CN109564362A

CN109564362A - 光电装置

Info

Publication number: CN109564362A
Application number: CN201780038799.5A
Authority: CN
Inventors: 余国民; H.阿贝迪亚西; D.勒罗斯; A.S.纳格拉; P.斯里尼瓦桑; H.琼斯
Original assignee: Lockley Photonics Co Ltd
Current assignee: Lockley Photonics Co Ltd
Priority date: 2016-11-23
Filing date: 2017-11-23
Publication date: 2019-04-02
Anticipated expiration: 2037-11-23
Also published as: EP3545357A1; JP2020500332A; CN109564362B; WO2018096035A1; EP3545357B1

Abstract

本文公开了一种光电装置以及制造所述光电装置的方法。所述装置包括：衬底；位于所述衬底顶部的外延结晶包层；以及在所述外延结晶包层上方的光学有源区；其中所述外延结晶包层的折射率小于所述光学有源区的折射率，使得所述光电装置的光功率被限制在所述光学有源区。

Description

光电装置

技术领域

本发明涉及光电装置，且具体地，涉及在光学有源区与衬底之间没有掩埋氧化物层或其它绝缘层的光电装置。

背景技术

传统的光电装置(例如，电吸收调制器或EAM)包括基底上的波导，所述基底通常是例如硅衬底的半导体衬底。构建在此基底上的波导包括三层：芯层、底部包层和上部包层；这些层被配置成通过全内反射引导光信号通过芯层。芯层是透光介质，其通常是薄的(相对于下面讨论的活性材料)硅层，位于例如掩埋氧化物或BOX层的绝缘层的顶部。作为波导(底部包层)的一部分的BOX层位于硅衬底的顶部，并用于将光限制在透光介质中。光电装置可以包括具有光学有源区的波导(也称为有源波导)，所述光学有源区是例如沉积在硅层中的腔中 (即在BOX层的顶上)的电吸收介质。通常，在BOX层与光学有源区之间的腔底部留下薄硅层作为外延生长的活性材料的晶种。硅晶种层和BOX层都可以用作有源波导的底部包层。通常，活性材料的外延生长需要位于硅晶种层上的另一活性材料晶种层，以便获得所需有源区的高质量晶体结构。例如，当要生长硅-锗的有源层时，可以生长锗晶种层。均匀和连续的硅层必须保持相对薄，以便将无源波导(例如非光学有源波导)与有源波导之间的耦合效率保持在有用的水平。在先前的光电装置中，硅层的厚度约为0.2 μm。

为了从硅晶片制造如上所述的已知EAM，必须将BOX上方的硅层从约3 μm的初始厚度蚀刻至约0.2 μm的厚度。持续地这样做非常困难，因此可能出现产量问题。

在1310 nm波长下工作的已知光电装置存在许多问题。例如，在基于Mach-Zehnder的干涉仪中，在此波长下工作的装置在光子电路上具有非常大的占用面积，这可能导致非常大的寄生电容。此外，用于这种装置的驱动电路非常复杂，并且通常需要分布式电极和传输线设计。在此波长下工作的量子限制斯塔克效应装置显示出高偏振依赖性(这意味着例如TE和TM模式的插入损耗和消光比的性能差异可能超出可接受的范围)以及对制造过程容差的高灵敏度。操作带宽也在与消光比的折衷中受到限制，即对于给定的消光比，最大带宽相应地受到限制。

迄今为止，已经接受的是，在光学有源区下方需要硅晶种层和BOX层作为底部包层，以使光电装置起作用。然而，发明人已经认识到，硅晶种层和BOX层不是必需的，并且可以由具有折射率低于光学有源区的折射率的晶体结构的其它材料代替。

发明内容

本发明总体涉及一种光电装置，所述光电装置在光学有源区下方具有再生长或外延结晶包层。例如，绝缘体上硅(SOI)晶片，其中已经去除一部分掩埋氧化物，并且包层在其位置再生长。

因此，在第一方面，本发明提供一种光电装置，所述光电装置包括光学有源区和衬底；其中位于光学有源区与衬底之间并紧邻衬底的底部包层由外延结晶层提供。以这种方式，在光学有源区与衬底之间没有掩埋氧化物层。衬底可以是硅衬底。

底部包层可以是外延结晶层，例如硅或SiGe外延包层；并且外延包层的上表面可以邻接光学有源区的底表面。

在第二方面，本发明提供一种光电装置，所述光电装置包括：衬底；位于衬底顶部的外延结晶包层；以及在外延结晶包层上方的光学有源区；其中外延结晶包层的折射率小于光学有源区的折射率，使得所述光电装置的光功率被限制在光学有源区。

