CN104603653A - 控制光电路中的温度 - Google Patents

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Abstract

控制光电路中的温度包括使用具有位于底包层和上包层之间的波导的器件。底包层被沉积在基板上，上包层由导热的电介质材料制成。

Description

控制光电路中的温度
背景技术
材料的折射率是描述光能如何传播穿过该材料的数值。折射率取决于传播穿过该材料的波长，使得折射率可以对相同材料中不同的波长来说是不同的。许多透明材料的折射率在1和2之间。例如，空气具有1的折射率，并且水具有1.333的折射率。
透光材料可以在电路器件中用于中继信息。例如，由具有适当折射率的透明材料制成的芯可以输送调制的光信号。通常，芯具有比包层的折射率更高的折射率。在一些情况下，芯由具有3.51的折射率的硅制成，包层由具有1.46的折射率的二氧化硅制成。因为光趋于保留在具有较高折射率的材料内的全内反射现象，所以芯材料用作传输光信号的波导。
附图说明
附图示出本文描述原理的各示例并且是说明书的一部分。所示出的示例仅仅是示例，而不限制权利要求的范围。
图1是根据本文描述的原理的电路器件的示例的图。
图2是根据本文描述的原理的电路器件的示例的图。
图3是根据本文描述的原理的电路器件的示例的图。
图4是根据本文描述的原理的用于形成热控制光电路的方法的示例的图。
图5是根据本文描述的原理的制造光学器件的示例的图。
图6是根据本文描述的原理的光学特性的示例的图。
图7是根据本文描述的原理的光学特性的示例的图。
图8是根据本文描述的原理的光学特性的示例的图。
图9是根据本文描述的原理的光学特性的示例的图。
图10是根据本文描述的原理的光学特性的示例的图。
图11是根据本文描述的原理的电路设备的示例的图。
具体实施方式
在芯材料由半导体材料制成的示例中，芯材料的光学特性可以随载流子浓度改变。例如，在电场使半导体材料中的电子和空穴移动时，半导体材料的折射率也改变。随着折射率改变，芯材料导光的能力也改变。因此，可以通过控制芯材料附近的电场来调制光信号。
然而，如果利用电场的这种信号调制发生在具有电流的电路中，则其通过焦耳发热在芯材料中产生温度升高。通常，只要存在电流，材料中无法避免的电阻就导致发热。热向较冷的区域扩散，从而沿芯的光学路径产生不一致的温度。这种不一致导致信号的可靠性差以及调制信号的能力下降。
本文描述的原理包括用于分布芯材料中和周围的温度以减少和/或消除温度变动的机制。用于控制光电路中的温度的光学器件可以包括位于底包层和上包层之间的波导。底包层可以被沉积在基板上，并且上包层可以由导热的电介质材料制成。
在以下描述中，为了解释，阐明了许多具体细节以提供本发明的系统和方法的透彻理解。然而，对于本领域技术人员来说，可以在没有这些具体细节的情况下实践本发明的装置、系统和方法将是显而易见的。说明书中引用的“示例”或类似语言的意思是描述的特定特征、结构或特性被包括在至少一个示例中，而不一定在其它示例中。
图1是根据本文描述的原理的电路器件(100)的示例的图。在本示例中，电路器件(100)是光学器件，其被制成为在集成电路中输送光学信号。光可以用光源产生，并且通过像波导结构(106)这样的光学总线被传输至另一位置。响应于光到达其目的地的，光可以被转换为用于处理的电信号。
在所示出的示例中，电路器件(100)具有在基板(104)上沉积的底包层(102)。在一些示例中，底包层(104)由像二氧化硅这样的电介质材料制成。在一些示例中，底包层(102)至少一个微米厚，但是任意厚度都可以与本文描述的原理兼容。
在所示出的示例中，在底包层(102)上形成波导结构(106)。波导结构(106)可以由展示出半导体性质的材料制成。该波导的材料可以具有比在波导结构(106)上沉积的上包层(108)的折射率更高的折射率。在一些示例中，该波导的材料具有大于3的折射率，而上包层(108)具有小于3的折射率。在一些示例中，该波导的材料由硅制成并且具有3.51的折射率。在上包层(108)由金刚石制成的一些示例中，上包层的折射率是2.383。在上包层(108)由氮化铝制成的一些示例中，上包层的折射率是2.124。因为上包层(108)可以覆盖该波导的材料的整个暴露表面(110)，所以可以防止光从波导结构(106)中泄露出去。虽然已经关于特定折射率值描述了上面的示例，但是由所指定的材料展示出的任意折射率值都可以与本文描述的原理兼容。
