面；所述第一刻面：在所述第一端处与所述波导相斜以及与所述第一边缘相斜，所述波导在所述第一端处的基模对应于所述第一刻面之外的第一自由空间射束(beam)，所述第一自由空间射束具有第一中心线；所述波导在所述第二端处的基模对应于所述第二刻面之外的第二自由空间射束，所述第二自由空间射束具有第二中心线；以及所述第一中心线处于与所述第二中心线平行的10度内。

36、在一些实施例中，所述第二中心线处于所述第一中心线的方向的镜像的方向的10度内。

37、在一些实施例中，所述第一中心线处于与所述第一边缘垂直的10度内，以及所述第二中心线处于与所述第一边缘垂直的10度内。

38、在一些实施例中，所述波导内的总方向变化小于175度。

39、在一些实施例中，所述波导内的总方向变化小于155度。