外延结晶包层也可以称为再生长包层或外延包层或外延半导体层。通过再生长，可以意味着在制造期间，可能已经移除了预先存在的包层并且在其位置重新生长。例如，当预先存在的包层是掩埋氧化物层时，可以将其去除，并且可以再生长包层，所述包层由不是掩埋氧化物的材料形成。通过外延，可以意味着包层的晶体结构取决于包层位于其上的衬底的晶体结构。包层也可以称为结晶包层。通过外延结晶，可以意味着已经使用半导体材料外延生长包层。通过术语光功率，可以意味着装置的光信号或大部分光信号被限制在光学有源区中，或者通过装置的主光信号通过光学有源区。

有利地，无源波导(连接或可连接至光学有源区)与根据本发明的光学有源区之间的耦合损耗小于具有掩埋氧化物层的现有技术装置中的相同区之间的耦合损耗。通常，包层通过具有与有源区对比(较低)的折射率而起作用，因此，光被限制在有源区中。此外，可以调整包层的高度以优化模式匹配，这可以引起更低的装置损耗和更高的装置制造产量。此外，在包层与光学有源区之间不存在掩埋氧化物层可以去除或减小RF寄生电容(例如，通过去除C_ox电容)，这可以引起更高的装置速度。

通过再生长，可以意味着包层被提供为从衬底或中间层生长的层，例如，所述包层可以是外延或结晶包层。包层可以直接在衬底的顶部上。或者，包层可以通过晶种层(例如，锗晶种层)与衬底分开，或者包层可以用作晶种层。晶种层可以帮助确保包层和/或光学有源区的晶体结构具有良好的质量并且具有低缺陷密度，以及促进沿着正确的晶轴生长。在一些实施方案中，晶种层保持薄的，例如基本上等于无源波导中的BOX的厚度，其为约400nm，因为这将有助于使损耗最小化。通常，晶种层的顶表面应该基本上等于相邻无源波导中的BOX层的顶表面。衬底可以是硅衬底。

光学有源区可以是以下之一：电吸收调制器；光电二极管；或雪崩光电二极管。电吸收调制器可以通过Franz-Keldysh或量子限制的斯塔克效应操作。在光学有源区由SiGe、SiGeSn、GeSn、InGaNAs或InGaNAsSb中的任何一种形成的情况下，光学有源区可以是通过Franz-Keldysh效应操作的电吸收调制。

所述装置还可以包括绝缘层，所述绝缘层安置在衬底的顶部上并且与包层水平相邻，并且包层可以由与绝缘层不同的材料形成。绝缘层可以是掩埋氧化物层。通过水平相邻，可以意味着绝缘层在包层的与衬底不同的侧上相邻。水平可以指垂直于装置高度的方向，即平行于装置的上表面。

包层可以由硅形成。硅可以是外延生长的硅。包层可以由不是掩埋氧化物的材料形成。包层可以由硅锗(SiGe)、锗(Ge)、磷化铟(InP)形成，或者可以是SiGe和Ge层的组合。在衬底与包层之间存在晶种层的情况下，包层还可以用于隔离可能由晶种层引起的任何光学损耗。光学有源区可以由具有第一组分的SiGeSn、GeSn、InGaNAs、InGaNAsSb或SiGe形成，并且包层可以由具有与第一组分不同的第二组分的相同材料形成。在此实例中，可以存在锗晶种层或SiGe层，其用作晶种层并安置在包层与硅层之间。在包层与硅衬底层之间提供晶种层的情况下，晶种层可以直接位于硅衬底层的顶部，并且包层可以直接位于晶种层的顶部。光学有源区可以由SiGeSn形成，并且包层可以由SiGe形成。

所述装置还可以包括在包层与光学有源区之间的锗晶种层。或者，晶种层可以是SiGe或SiGeSn。

所述装置还可以包括安置在包层的第一和/或第二水平侧上的绝缘层(例如，掩埋氧化物层)，其中包层距衬底具有一定高度，所述高度基本上等于绝缘(例如掩埋氧化物)层距衬底的高度。包层距衬底的高度(即，与衬底平面正交测量到)对于3 μm绝缘体上硅(SOI)平台为0.4 μm，或者对于不同的SOI平台可以更高。包层由与掩埋氧化物层不同的材料形成。绝缘(例如，掩埋氧化物)层可以在光学有源区的平板的一部分下面延伸，即，再生长或外延结晶包层在水平方向上可以不像光学有源区那样宽，光学有源区也包括肋板，包层安置在所述肋板下面。