底包层(102)和上包层(108)都可以是互补金属氧化物半导体(CMOS)兼容材料。上包层(108)可以由具有高导热率的电介质材料制成。在一些示例中，上包层的材料的导热率是至少一百瓦每米·开尔文(W/((m)(-K)))。在一些示例中，上包层的导热率比二氧化硅的导热率高。在一些示例中，上包层(108)由金刚石、氮化铝、氧化铍、另一材料或它们的组合制成。在一些示例中，上包层(108)被化学气相沉积在波导结构(106)上、被物理气相沉积在波导结构(106)上、被气相沉积在波导结构(106)上、被喷涂在波导结构(106)上、被溅射在波导结构(106)上、被晶圆键合在波导结构(106)上、使用另一机制形成在波导结构(106)上或它们的组合。
在一些示例中，电路器件(100)包括用于主动地生成电场的机制。在图1的示例中，波导结构(106)位于一对电极(112、114)之间。这些电极可以由任意适合的材料制成，这些材料包括铂、铝、银、金、铜、钛、黄铜、钯、金属氧化物、其它材料或它们的组合。在一些示例中，电极(112、114)被引起为具有不同电荷，并且因此在它们之间生成电场，以允许电载流子运输。在波导结构(106)由半导体材料制成的示例中，电场可以改变波导结构(106)的电性质和/或光性质。例如，电场可以将电子和空穴注入波导结构(106)的半导体材料中或从波导结构(106)的半导体材料中减少电子和空穴，这可以改变半导体材料的折射率。最终，可以影响半导体材料上输送的光信号。因此，波导结构(106)的光信号可以被调制为输送消息。
在一些示例中，使由半导体材料制成的波导结构(106)遭受电流的负作用是焦耳发热。波导结构(106)中遭受电场的多个部分可能经历温度上升。与上包层(108)毗邻的第一热沉(116)和与基板毗邻的第二热沉(118)可以拉长该温度上升，以保持沿波导结构(106)的温度一致。温度还影响波导的折射率，因此波导结构(106)中不一致的温度可能对调制光信号的能力产生不利影响。
上包层(108)的高导热率可以被动地引起波导结构(106)中的任意温度上升通过上包层的体积快速地散开。金刚石是在其整个体积各处快速地分散任意温度变化的良好散热器。结果，金刚石通常具有基本没有热区域的相当均匀的温度。因此，在一些示例中，是上包层(108)的高导热率而不是热沉(116、118)本身，导致沿波导结构(106)的长度、高度和宽度的温度基本一致。
在两种不同材料之间通常存在隔热层。该隔热层通常由因材料之间的不良接合、气隙和/或不连续性导致的低导热率区生成。然而，在上包层(108)由被直接化学气相沉积到波导(106)上的金刚石制成的示例中，波导结构(106)和上包层(108)之间的隔热层可以减少和/或消失。另外，上包层(108)内的杂质也可能具有低导热性以及引入隔热层。因此，在一些示例中，上包层由纯的材料制成，以保持上包层的整体导热率高。
初始模拟证实，与图1的示例类似的电路器件中的气相沉积金刚石上包层将由电场产生的热分散遍布在金刚石上包层的整个体积上，并大大减少波导中受影响部分的热。该模拟将具有由具有1.3W/((m)(-K))导热率的二氧化硅(SiO2)制成的上包层的第一电路器件与具有由具有300W/((m)(-K))导热率的化学气相沉积金刚石制成的上包层的第二电路器件相比较。在第一电路器件和第二电路器件中的每个中，基板由硅制成，底包层由二氧化硅制成。波导也由硅制成，电极由铝制成。在实验中，第一热沉和第二热沉都按照图1的示例中那样布置，并且都处于300开尔文的温度。利用单瓦的电能产生电场。具有SiO2上包层的第一电路器件中的波导被测量处于325开尔文。另一方面，具有金刚石上包层的第二电路器件中的波导被测量处于300.25开尔文。
图2是根据本文描述的原理的电路器件(200)的示例的图。在该示例中，在基板(204)上形成底包层(202)，并且在底包层(202)上形成波导(206)。在波导(206)上可以形成由高度导热的材料(如金刚石、氮化铝、氧化铍、另一材料或它们的组合)制成的上包层(208)。
