【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本说明书涉及一种混合调制器，以及将混合材料如绝缘体上铌酸锂(lithiumniobate on insulators，lnoi)，集成绝缘体上硅(silicon on insulator，soi)晶圆上的方法。
技术介绍
1、硅光子学为硅集成电路和半导体激光器的形成提供了一个平台。硅光子学有助于加快数据的远距离传输，并促进类似互补金属氧化物半导体(complementary metal-oxidesemiconductor，cmos)的制造，从而实现集成电路的大批量、低成本生产。硅光子学的一个主要应用是高速数据通信，如数据中心的光互连。此外，硅光子学还可应用于传感和高性能计算领域。
2、专利号为pct/sg2020/050253的国际pct出版物公开了一种混合光子芯片，该芯片包括多个半导体材料，这些半导体材料被布置成提供功能的芯片，其中芯片的至少第一部分由可使用cmos技术制造的材料形成；芯片的至少第二部分由非线性晶体材料组成，并且未经蚀刻处理；其中芯片的第二部分与第一部分一起被配置为支持传播的低损耗单模。这种现有技术侧重于混合器件的波导结构，由于硅和铌酸锂的键合，与目前的硅光子器件不兼容。此外，这些现有技术主要侧重于制作调制器的集成工艺和方法，而不是侧重于与标准硅光子元件的集成工艺。在这种调制器及其方法中，添加lnoi晶圆可能会破坏兼容性。因此，必须保持与当前硅光子元件库的兼容性，否则就需要一个全新的工艺设计套件(process design kit，pdk)元件库。
3、在另一项现有技术中，标题为《一
4、在另一篇题为《高性能混合硅和铌酸锂马赫曾德尔调制器，适用于100gbits-1及更高》的论文中，由中山大学发表于《自然光子学》(2019)。光调制器是光通信链路的核心。理想情况下，它们应具有低损耗、低驱动电压、大带宽、高线性度、占地面积小和制造成本低的特点。遗憾的是，这些标准只有在个别情况下才能实现。基于硅和铌酸锂混合集成平台，证明了马赫-曾德调制器同时满足这些标准。该器件的插入损耗为2.5db，单驱动推挽工作时的电压长度积为2.2vcm，线性度高，电光带宽至少为70ghz，调制速率高达112gbits-1。这种高性能调制器是通过将基于铌酸锂这种常用的调制器材料的高对比度波导，与紧凑型低损耗硅电路无缝集成而实现的。这里展示的混合平台可将“同类最佳”的有源和无源元件结合起来，为未来高速、高能效和高成本效益的光通信网络开辟了新的途径。然而，这种方法与现有的硅光子学库不兼容，因为硝酸锂(ln)层会直接影响硅层的光模。
5、与lnoi的混合集成很难在与标准硅光子soi晶圆相结合的同时，保持与标准硅光子元件的兼容性。因此，对于许多类型的lnoi-soi混合器件，都需要一个新的器件库。
6、因此，有必要在soi晶圆上提供混合集成材料(如lnoi材料)的调制器，以保持与标准soi光子设备的兼容性。
技术实现思路
1、下面的概述是为了便于理解所公开的实施方案所独有的一些创新特征，并不打算作为完整的描述。将整个说明书、权利要求书、附图和摘要作为一个整体来考虑，可以充分理解本文所公开的实施例的各个方面。
2、在本说明书的第一方面，提供了一种混合硅光子调制器，包括：第一部分，包括第一氧化层、第一衬底层和波导，其中所述第一氧化层包括一个或多个蚀刻区域；第二部分，包括非互补金属氧化物半导体(cmos)材料层和第二氧化层；以及至少两个电极，其中所述第一部分通过所述至少两个电极和/或通过所述非互补金属氧化物半导体(cmos)材料层与所述第二部分键合，其中所述调制器与铌酸锂(ln)器件和硅(si)器件兼容。
3、在一些实施例中，所述第一部分是绝缘体上硅(soi)，与互补金属氧化物半导体(cmos)兼容，所述第一氧化层是二氧化硅(sio2)层。