光学有源区可以安置在绝缘体上硅层的腔内，所述绝缘体上硅层安置在衬底上方。光学有源区可以由以下任何一种形成：SiGe、SiGeSn、SiGe多量子阱(MQW)外延生长叠层，或InP基MQW外延生长叠层。光学有源区可以由Si_xGe_1-x-ySn_y形成，其中5% ≤ x ≤ 20%且1%≤ y ≤10%。这种装置可以在1310 nm的光学波长下操作，并且可以具有在30 μm与60μm之间的光学有源区的长度。所述装置可以在1.8 V-2 V之间的电压下驱动，所述电压可以是测量到的峰峰值并作为反向偏压施加。有利地，这种装置与先前的1310 nm装置相比具有更小的偏振依赖性，并且装置的性能通常对工艺变化不太敏感。

可以用覆盖层覆盖光学有源区。

所述装置还可以包括：输入波导，所述输入波导耦合至光学有源区的第一侧；以及输出波导，所述输出波导耦合至光学有源区的第二侧；其中输入波导与光学有源区之间的界面以及输出波导与光学有源区之间的界面相对于输入波导和/或输出波导的引导方向成大于0°的角度。

光学有源区可以包括SiGe光波导，并且波导可以包括结区和多个电极，所述电极用于提供跨越结的偏压，以使得能够使用Franz-Keldysh效应、量子限制斯塔克效应，或通过色散控制通过结区的光的相位。光学有源区可以包括SiGeSn光波导，并且波导可以包括结区和多个电极，所述电极用于提供跨越结的偏压，以使得能够使用Franz-Keldysh效应或通过色散控制通过结区的光的相位。

在实施方案中，光学有源区可以包括波导脊，并且可以具有：上表面和下表面；下掺杂区，所述下掺杂区位于光学有源区的下表面的至少一部分处和/或附近，并且在第一方向上从波导脊横向向外延伸；上掺杂区，所述上掺杂区位于光学有源区的波导脊的上表面的至少一部分处和/或附近，并且在第二方向上从波导脊横向向外延伸；以及本征区，所述本征区位于下掺杂区与上掺杂区之间。

在此实施方案中，第一电极可以在第一接触表面处接触下掺杂区，并且第二电极可以在第二接触表面处接触上掺杂区；第一接触表面可以在第一方向上从波导脊横向偏移；并且第二接触表面可以在第二方向上从波导脊横向偏移。第一和第二接触表面可以沿着横向平面彼此对齐。

在此实施方案中，上掺杂区可以包括第一掺杂区域和第二掺杂区域。上掺杂区的第二掺杂区域中的掺杂剂浓度可以高于上掺杂区的第一掺杂区域中的掺杂剂浓度；并且上掺杂区的第二掺杂区域可以包括第二接触表面。上掺杂区的第一掺杂区域可以位于光学有源区(OAR)的波导脊的上表面处和/或附近，并且第二掺杂区域位于在第二方向上从波导脊横向移位的位置处。

在此实施方案中，下掺杂区可以包括第一掺杂区域和第二掺杂区域。下掺杂区的第二掺杂区域中的掺杂剂浓度可以高于下掺杂区的第一掺杂区域中的掺杂剂浓度；并且下掺杂区的第二掺杂区域可以包括第一接触表面。下掺杂区的第一掺杂区域可以位于OAR正下方；并且下掺杂区的第二掺杂区域可以位于OAR内，从波导脊横向移位，下掺杂区的第二掺杂区域可以具有包括第一接触表面的上表面，以及与下掺杂区的第一掺杂区域直接接触的下表面。下掺杂区的第二掺杂区域可以位于OAR的高度减小的一部分内。OAR的高度减小的所述部分可以是在添加下掺杂区的掺杂材料之前已经蚀刻的OAR的一部分。

在此实施方案中，下掺杂区的第一掺杂区域可以位于OAR正下方。OAR可以包括在第一方向上延伸的平板，所述平板可以在沿第一方向从波导脊横向移位的位置处通过其厚度呈现通孔；并且下掺杂区的第二掺杂区域可以位于第一掺杂区域内，在通孔正下方。

在此实施方案中，下掺杂区可以部分地邻近OAR的下表面，并且可以在下表面处部分地迁移到OAR中。

在此实施方案中，上掺杂区可以完全位于OAR内。

在此实施方案中，OAR可以由电吸收材料形成，其中响应于施加所施加的电场而发生Franz-Keldysh效应。

在此实施方案中，OAR可以由光吸收材料形成，当在上掺杂区和下掺杂区上施加电压偏压时，所述光吸收材料适于在检测到光以及将被扫除的电子时产生电流。

在此实施方案中，光学有源区可以包括波导脊、在波导脊的第一侧上的第一平板和在波导脊的第二侧上的第二平板，OAR可以具有上表面和下表面。下掺杂区可以位于OAR下表面的一部分附近；下掺杂部分也可以在第一方向上远离脊沿着OAR的第一平板且邻近所述第一平板横向延伸。上掺杂区可以位于OAR的脊的上表面的至少一部分内，并且可以在第二方向上沿着OAR的第二平板横向向外延伸。可以位于OAR的下表面的一部分附近的下掺杂区可以在OAR的下表面的相同部分处迁移到OAR中。