在图2的示例中，上包层(208)仅覆盖波导(206)附近的区域(210)，而在底包层(202)上并与上包层(208)相邻设置具有低导热率的另一材料(212)。该具有低导热率的材料可以是SiO2。在一些示例中，材料(212)是禁止或减缓热传递的热隔绝体。在一些示例中，有意地形成材料(212)和上包层(208)之间的隔热层。
加热器(214)可以与上包层相邻放置，加热器可以用于控制波导(206)的温度。上包层(208)可以是将来自加热器(214)的热向波导(206)引导的热导。在一些示例中，波导的材料的光学性质受其温度影响。因此，加热器(214)可以用于控制波导(206)的光学性质。上包层(208)的高导热率可以将来自加热器(214)的热引导至波导(206)。
上包层的高导热率的使用可以降低使波导(206)的温度上升所需的加热器(214)的能量输出。在一些示例中，上包层(208)的足够导热材料被用于封装波导(206)并生成从加热器(214)至波导(206)的路径，以将上包层的材料保持至最少。在这个示例中，当改变波导温度时，能量不被浪费在加热不必要的上包层材料上。
材料(212)可以防止对波导(206)的期望温度变化影响在底包层(202)上形成的其它波导。因此，加热器(214)可以被隔离以仅控制波导(206)，而其它加热器用于控制其它波导。
图3是根据本文描述的原理的电路器件(300)的示例的图。在这个示例中，电路器件(300)包括在基板(304)上沉积的底包层(302)。在底包层(302)上沉积多个波导(306、308、310、312)，并且在底包层(302)上沉积单个上包层(314)，使得上包层(314)完全封装波导(306、308、310、312)中的每一个。
在这个示例中，使用与上包层(314)毗邻的热源(318)将热添加至上包层(314)。热源(318)可以是另一电路组件、处理器、控制器、中央处理单元、位于电路器件(300)附近的其它器件、电路器件(300)的部件或它们的组合。在一些示例中，热源(318)直接接触上包层(314)，但是在其它示例中，热源(318)位于与上包层(314)间隔开的位置。
上包层(314)可以由将来自热源(318)的热散布至上包层(318)整个体积各处的高度导热的材料制成。上包层的热性质可以导致热在上包层的整个体积各处基本均匀的分布。这些波导中每个波导之间基本一致的温度可以有助于这些波导中每个波导之间一致的信号调制。
初始模拟证实，本文的原理基本上如所描述的那样分散来自外部源的热。在实验中，将具有SiO2上包层的第一电路器件与具有化学气相沉积的金刚石的第二电路器件相比较。在实验中，在上包层上的相同位置施加相同的外部热源。该外部热源被施加在波导(306)正上方，波导(308)与波导(306)最接近。然后，波导(310)次接近，而波导(312)最远。在实验中，第一电路器件和第二电路器件的基板都被测量处于300开尔文。
对该实验的第一电路器件而言，波导(306)被测量处于313.6开尔文的温度，波导(308)被测量处于307.9开尔文，波导(310)被测量处于304.6开尔文，并且波导(312)被测量处于304.1开尔文。因此，波导(306)和波导(312)之间的总温度差是9.5开尔文。另一方面，对具有金刚石上包层的第二电路器件而言，波导(306)被测量处于307.6开尔文的温度，波导(308)被测量处于307.4开尔文，波导(310)被测量处于307.2开尔文，并且波导(312)被测量处于307.2开尔文。因此，波导(306)和波导(312)之间的总温度差是0.4开尔文。如介绍的，金刚石上包层通过将温度上升基本均匀地散布在上包层的整个体积各处，基本上消除了热区。
图4是根据本文描述的原理的用于形成热控制光电路的方法(400)的示例的图。在本示例中，方法(400)包括在基板上形成(402)底包层；在底包层上形成(404)一层波导材料；并且在波导材料的整个暴露表面上形成(406)由导热的电介质材料制成的上包层。
在一些示例中，该方法进一步包括在沉积上包层之前，移除该波导层的一部分以形成波导。在其它示例中，沉积技术形成具有适合端长度和宽度的波导。在其它示例中，整个层都可以被用作单个波导。
