[发明专利]硅激光器-量子阱混合晶片结合的集成平台

说明书

相关申请案的交叉参考

本申请案依据35U.S.C.§119(e)主张马修N.斯萨克(Matthew N.Sysak)等人在2008年1月18日申请的标题为“用于具有电吸收调制器的高级光子电路的混合式硅激光器-量子阱混合晶片结合的集成平台(HYBRID SILICON LASER-QUANTUM WELLINTERMIXING WAFER BONDED INTEGRATION PLATFORM FOR ADVANCEDPHOTONIC CIRCUITS WITH ELECTROABSORPTION MODULATORS)”的第61/022,239号美国申请案的权益，所述申请案以引用的方式并入本文中。

关于联邦资助的研究或开发的声明

本发明是在美国陆军颁布的第W911NP-06-1-0496号许可和来自美国空军的第FA8750-05-C-0265号许可下在政府支持下进行的。政府对于本发明拥有某些权利。

背景技术

相关技术的描述

半导体芯片级结合装置已用于若干消费者和商业应用中。通常，半导体装置由单一类型的材料制成，或不同类型的材料基于晶格匹配和兼容的晶体结构而生长到衬底上。由III-V材料制成的装置通常生长在砷化镓或其它化合物半导体衬底上。这些装置难以与制造在硅上的电子装置集成。

附图说明

现参看图式，其中相同参考标号始终表示对应部件：

图1是用于本发明的SL-QWI集成平台的InGaAsP/InP基础结构的横截面图；

图2是用于本发明的SL-QWI集成平台的SOI晶片基础结构的横截面图；

图3说明图2的SOI晶片的预结合工艺步骤，其展示根据本发明的未经图案化SOI晶片的俯视图、经图案化SOI晶片的俯视图和经浅蚀刻SOI波导的横截面；

图4A和4B说明等离子体辅助型晶片结合之前的InGaAsP/InP晶片的工艺步骤。图4A说明根据本发明的量子阱混合工艺且图4B说明全息光栅工艺；

图5说明根据本发明的贯穿于结合后III-V处理中的可调谐发射器中的各个区的横截面图；

图6说明根据本发明的可调谐发射器，其包含宽可调谐取样光栅DBR激光器、半导体光学放大器和电吸收调制器；

图7说明根据本发明的集成预放大接收器的俯视图和横截面图；

图8说明根据本发明的集成的光电流驱动的波长转换器的俯视图和横截面图；

图9说明根据本发明的III-V材料中而不是硅层中的波导层；

图10说明根据本发明的硅层与量子阱增益区之间放置的III-V波导层；

图11说明根据本发明的对无源区的量子阱的裸片蚀刻之后的量子阱层上方的波导层；

图12说明根据本发明的其中需要无源波导的区的量子阱混合；

图13说明根据本发明的来自将硅层图案化、将III-V层图案化或两者的模的侧向限制；以及

图14说明根据本发明的一个或一个以上实施例的工艺流程图。

具体实施方式

在以下描述中，参看附图，附图形成本文的一部分且其以说明的方式展示本发明的若干实施例。应了解，在不脱离本发明的范围的情况下，可利用其它实施例且可进行结构上的改变。

将电子装置和光子装置集成在单一衬底上具有若干潜在优点。例如阵列波导路由器(AWG)等无源光子装置通常制造于硅上。例如调制器和喇曼激光器等一些有源光子装置已在硅上示范。然而，大多数有源光子装置需要单晶体材料，其由于具有适当带隙的半导体与硅本身之间的较大晶格失配而难以生长在硅上。当前离散光子装置的问题是可通过集成改进性能，且成本和大小小得多。硅是优选的半导体材料，因为其容易处理，其可容易用于实现合理的成本和高质量，且复杂的VLSI电子电路容易可用。然而，基于硅的调制器或激光器或其它光子装置不如其基于III-V的对等物有效。因而可看出，III-V材料与硅之间的较大规模集成可提供成本和效率优点。

概述

本发明的一些实施例包括一种用于将基于InP的光子装置与低损耗硅光子元件和CMOS电子元件单片地集成在一起的新颖的混合式硅激光器-量子阱混合(SL-QWI)集成平台。装置制造较简单且在一些实施例中仅需要标准的光刻技术。