在实施方案中，光学有源区可以包括肋状波导调制区，所述肋状波导调制区具有：从包层延伸的脊；在脊的第一侧的第一平板区和在脊的第二侧的第二平板区；并且其中：第一掺杂区沿着第一平板区并沿着脊的第一侧壁延伸，第一侧壁接触第一平板区；并且第二掺杂区沿着第二平板区并沿着脊的第二侧壁延伸，第二侧壁接触第二平板区。

在不同的实施方案中，光学有源区可以包括肋状波导调制区，所述肋状波导调制区具有：从包层延伸的脊，所述脊的全部或所述脊的至少一部分由不同于包层材料的材料形成；其中所述肋状波导调制区包括位于脊的第一侧的第一平板区和位于脊的第二侧的第二平板区。第一掺杂区可以沿着第一平板区并沿着脊的第一侧壁延伸，所述第一侧壁接触第一平板区。第二掺杂区可以沿着第二平板区并沿着脊的第二侧壁延伸，所述第二侧壁接触第二平板区。

在实施方案中，光学有源区可以包括肋状波导调制区，所述肋状波导调制区具有：从包层延伸的脊，所述脊的至少一部分由选择的半导体材料形成，所述半导体材料不同于包层的材料；在脊的第一侧的第一平板区和在脊的第二侧的第二平板区；并且第一平板区或第二平板区是包层的材料；并且其中：第一掺杂区沿着第一平板区并沿着脊的第一侧壁延伸，所述第一侧壁接触第一平板区；并且第二掺杂区沿着第二平板区并沿着脊的第二侧壁延伸，所述第二侧壁接触第二平板区。

在不同的实施方案中，光学有源区还可以包括肋状波导调制区，所述肋状波导调制区，所述肋状波导调制区具有：硅基底，所述硅基底安置在包层的顶部；从硅基底延伸的脊，所述脊的至少一部分由选择的半导体材料形成，所述半导体材料不同于硅基底的材料。硅基底可以包括位于脊的第一侧的第一平板区，以及位于脊的第二侧的第二平板区。第一掺杂区可以沿着第一平板区并沿着脊的第一侧壁延伸，所述第一侧壁接触第一平板区。第二掺杂区沿着第二平板区并沿着脊的第二侧壁延伸，所述第二侧壁接触第二平板区。

在此实施方案或前一实施方案中，选择的半导体材料可以是硅锗(SiGe)、硅锗锡(SiGeSn)、GeSn、InGaNAs、InGaNAsSb，或硅、锗或SiGe的金属合金。选择的半导体材料可以是在Si上或在III-V半导体上生长的GeSn合金。

在此实施方案或前一实施方案中，所述装置还可以包括位于硅基底的第一平板区或包层上的第一电触点和位于硅基底的第二平板区或包层上的第二电触点。第一掺杂区可以是n掺杂型，并且第二掺杂区可以是p掺杂型。

在此实施方案中，脊可以包括：下脊部分，所述下脊部分与基底接触并远离基底延伸；基底和下脊部分由硅形成；上脊部分，所述上脊部分与下脊部分接触并远离下脊部分延伸，上脊部分由选择的半导体材料形成。沿着第一侧壁延伸的第一掺杂区可以包括位于第一脊部分处的下侧壁部分和位于第二脊部分处的上侧壁区。沿着第二侧壁延伸的第二掺杂区可以包括位于第一脊部分处的下侧壁部分和位于第二脊部分处的上侧壁区。下侧壁部分和平板区可以具有比上侧壁部分更高的掺杂剂浓度。下侧壁部分可以具有比上侧壁掺杂剂浓度更高的掺杂剂浓度，并且掺杂区的平板区可以具有比下侧壁部分更高的掺杂剂浓度。第一和第二下侧壁部分延伸到脊中的距离(d_np2、d_pp2)可以大于第一和第二上侧壁部分延伸到脊中的距离(d_n、d_p)。

在此实施方案或前一实施方案中，所述装置可以包括：输入肋状波导，所述输入肋状波导耦合至肋状波导调制区的输入端以将光耦合至肋状波导调制区中；以及输出肋状波导，所述输出肋状波导耦合至肋状波导调制区的输出端以将光耦合出肋状波导调制区。