图5是根据本文描述的原理的制造光学器件的示例的图。在本示例中，在第一阶段期间，在基板(502)上沉积底包层(500)。在一些示例中，基板(502)由硅制成，但是可以使用与本文所描述的原理兼容的任意基板材料。底包层(500)可以由二氧化硅、金属氧化物、另一材料或它们的组合制成。在一些示例中，底包层具有0.5至5.0W/((m)(-K)之间的导热率。然而，在其它示例中，底包层(500)可以由具有更高导热率的其它材料制成。
在底包层(500)上可以沉积波导材料(504)。在一些示例中，波导材料(504)具有比底包层(500)更高的折射率或比在随后的制造阶段期间将在该波导材料上沉积的上包层更高的折射率。在一些示例中，波导材料(504)是半导体材料。例如，波导材料(504)可以由硅制成。在一些示例中，波导材料(504)掺杂有离子、金属、化合物、其它物质或它们的组合，以使波导材料(504)成为半导体。
在制造的第二阶段，可以移除波导材料(504)的那个层(506)的一部分，以形成波导(508)。被移除的部分可以通过湿式蚀刻、干式蚀刻、蚀刻、研磨、其它移除机制或它们的组合来移除。波导(506)的尺寸可以针对具体波导应用而进行调整。例如，波导(508)的宽度(510)和高度(512)可以影响波导的折射率。此外，波导尺寸还可以影响可以通过波导(508)传输的光波的范围。
在制造的第三阶段，可以在波导(508)上沉积上包层(514)。上包层(514)可以包括高导热的材料。在一些示例中，该导热率超过一百瓦每米·开尔文。这些材料可以包括金刚石、氧化铍、氮化铝、金属氧化物、其它材料或它们的组合。上包层(514)可以完全封装整个波导(508)，以使上包层(514)防止光沿波导的长度、宽度(510)和高度(512)逸出。在一些示例中，上包层(514)被连续地沉积在波导(508)的暴露表面(516)上或在与底包层(500)不接触的表面上。
在一些示例中，由下面的波导(508)形成上包层(514)的表面(520)中的突起(518)。在一些示例中，突起(518)被移除以使表面(520)平整，以便联接该电路器件的加热器、热沉、其它部件或它们的组合。在一些示例中，通过蚀刻、研磨或它们的组合移除突起(518)。在上包层(514)硬的示例(如上包层由气相沉积金刚石制成的示例)中，可以使用金刚石粒研磨机来移除突起(518)。在一些示例中，可以使用激光器或放电加工设备来移除突起(518)。
图6-图9是根据本文描述的原理的光学特性的示例的图。在一些示例中，波导与将光能量放入波导内的光源进行光通信。这种光源可以提供具有变化的光波长、光强和其它特性的光。在一些示例中，生成的光通过具有谐振腔的谐振器结构(例如，微环、法布里-珀罗)，该谐振腔仅允许具有特定波长的光在该腔内传播。与该谐振腔兼容的波长被认为是谐振波长。
通常，谐振器中的谐振波长在光操纵中是有用参数。然而，它们对受温度变化影响的折射率敏感。另一方面，由于不完美制造，生产的器件中的谐振波长很少与预期波长匹配，并且需要主动地被调整。因此，理想情况是使用最少努力来调整谐振波长并同时最小化由谐振器本身(即，器件自发热)和外部环境(外部温度变化)带来的负面影响。在一些示例中，当谐振失配减少时，较少的调整能量被用于补偿该失配。在一些示例中，根据本文描述的原理制造的波导降低了否则会在调节该失配上花费的制造成本，因为需要基板和波导的较少交替。图6-图9表明：初始模拟证实在使用特定尺寸时上包层的较高导热率最少地改变谐振波长的光学特性。
在初始模拟中，测试了三个光学器件。第一光学器件包括与1550纳米谐振波长一起使用的SiO2上包层。第二光学器件包括与1310纳米谐振波长一起使用的SiO2上包层，并且第三光学器件包括与1310纳米谐振波长一起使用的金刚石上包层。谐振波长的变化可以如下表达：
Δλ0＝ΔneffπΔD/m，
其中Δλ0表示谐振波长的变化；Δneff表示有效波导模式折射率(waveguide modal index)的变化，其由波导材料的折射率和上包层的折射率确定，并且在相同波导几何变化下，它们之间较小的差异产生较小的Δneff；ΔD表示微环直径的变化，并且m表示谐振模式的阶。
