[发明专利]兼容锗硅探测器和薄膜铌酸锂调制器的硅光集成芯片

说明书

本发明提供一种兼容锗硅探测器和薄膜铌酸锂调制器的硅光集成芯片，包括：薄膜铌酸锂调制器以及单片集成在硅光集成芯片中的锗硅结构探测器。本发明采用混合集成方式将薄膜铌酸锂调制器集成到硅光集成芯片，完成集成后的集成芯片既拥有高速调制器，也具备高速探测器，可更好的满足未来通信对信号传输速率的要求；保证小型化的前提下大幅提升集成度；大大提高了调制效率和带宽。

技术领域

本发明属于硅基光子集成技术领域，尤其涉及一种兼容锗硅探测器和薄膜铌酸锂调制器的硅光集成芯片。

背景技术

近年来，硅基光子集成被视为大带宽、低功耗光互连的理想解决方案之一。利用硅光技术的硅光集成芯片可集成多路高速调制器，探测器以及波分复用/解复用等器件，可满足大容量通信的需求。电光调制器作为硅光集成芯片中的一项核心器件，其性能对硅光集成芯片的总体性能起到至关重要的作用。目前主流的硅基电光调制器利用等离子色散效应，采用硅波导掺杂的方式形成PN结，不仅调制区域光传输损耗较大，而且调制器的电光带宽受限，较难大于50GHz，无法满足未来更高波特率信号传输的使用场景。

为解决上述技术问题，铌酸锂LiNbO3因其在整个电信通信波段透明，具有很强的电光效应等优点，近几十年来被作为电光调制器的理想材料。由于传统的铌酸锂电光调制器的尺寸较大，往往达到几厘米或十几厘米，且难以集成其他器件，因此较难往小型化集成化方向发展。近年来，薄膜铌酸锂电光调制器采用刻蚀铌酸锂薄膜形成光波导的方式大大提高了调制效率，因此将调制器的尺寸减小了一个数量级，如几毫米调制区长度，带宽也得到显著提升，可高达100GHz。虽然小型化得到显著改善，但是集成度方面依然受限，这种集成有一定的难度，现有的硅光平台采用CMOS兼容工艺，可制作锗硅探测器，热调相移器以及各类无源器件，但难以直接将铌酸锂材料添加进硅光工艺。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种兼容锗硅探测器和薄膜铌酸锂调制器的硅光集成芯片。为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。

本发明采用如下技术方案：

在一些可选的实施例中，提供一种兼容锗硅探测器和薄膜铌酸锂调制器的硅光集成芯片，包括：薄膜铌酸锂调制器以及单片集成在硅光集成芯片中的锗硅结构探测器；所述薄膜铌酸锂调制器包括：位于第一衬底上的硅光波导以及位于第二衬底上且倒贴在所述硅光波导一侧的薄膜铌酸锂波导。

进一步的，所述薄膜铌酸锂调制器还包括：垂直绝热耦合器，所述垂直绝热耦合器将所述硅光波导中的光导入到所述薄膜铌酸锂波导中，以及将所述薄膜铌酸锂波导中的光导回至所述硅光波导中。

进一步的，所述硅光波导对应的第一衬底为绝缘衬底上的硅衬底，所述硅光波导由SOI晶圆的顶层硅刻蚀而成；所述薄膜铌酸锂波导对应的第二衬底为绝缘衬底上的硅衬底或铌酸锂衬底，所述薄膜铌酸锂波导在其他工艺平台制作完成后贴合在所述硅光集成芯片上对应于所述硅光波导的位置处。

进一步的，所述硅光波导的宽度范围为300-1000nm，高度范围为100-500nm；所述薄膜铌酸锂波导的宽度范围为600-3000nm，高度范围为300-1000nm。

进一步的，所述硅光集成芯片上设置用于容纳所述薄膜铌酸锂波导的刻蚀槽，所述刻蚀槽开设在所述硅光波导与所述薄膜铌酸锂波导之间。

进一步的，所述的兼容锗硅探测器和薄膜铌酸锂调制器的硅光集成芯片，还包括：第一金属层及第二金属层；所述第一金属层作为所述薄膜铌酸锂调制器的行波调制电极，所述第二金属层作为所述薄膜铌酸锂调制器的电输入信号的电接触接口。

进一步的，所述薄膜铌酸锂波导的中心位于所述第一金属层电极间距的中心。