在此实施方案或前一实施方案中，可以选择基底或包层的高度(h₂)和下侧壁部分的高度(h₃)，使得肋状波导的模中心与输入和/或输出波导的模中心位于基底或包层上方的相同高度处。

光学有源区可以包括波导脊；以及波导平板；并且以下中的至少一个可以由结晶或非晶硅形成并含有掺杂剂：脊的侧壁；平板的一部分；整块平板；脊与平板邻近的一部分；以及脊的两个侧壁。波导平板的其余部分可以由SiGe、SiGeSn、GeSn、InGaNAs、InGaNAsSb或锗形成。

在此实施方案中，平板的一部分和邻近侧壁可以由结晶或非晶硅形成。在这样的实例中，平板的所述部分和所述邻近侧壁可以包含相同种类的掺杂剂。另外，平板的另一部分和另一邻近侧壁可以由结晶或非晶硅形成，因此脊的任一侧的平板的两个侧壁和两个部分可以由结晶或非晶硅形成。在此实例中，平板的所述另一部分和所述另一邻近侧壁包含与平板的第一部分和第一邻近侧壁中包含的掺杂剂不同种类的掺杂剂。或者，整个波导平板以及脊与平板邻近的部分可以由结晶或非晶硅形成，使得结晶或非晶硅形成倒‘T’形。在这些实例中，波导平板的一部分可以包含第一种类的掺杂剂，并且波导平板的不同部分可以包含第二种类的掺杂剂。除此之外，一个或两个侧壁可以由结晶或非晶硅形成。在其中仅一个侧壁由结晶或非晶硅(包含掺杂剂)形成的实例中，另一个侧壁由也掺杂的活性材料(例如SiGe或SiGeSn)形成。此类实例中的侧壁可以包含掺杂剂，并且分别包含不同种类的掺杂剂。有利地，这些布置更容易制造。此外，具有安置在掺杂Si部分上的至少一个电触点的装置显示出改进的串联电阻，这可以改进带宽和光功率的线性度。

在第三方面，本发明提供一种光电装置，所述光电装置形成在包括衬底、绝缘层(例如掩埋氧化物层)和绝缘体上硅层的绝缘体上硅晶片上，所述光电装置包括：包层，所述包层在衬底的顶部上由与绝缘层的材料不同的材料形成；以及光学有源区，所述光学有源区在包层上方；其中包层的折射率小于光学有源区的折射率，使得光电装置的光模被限制在光学有源区内，并且其中绝缘层不在光学有源区下方延伸。光学有源区可以由SiGeSn、GeSn、InGaNAs或InGaNAsSb形成。光学有源区可以由SiGe形成。包层可以由硅或SiGe形成。

第三方面的光电装置可以具有关于第二方面的光电装置所讨论的任何特征。

在第四方面，本发明提供一种从包括衬底、绝缘层(例如掩埋氧化物层)和绝缘体上硅层的绝缘体上硅晶片制造光电装置的方法，所述方法包括以下步骤：将腔蚀刻到晶片中，使得所述腔的深度延伸到衬底的至少上表面；将包层生长到衬底的上表面上；将光学活性材料生长到包层上，其中包层的折射率小于光学活性材料的折射率；以及蚀刻光学活性材料以在包层上方形成光学有源区。光学活性材料可包括SiGe。光学活性材料可包括以下中的任何一种：SiGeSn、GeSn、InGaNAs或InGaNAsSb。包层可以对应于上面讨论的包层，并且可以具有与其相关的任何特征。

有利地，由于蚀刻可变性更小，因此可以实现更好的平板高度均匀性。因此，装置可以更容易制造和/或引起更高的产量。此外，由于包层直接生长在硅衬底上(或硅衬底上的晶种层上)，因此制造工艺可以比传统方法更快。这可以产生可以引起芯片上装置的更高密度、所生产装置的更高产量，以及将光子电路集成到绝缘体上硅平台中的成本更低的制造工艺。

将腔蚀刻到晶片中的步骤可以包括：第一蚀刻步骤，其中绝缘(例如，掩埋氧化物)层用作蚀刻停止层；以及第二蚀刻步骤，其中衬底用作蚀刻停止层。

所述方法可以包括在生长包层之前将晶种层生长到衬底的上表面上，使得包层从晶种层生长的步骤。

所述方法可以包括在生长光学活性材料之后平面化所述生长的光学活性材料的另一步骤。

所述方法可以包括在生长光学活性材料之后并且在蚀刻光学活性材料之前在生长的光学有源区的至少一部分的顶部安置硬掩模的步骤。

所述方法可以包括在蚀刻光学活性材料之后用第一和第二种类的掺杂剂掺杂光学有源区以提供电吸收调制器的步骤。

在第五方面，本发明提供一种光电装置，所述光电装置包括：波导平板，所述波导平板安置在绝缘层(例如，掩埋氧化物层)的顶部；以及波导脊，所述波导脊安置在波导平板的顶部；其中以下中的至少一个可以由结晶或非晶硅形成并含有掺杂剂：脊的侧壁；平板的一部分；整块平板；脊与平板邻近的一部分；以及脊的两个侧壁。