4、在一些实施例中，所述第二部分是lnoi且与所述非互补金属氧化物半导体(cmos)兼容，所述非互补金属氧化物半导体(cmos)材料层是铌酸锂(ln)层，所述第二氧化层是二氧化硅(sio2)层。
5、在一些实施例中，所述波导是硅(si)波导或氮化硅(sin)波导。
6、在一些实施例中，所述铌酸锂(ln)层被定位为与所述波导接触。
7、在一些实施例中，所述铌酸锂(ln)层位于所述波导附近和上方。
8、在一些实施例中，所述电极位于所述铌酸锂(ln)层下方。
9、在一些实施例中，所述电极位于所述铌酸锂(ln)层上方。
10、在一些实施例中，所述绝缘体上硅(soi)通过所述电极和所述铌酸锂(ln)层与所述绝缘体上铌酸锂(lnoi)键合。
11、在一些实施例中，所述一个或多个蚀刻区域包括蚀刻到所述绝缘体上硅(soi)的所述二氧化硅(sio2)层中的两个间隙，其中，所述电极形成金属柱，以光刻方式定位在所述两个间隙中。
12、在一些实施例中，所述两个间隙被位于其间的所述波导隔开。
13、在一些实施例中，所述铌酸锂(ln)层与所述金属柱形成金属键，并且其中所述金属柱位于所述铌酸锂(ln)层下方。
14、在一些实施例中，所述金属柱被配置为行波电极操作，并且位于所述第二部分的下方、上方或水平面上的任意组合位置。
15、在一些实施例中，所述绝缘体上硅(soi)通过所述铌酸锂(ln)层与所述绝缘体上铌酸锂(lnoi)键合。
16、在一些实施例中，所述铌酸锂(ln)层直接键合在所述波导的顶部，其中所述二氧化硅(sio2)层位于所述铌酸锂(ln)层的顶部，所述电极位于所述二氧化硅(sio2)层的顶部。
17、在一些实施例中，所述绝缘体上铌酸锂(lnoi)封闭在所述绝缘体上硅(soi)中，仅暴露所述绝缘体上铌酸锂(lnoi)的顶面。
18、在一些实施例中，所述硅(si)器件为多项目晶圆(multi-project wa本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种混合硅光子调制器，包括：
2.根据权利要求1所述的调制器，其中，所述第一部分是所述绝缘体上硅(SOI)且与互补金属氧化物半导体(CMOS)兼容，所述第一氧化层是所述二氧化硅(SiO2)层。
3.根据权利要求2所述的调制器，其中，所述第二部分是绝缘体上铌酸锂(LNOI)且与所述非互补金属氧化物半导体(CMOS)兼容，所述非互补金属氧化物半导体(CMOS)材料层是铌酸锂(LN)层，所述第二氧化层是二氧化硅(SiO2)层。
4.根据权利要求3所述的调制器，其中，所述波导是硅(Si)波导或氮化硅(SiN)波导。
5.根据权利要求4所述的调制器，其中，所述铌酸锂(LN)层被定位为与所述波导接触。
6.根据权利要求5所述的调制器，其中，所述铌酸锂(LN)层位于所述波导附近和上方。
7.根据权利要求4所述的调制器，其中，所述电极位于所述铌酸锂(LN)层下方。
8.根据权利要求4所述的调制器，其中，所述电极位于所述铌酸锂(LN)层上方。
9.根据权利要求4所述的调制器，其中，所述绝缘体上硅(S
10.根据权利要求9所述的调制器，其中，所述一个或多个蚀刻区域包括蚀刻到所述绝缘体上硅(SOI)的所述二氧化硅(SiO2)层中的两个间隙，其中，所述电极形成金属柱，以光刻方式定位在所述两个间隙中。
11.根据权利要求10所述的调制器，其中，所述两个间隙被位于其间的所述波导隔开。
12.根据权利要求10所述的调制器，其中，所述铌酸锂(LN)层与所述金属柱形成金属键，并且其中所述金属柱位于所述铌酸锂(LN)层下方。
13.根据权利要求10所述的调制器，其中，所述金属柱被配置成作为行波电极操作，并且位于所述第二部分的下方、上方或水平面上的任意组合位置。
14.根据权利要求4所述的调制器，其中，所述绝缘体上硅(SOI)通过所述铌酸锂(LN)层与所述绝缘体上铌酸锂(LNOI)键合。
15.根据权利要求14所述的调制器，其中，所述铌酸锂(LN)层直接键合在所述波导的顶部，其中，所述二氧化硅(SiO2)层位于所述铌酸锂(LN)层的顶部，所述电极位于所述二氧化硅(SiO2)层的顶部。