图6是根据本文描述的原理的光学特性的示例的图。在该示例中，这三个光学器件的光学性质被包括在图表(600)中。在图表(600)中，x轴(602)示意性地表示以从基微环直径起的纳米偏移测量的微环谐振器直径，基微环直径被示意性地表示在零(604)处。在图6的示例中，基微环直径是10微米。y轴(606)示意性地表示谐振波长偏移。图例(608)指出哪种上包层材料与哪个谐振波长结合。沿y轴(606)的零(610)指示谐振波长未改变。因此，对第一光学器件而言，基谐振波长是1550纳米，而对第二光学器件和第三光学器件而言，基谐振波长是1310纳米。
在图6的图表中，当微环直径是十微米时，第一光学器件、第二光学器件和第三光学器件中每个光学器件具有基本不变的基谐振波长。当使用1310纳米谐振波长时，无论是使用金刚石上包层还是使用SiO2上包层，谐振波长变化都基本上相同。在图6的图表中，当基直径变化时，1550纳米的较大波长趋向于经历较大变化。
图7是根据本文描述的原理的光学特性的示例的图。在该示例中，该三个光学器件的光学特性被包括在图表(700)中。在图表(700)中，x轴(702)示意性地表示以从基宽度起的纳米偏移测量的波导宽度偏移，基宽度被示意性地表示在零(704)处。在图7的示例中，基宽度是500纳米。y轴(706)示意性地表示谐振波长偏移。图例(708)指出哪种上包层材料与哪个谐振波长结合。沿y轴(706)的零(710)指示谐振波长未改变。因此，对第一光学器件而言，基谐振波长是1550纳米，而对第二光学器件和第三光学器件而言，基谐振波长是1310纳米。
在图7的图表中，当波导宽度是500纳米时，第一光学器件、第二光学器件和第三光学器件中每个光学器件具有基本不变的基谐振波长。当使用1310纳米谐振波长时，谐振波长在使用SiO2上包层时比在使用金刚石上包层时更剧烈地变化。在图7的图表中，当波导宽度变化时，SiO2上包层中1550纳米的较大波长更剧烈地变化。
图8是根据本文描述的原理的光学特性的示例的图。在该示例中，该三个光学器件的光学特性被包括在图表(800)中。在图表(800)中，x轴(802)示意性地表示以从基厚度起的纳米偏移测量的波导厚度，基厚度被示意性地表示在零(804)处。在图8的示例中，基厚度是250纳米。y轴(806)示意性地表示谐振波长偏移。图例(808)指出哪种上包层材料与哪个谐振波长结合。沿y轴(806)的零(810)指示谐振波长未改变。因此，对第一光学器件而言，基谐振波长是1550纳米，而对第二光学器件和第三光学器件而言，基谐振波长是1310纳米。
在图8的图表中，当波导的厚度是250纳米时，第一光学器件、第二光学器件和第三光学器件中每个光学器件具有基本不变的基谐振波长。当使用1310纳米谐振波长时，谐振波长在使用SiO2上包层时比在使用金刚石上包层时更剧烈地变化。在图8的图表中，当波导宽度变化时，在SiO2上包层中1550纳米的较大波长更剧烈地变化。
图9是根据本文描述的原理的光学特性的示例的图。在该示例中，该三个光学器件的光学特性被包括在图表(900)中。在图表(900)中，x轴(902)示意性地表示以从基深度起的纳米偏移测量的蚀刻深度，基深度被示意性表示在零(904)处。在图9的示例中，基厚度是丢下50纳米基座的250纳米。y轴(906)示意性地表示谐振波长偏移。图例(908)指出哪种上包层材料与哪个谐振波长结合。沿y轴(906)的零(910)指示谐振波长未改变。因此，对第一光学器件而言，基谐振波长是1550纳米，而对第二光学器件和第三光学器件而言，基谐振波长是1310纳米。
在图9的图表中，当波导的厚度是250纳米时，第一光学器件、第二光学器件和第三光学器件中每个光学器件具有基本不变的基谐振波长。当使用1310纳米谐振波长时，谐振波长在使用SiO2上包层时比在使用金刚石上包层时更剧烈地变化。在图9的图表中，当波导宽度变化时，SiO2上包层中1550纳米的较大波长更剧烈地变化。
图6-图9中的图表(600、700、800、900)表明：当波导的尺寸改变时，较短的波长趋向于经历较小的改变。此外，图表(600、700、800、900)表明：当波导的尺寸改变时，有效波导模式折射率(由波导材料的折射率和上包层的折射率确定)的较小改变也趋向于减小谐振波长的改变。并且，较小的Δneff是在相同波导几何变化下波导材料的折射率和上包层的折射率之间的较小差异的结果。进一步，由于小的有效波导模式折射率，本文描述的原理可以导致由半导体材料制成的波导中低的光学限制。在一些示例中，本文描述的原理还降低通常由波导侧壁粗糙度引起的散射损耗，该波导侧壁粗糙度是波导材料的折射率和上包层的折射率之间的差异的函数。