在此实施方案中，平板的一部分和邻近侧壁可以由结晶或非晶硅形成。另外，平板的另一部分和另一邻近侧壁可以由结晶或非晶硅形成，因此脊的任一侧的平板的两个侧壁和两个部分可以由结晶或非晶硅形成。或者，整个波导平板以及脊与平板邻近的部分可以由结晶或非晶硅形成，使得结晶或非晶硅形成倒“T”形。除此之外，一个或两个侧壁可以由结晶或非晶硅形成。

波导脊的第一侧壁和第二侧壁可以分别掺杂有第一种类的掺杂剂和第二种类的掺杂剂。邻近第一侧壁的波导平板的第一侧和邻近第二侧壁的波导平板的第二侧可以分别掺杂有第一种类的掺杂剂和第二种类的掺杂剂。波导脊和波导平板的其余部分可以由SiGe或锗形成。

附图说明

现在将参考附图以实例的方式描述本发明的实施方案，在附图中：

图1示出了光电装置的平面图；

图2A示出了图1的装置沿着线A-A'的横截面视图；

图2B示出了图1的装置沿着线B-B'的横截面视图；

图3A到图3P示出了各个制造步骤；

图4示出了变体装置；

图5示出了变体装置；

图6示出了变体装置；

图7示出了变体装置；以及

图8到图14示出了光学有源区和/或装置的变体结构。

具体实施方式

图1是安置在芯片100上的光电装置104的平面图。输入波导101可操作以沿着方向102并通过界面103将光信号引导到装置中。输入波导与装置之间的界面相对于光的引导方向102成角度α₁。角度α₁可以取0°与10°之间的值。在一些实施方案中，α₁约为8°。

已经通过界面进入装置104的光信号进入光学有源区(OAR) 105，在那里可以对其进行处理或修改。例如，光学有源区可以是以下任何一种：光电二极管；电吸收调制器；或雪崩光电二极管。取决于光学有源区的性质，光信号接着可以经由界面108离开OAR和装置104，进入输出波导106。

输出波导106在方向107上引导光，并且界面108可以相对于输出波导中的光的引导方向107成角度α₂。与角度α₁一样，角度α₂可以取0°与10°之间的值。在一些实施方案中，α₂约为8°，并且通常等于α₁。

图2A是图1中所示的装置104沿着线A-A'的横截面视图。装置104包括硅衬底201，所述硅衬底201是装置的最下层。安置在衬底顶部的是两个掩埋氧化物(BOX)层202a和202b；并且在掩埋氧化物层之间是包层203，所述包层203可以是Si或SiGe。在包层的顶部是光学有源区105，所述光学有源区105在任一侧连接至输入波导101和输出波导106。示出了波导与OAR之间的界面103和108。在此图中示出了覆盖的SiO₂层206。值得注意的是，掩埋氧化物层202a和202b不在光学有源区105下方延伸。掩埋氧化物层可以部分地在肋状波导的平板下方延伸，即在掺杂区210和211下方延伸。

图2B是图1中所示的装置104沿着线B-B'的横截面视图。此图更详细地示出了光学有源区105的实例。安置在包层顶部的是波导，所述波导包括本征部分205，由与本征部分205相同材料形成的第一掺杂区208和第二掺杂区209。或者，掺杂区208或209任一者或掺杂区208和209两者可以由与本征部分205不同的材料，例如Si或SiGe形成。掺杂区208和209沿着包层203的上表面和本征部分205的向上侧壁延伸。第一掺杂区中的掺杂剂与第二掺杂区中的掺杂剂的种类不同。