16.根据权利要求4所述的调制器，其中，所述绝缘体上铌酸锂(LNOI)封闭在所述绝缘体上硅(SOI)中，仅暴露所述绝缘体上铌酸锂(LNOI)的顶面。
17.根据权利要求4所述的调制器，其中，所述调制器与所述铌酸锂(LN)器件和所述硅(Si)器件兼容。
18.根据权利要求17所述的调制器，其中，所述硅(Si)器件为多项目晶圆(Multi-project wafer，MPW)半导体。
19.根据权利要求17所述的调制器，其中，所述第二部分包括一个或多个用于与所述第二部分键合的蚀刻区域。
20.一种铌酸锂(LN)或硅(Si)器件，通过单个过渡层与权利要求1所述的调制器集成。
21.一种混合硅光子学调制器的制造方法，包括：
22.根据权利要求21所述的方法，其中，所述第一部分通过所述一个或多个蚀刻区域内的所述至少两个电极与所述第二部分键合，其中，所述第一部分与互补金属氧化物半导体(CMOS)兼容，所述第二部分与所述非互补金属氧化物半导体(CMOS)兼容。
23.根据权利要求21所述的方法，其中，所述第一部分通过所述非互补金属氧化物半导体(CMOS)材料层与所述第二部分键合，其中所述至少两个电极位于所述第二氧化层的顶面。
24.根据权利要求21所述的方法，其中，所述第一部分是绝缘体上硅(SOI)，所述第二部分是绝缘体上铌酸锂(LNOI)，其中所述非互补金属氧化物半导体(CMOS)材料层是铌酸锂(LN)层。
25.一种计算机可读存储介质，其上存储有混合硅光子调制器的计算机可读描述，所述计算机可读描述在芯片制造系统中处理时，可使所述芯片制造系统执行如权利要求21或24的方法。
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种混合硅光子调制器，包括：
2.根据权利要求1所述的调制器，其中，所述第一部分是所述绝缘体上硅(soi)且与互补金属氧化物半导体(cmos)兼容，所述第一氧化层是所述二氧化硅(sio2)层。
3.根据权利要求2所述的调制器，其中，所述第二部分是绝缘体上铌酸锂(lnoi)且与所述非互补金属氧化物半导体(cmos)兼容，所述非互补金属氧化物半导体(cmos)材料层是铌酸锂(ln)层，所述第二氧化层是二氧化硅(sio2)层。
4.根据权利要求3所述的调制器，其中，所述波导是硅(si)波导或氮化硅(sin)波导。
5.根据权利要求4所述的调制器，其中，所述铌酸锂(ln)层被定位为与所述波导接触。
6.根据权利要求5所述的调制器，其中，所述铌酸锂(ln)层位于所述波导附近和上方。
7.根据权利要求4所述的调制器，其中，所述电极位于所述铌酸锂(ln)层下方。
8.根据权利要求4所述的调制器，其中，所述电极位于所述铌酸锂(ln)层上方。
9.根据权利要求4所述的调制器，其中，所述绝缘体上硅(soi)通过所述电极和铌酸锂(ln)层与所述绝缘体上铌酸锂(lnoi)键合。
10.根据权利要求9所述的调制器，其中，所述一个或多个蚀刻区域包括蚀刻到所述绝缘体上硅(soi)的所述二氧化硅(sio2)层中的两个间隙，其中，所述电极形成金属柱，以光刻方式定位在所述两个间隙中。
11.根据权利要求10所述的调制器，其中，所述两个间隙被位于其间的所述波导隔开。
12.根据权利要求10所述的调制器，其中，所述铌酸锂(ln)层与所述金属柱形成金属键，并且其中所述金属柱位于所述铌酸锂(ln)层下方。
13.根据权利要求10所述的调制器，其中，所述金属柱被配置成作为行波电极操作，并且位于所述第二部分的下方、上方或水平面上的任意组合位置。
14.根据权利要求4所述的调制器，其中，所述绝缘体上硅(soi)通过所述铌酸锂(...
【专利技术属性】
技术研发人员：邱圣安，罗贤树，卢国强，
申请(专利权)人：先进微晶圆私人有限公司，
类型：发明
国别省市：
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