图10是根据本文描述的原理的光学特性的示例的图。在本示例中，图表(1000)中呈现由弯曲引起的能量损耗的光学特性。在本示例中，x轴(1002)示意性地表示波导中弯曲的直径，并且y轴(1004)示意性地表示以厘米的倒数测量的光能量损耗。图例(1006)指出实线(1008)示意性地表示具有SiO2上包层的光学器件，虚线(1010)示意性地表示具有金刚石上包层的光学器件。
在图表(1000)中，金刚石上包层的低水平弯曲损耗在弯曲的直径超过二十微米时发生，SiO2上包层的低水平弯曲损耗在弯曲的直径超过十微米时发生。随着弯曲的直径增加，能量损耗减小。如图表(1000)中所示，能量损耗发生在非常小的弯曲处。对许多应用而言，足够大至能防止能量损耗的弯曲是适合的，因此对许多应用而言，与金刚石上包层或其它高度导热的材料相关的弯曲损耗是忽略的或可管理的。
图11是根据本文描述的原理的电路器件(1100)的示例的图。在本示例中，电路器件(1100)具有在波结构(1005)的具有第一槽壁(1006)和第二槽壁(1008)的槽(1004)中形成的波导(1102)。在本示例中，波导(1102)由具有低折射率的气相沉积的金刚石制成。这种示例允许量子光学应用。图11的示例中的电路器件还允许较小的弯曲半径而没有弯曲损耗。在一些示例中，金刚石被制成为具有与光波长的光学模式相互作用的氮空穴色心(nitrogen vacancy center)。
虽然已经关于特定材料和尺寸描述了上面的示例，但是可以使用与本文描述的原理兼容的任意材料或尺寸。进一步，虽然已经利用以特定结构产生的测试结果描述了上面的示例，但是还可以使用符合本文描述的原理的其它结构，其它结构可以或可以不产生相似的结果。同样，在上面描述的示例中，已经关于特定应用描述了器件；然而，可以使用与本文描述的原理兼容的任意应用。例如，本文描述的原理可以被用于量子光学应用、微电子应用、光子应用、其它应用或它们的组合。在一些示例中，包含该电路器件和/或光器件的系统可以包括计算机、笔记本计算机，台式计算机、电子平板、处理器、车辆、仪器、显示器、微波、家电、导航系统、网络、电信系统、电话、其它系统及它们的组合。
仅仅为了说明和描述所述原理的示例，提供了上面的描述。本说明书不意在是详尽的或将这些原理限制于所公开的任意精确形式。根据上面的教导，许多修改和变形是可能的。

Claims (15)

1.一种用于控制光电路中的温度的器件，包括：
波导结构，位于底包层和上包层之间；
所述底包层被沉积在基板上；以及
所述上包层由导热的电介质材料制成。
2.根据权利要求1所述的器件，其中所述导热的电介质材料包括比二氧化硅更高的导热率。
3.根据权利要求1所述的器件，其中所述导热的电介质材料包括金刚石、氮化铝、氧化铍或它们的组合。
4.根据权利要求1所述的器件，其中所述导热的电介质材料与所述波导结构的上表面和每个侧表面均匀接触。
5.根据权利要求1所述的器件，其中所述波导结构是在所述器件中包含的光集成电路的一部分。
6.根据权利要求1所述的器件，其中所述波导结构包括半导体材料。
7.根据权利要求1所述的器件，其中所述导热的电介质材料在所述波导结构遭受主动电场时被动地减少所述波导结构中的焦耳发热。
8.根据权利要求1所述的器件，其中所述导热的电介质材料是将来自热源的热向所述波导结构引导的热导。
9.根据权利要求1所述的器件，其中所述上包层被沉积在多个波导上，并且所述导热的电介质材料将来自热源的热分布在所述多个波导上。
10.一种用于形成热控制光电路的方法，包括：
在基板上形成底包层；
在所述底包层上形成一层波导材料；
在所述波导材料的整个暴露表面上形成由导热的电介质材料制成的上包层。
11.根据权利要求10所述的方法，进一步包括在沉积所述上包层之前，移除所述一层所述波导材料的一部分以形成波导。
12.一种系统，包括：
集成电路，包括：
底包层，形成在基板上；
波导，形成在所述底包层上，其中所述波导包括外表面；以及
由导热的电介质材料制成的上包层，横跨所述波导的所述外表面连续地形成。