第一掺杂区208的第一部分210与剩余的第一掺杂区相比被重掺杂。此部分210连接至电极232a，所述电极232a延伸穿过SiO₂覆盖层206。类似地，第二掺杂区209的第二部分211与剩余的第二掺杂区相比被重掺杂。此部分211连接至第二电极232b，所述第二电极232b延伸穿过覆盖层206。OAR 105通常位于硅层的腔中，所述腔部分地由硅侧壁207a和207b限定。此实例中的本征部分205是未掺杂的，因此OAR可以被描述为p-i-n结。当本征部分205远离包层延伸时，所述本征部分可以被描述为高级或肋状波导，其中肋板由本征部分205以及第一掺杂区208和第二掺杂区209的沿着本征部分205的侧面向上延伸的一部分提供，并且平板由掺杂区208和209的沿着包层203的上表面延伸的一部分提供。从包层的上表面测量，肋状波导可以具有大约2.8 μm的高度，并且平板可具有约200 nm的高度。肋状波导的宽度(即，第一和第二掺杂区的沿着本征部分205的侧面向上延伸的所述部分之间的水平距离)可以约为0.8 μm。包层可以约为400 nm厚(即，从硅衬底的最上表面到包层的最上表面测量)。在此类实例中，从输入波导到波导205中的耦合效率已被计算为TE模式约为99%且TM模式约为98.7%。

包层203用于将进入OAR的光信号限制在肋状波导中。主要通过由折射率小于OAR的材料形成来实现这一点。例如，包层可以由硅层形成，硅层可以使用化学气相沉积来外延生长或沉积，可以具有3.3至3.8的折射率。相反，波导和/或OAR可以主要由硅锗(SiGe)形成，其可以具有4.0至4.7的折射率。穿过OAR和包层之间的界面的折射率的这种变化可以提供足够的折射率对比度(即，Δn)以将光信号限制在波导上。值得注意的是，如上所述，在OAR下方没有掩埋氧化物层的情况下可以实现良好的限制。

图3A至图3P讨论了提供如图2和图3所示沿着横截面B-B'示出的装置的制造步骤。在第一步骤中，如图3A所示，提供绝缘体上硅晶片。所述晶片包括硅衬底201、安置在其上的掩埋氧化物层202，以及绝缘体上硅层207。接下来，如图3B所示，将第一掩模212安置在绝缘体上硅层的区的上方，然后将未掩蔽区蚀刻到掩埋氧化物层202。这形成绝缘体上硅层中的腔213，所述腔部分地由侧壁207a和207b限定。接下来，蚀刻掉侧壁207与207b之间的掩埋氧化物层并去除第一掩模，得到图3C所示的结构。现在，腔至少部分地由绝缘体上硅层207a和207b的侧壁以及剩余的掩埋氧化物层的侧壁202a和202b限定。

接下来，如图3D所示，可以沿着腔213的侧壁207a和207b设置绝缘衬里215a和215b。实际上，在一些实施方案中，沿着腔的侧壁没有设置衬里。如图所示，衬里可以沿着侧壁207a和207b的顶部延伸。在提供衬里之后，包层203生长到硅衬底201上，如图3E所示。所述包层可以是外延生长的半导体(例如硅)层，并且可以称为外延结晶层。衬里可以确保包层以大致均匀的晶体结构生长，因为所述衬里可以仅从硅衬底而不是从侧壁生长。作为再生包层之后的任选的额外步骤，可以去除可以沿着腔213的侧壁207a和207b设置的绝缘衬里215a和215b。

在提供包层之后，如图3F所示生长光学有源区217。在此步骤之前，可以在包层顶部生长晶种层。这可以有益于光学有源区的形成。可以通过将锗毯式沉积到腔213中来提供光学有源区。在沉积之后，通过例如化学机械抛光使光学有源区217平坦化，使得OAR的最上表面与衬里215a和215b的最上表面齐平，如图3G所示。如果没有衬里，那么OAR的最上表面将与侧壁207a和207b的最上表面齐平。

接下来，如图3H所示，在OAR的一部分上提供第二掩模218，并且蚀刻未掩蔽区以提供波导的平板220a和220b。未蚀刻区提供如上所述的肋状波导219。这完成了提供光学有源区的关键制造步骤。

作为另外的步骤，如图3I所示，在OAR上提供覆盖层221。此覆盖层足够薄，使得掺杂剂可以通过覆盖层注入到OAR的区中。例如，如图3J所示，在装置区提供第三掩模或光致抗蚀剂222。然后将未掩蔽区暴露于第一种类的掺杂剂223，以掺杂光学有源区的区208。在此实例中，掺杂剂被注入到未掩蔽的平板220a的区以及波导的肋板的侧壁中。掺杂剂可以是例如硼，因此所述区掺杂有p型种类的掺杂剂。然后去除第三掩模。

类似地，如图3K所示，在装置的区上提供第四掩模或光致抗蚀剂224。然后将未掩蔽区暴露于第二种类的掺杂剂225，以掺杂光学有源区的区209。在此实例中，掺杂剂被注入到未被掩蔽的平板220b的区以及肋状波导的侧壁中。掺杂剂可以是例如磷，因此所述区掺杂有n型种类的掺杂剂。然后去除第四掩模。

