[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

分案声明

本案是发明名称为“硅激光器-量子阱混合晶片结合的集成平台”，优先权日为2008年1月18日，申请号为200980102511.1，申请日为2009年1月16日的专利申请的分案申请。

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 WELL INTERMIXING WAFER BONDED INTEGRATION PLATFORM FOR ADVANCED PHOTONIC 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。

技术领域

本申请案涉及用于集成光子装置的集成平台。

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。

发明内容

本申请案的一个方面涉及一种硅激光器混合集成装置，其包括：绝缘体上硅衬底，其包括在顶部表面中的至少一个波导；以及化合物半导体衬底，其包括增益层，所述化合物半导体衬底经受量子阱混合工艺，其中所述化合物半导体衬底的上表面结合到所述绝缘体上硅衬底的所述顶部表面。

本申请案的另一方面涉及一种硅激光器-量子阱混合集成装置，其包括：硅衬底，其包括顶部表面；以及化合物半导体衬底，其包括量子阱层和波导层，所述化合物半导体衬底经受量子阱混合工艺，所述化合物半导体衬底的上表面包括光栅，其中所述化合物半导体衬底的所述上表面结合到所述硅衬底的所述顶部表面。

本申请案的又一方面涉及一种制造硅激光器-量子阱混合集成装置的方法，其包括：在第一衬底上蚀刻硅层以在所述硅层中界定波导；将第一掺杂剂植入到第二衬底上的牺牲层中，其中用于植入所述第一掺杂剂的能量经选择以限制所述牺牲层中的点缺陷；选择性地移除所述牺牲层；用电介质层包封所述第二衬底；将所述缺陷从所述牺牲层扩散到所述第二衬底中的量子阱层；移除所述第二衬底的所述牺牲层；将所述第二衬底图案化；以及将所述第一衬底结合到所述第二衬底。

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；