13.根据权利要求12所述的系统，其中所述波导位于一对电极之间，所述一对电极通过所述上包层与所述波导电隔绝。
14.根据权利要求12所述的系统，其中所述导热的电介质材料是将来自热源的热向所述波导引导的热导。
15.根据权利要求12所述的系统，其中所述上包层被沉积在多个波导上，并且所述导热的电介质材料将来自热区的热分布在所述多个波导上。
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Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3028050B1 (fr) * 2014-10-29 2016-12-30 Commissariat Energie Atomique Substrat pre-structure pour la realisation de composants photoniques, circuit photonique et procede de fabrication associes
US9402322B1 (en) * 2015-03-04 2016-07-26 Lockheed Martin Corporation Metal-free monolithic epitaxial graphene-on-diamond PWB with optical waveguide
JP2017040841A (ja) * 2015-08-21 2017-02-23 国立大学法人 東京大学 光導波路素子および光集積回路装置
EP3593206A4 (en) * 2017-03-06 2020-11-25 Shenzhen Genorivision Technology Co., Ltd. LIDAR LIGHT SOURCE
US10627653B2 (en) 2017-08-28 2020-04-21 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Thermal guiding for photonic components
US11934021B2 (en) * 2022-01-27 2024-03-19 Globalfoundries U.S. Inc. Photonic devices integrated with thermally conductive layers
US11846804B2 (en) * 2022-02-24 2023-12-19 Globalfoundries U.S. Inc. Thermally-conductive features positioned adjacent to an optical component
US11822120B2 (en) * 2022-02-24 2023-11-21 Globalfoundries U.S. Inc. Optical components with enhanced heat dissipation
CN115008777B (zh) * 2022-06-10 2023-06-30 安徽省国盛量子科技有限公司 一种温度传感宽场探头的制作方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6366730B1 (en) * 2000-04-03 2002-04-02 Lucent Technologies Inc. Tunable optical waveguides
JP2006243376A (ja) * 2005-03-03 2006-09-14 Ricoh Co Ltd 有機導波路型光変調器
JP2010256552A (ja) * 2009-04-23 2010-11-11 Nec Corp 光回路素子

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5841931A (en) 1996-11-26 1998-11-24 Massachusetts Institute Of Technology Methods of forming polycrystalline semiconductor waveguides for optoelectronic integrated circuits, and devices formed thereby
US6347106B1 (en) 1999-02-25 2002-02-12 The Regents Of The University Of California Thermally robust semiconductor optical amplifiers and laser diodes
US6912362B1 (en) * 1999-10-19 2005-06-28 Nippon Telegraph And Telephone Corporation Dispersion slope equalizer
WO2004036289A2 (en) 2002-10-15 2004-04-29 Xponent Photonics Inc Heat sink for a planar waveguide substrate
US6999652B2 (en) * 2002-11-06 2006-02-14 Nippon Telegraph And Telephone Corporation Optical module and optical switch constituting the same
US7020374B2 (en) 2003-02-03 2006-03-28 Freescale Semiconductor, Inc. Optical waveguide structure and method for fabricating the same
US7184640B2 (en) * 2004-02-25 2007-02-27 Avago Technologies Fiber Ip (Singapore) Pte. Ltd. Buried heterostructure device fabricated by single step MOCVD
JP2005275302A (ja) * 2004-03-26 2005-10-06 Sumitomo Electric Ind Ltd 光導波路を作製する方法
US7346259B1 (en) 2004-08-18 2008-03-18 University Of Washington Thermally reversibly crosslinkable polymer as cladding material for electro-optic devices
JP4522340B2 (ja) 2005-08-01 2010-08-11 シャープ株式会社 平面導波路素子
JP2009038239A (ja) 2007-08-02 2009-02-19 Toshiba Corp 光半導体装置
US8299485B2 (en) * 2008-03-19 2012-10-30 Soitec Substrates for monolithic optical circuits and electronic circuits
US8733996B2 (en) * 2010-05-17 2014-05-27 Sharp Kabushiki Kaisha Light emitting device, illuminating device, and vehicle headlamp

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6366730B1 (en) * 2000-04-03 2002-04-02 Lucent Technologies Inc. Tunable optical waveguides
JP2006243376A (ja) * 2005-03-03 2006-09-14 Ricoh Co Ltd 有機導波路型光変調器
JP2010256552A (ja) * 2009-04-23 2010-11-11 Nec Corp 光回路素子

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