为了减小第一掺杂区208和第二掺杂区209的电阻，可以进行进一步的掺杂，如下所述。在图3L中，在装置的区上方安置第五掩模或光致抗蚀剂226，并将未掩蔽区暴露于第一种类的其它掺杂剂227。这产生第一掺杂区208内的第一重掺杂区210。此区相对于p掺杂区208可以被描述为p++掺杂。然后去除第五掩模。类似地，如图3M所示，在装置的区上提供第六掩模或光致抗蚀剂228，并且将未掩蔽区暴露于第二种类的其它掺杂剂229。这产生第二掺杂区209内的第二重掺杂区211。此区相对于n掺杂区209可以被描述为n++掺杂。然后去除第六掩模。

作为图3O中所示的另一步骤，可以在装置的区上提供第七掩模230，并且可以蚀刻未掩蔽区以便去除第一重掺杂区210和第二重掺杂区211上方的覆盖层221的部分。这产生通孔231a和231b。然后去除第七掩模。在最后的步骤中，如图3P所示，提供电极232a和232b，所述电极分别通过通孔接触第一重掺杂区210和第二重掺杂区211。可以通过电极232a和232b施加电势，产生水平穿过波导219的电场。因此，装置可以利用Franz-Keldysh效应来调制通过的光信号的振幅。

图4中示出了变体装置，其中锗晶种层401安置在包层416与硅衬底201之间。还如此图所示，晶种层401位于硅衬底20的腔内，使得包层416安置在与前述实施方案类似的位置。相同的特征由相同的数字表示。可以理解，图2B中所示的额外特征也可以存在于此装置中，但是为了清楚起见未示出。

类似地，图5中示出了另一变体装置。此处，第一掺杂区501仅延伸波导219的侧壁的一部分。可以理解，图2B中所示的额外特征也可以存在于此装置中，但是为了清楚起见未示出。此装置适合于跨越结提供偏压，以便能够通过色散控制穿过结区的光的相位。装置的结构及其制造方法类似于标题为“波导调制器结构（Waveguide Modulator Structures）”的WO 2016/0139484中公开的结构，其全部内容以引用的方式并入本文中。

图6中示出了另一变体装置。此处，掺杂另外的硅层601以提供第一掺杂区602和第二掺杂区604。或者，不使用另外的硅层601并且在包层203中制造第一掺杂区602。所述掺杂区分别包括第一重掺杂区603和第二重掺杂区605。与先前的装置相比，第一掺杂区602不沿着波导219的侧壁向上延伸，而是沿着波导219的最下表面延伸。此外，第二掺杂区604沿着波导219的最上表面延伸。因此，当电压施加到电极232a和232b时，与前面实例中的水平电场相比，因此可以跨越波导219提供竖直电场。装置的结构及其制造方法类似于标题为“光电组件（An optoelectronic component）”的WO 2017/081196 A1中公开的结构，其全部内容以引用的方式并入本文中。

图7中示出了另一变体装置。在此图中，示出了包括具有高度h_wg的脊调制区的装置；脊调制区由用第一波导材料M₁制成的基底701和用不同于第一波导材料的第二波导材料M₂制成的脊702构成。

基底701包括在第一方向上远离波导脊的第一侧壁延伸的第一平板区，以及在第二方向上远离波导脊的第二侧壁延伸的第二平板区；第二方向与第一方向相反。

装置包括第一掺杂区，第一掺杂区包括第一掺杂平板区713a和沿着波导的第一侧壁延伸的第一掺杂侧壁区。

如图所示，波导的脊由下脊部分712a和上脊部分712b形成。下脊部分与基底接触并远离基底延伸；基底和下脊部分均由第一材料M₁形成。上脊部分由位于下脊部分顶部的第二材料M₂制成，因为所述上脊部分与下脊部分接触并远离下脊部分延伸。

第一掺杂侧壁区沿着脊的整个侧壁延伸，所述脊包括下脊部分712a和上脊部分712b。因此，第一掺杂侧壁区包括：第一下侧壁部分713b，所述第一下侧壁部分713b沿着脊的下脊部分处的第一侧壁延伸；第一上侧壁部分713c，所述第一上侧壁部分713c沿着脊的上脊部分处的侧壁延伸。

类似地，在肋状波导的第二侧，装置包括第二掺杂平板区714a和沿着波导的第二侧壁延伸的第二掺杂侧壁区。第二掺杂侧壁由以下构成：第二下侧壁部分714b，所述第二下侧壁部分714b沿着脊的下脊部分处的第二侧壁延伸；第二上侧壁部分713c，所述第二上侧壁部分713c沿着脊的上脊部分处的侧壁延伸。

掺杂平板区和下掺杂侧壁区的掺杂剂浓度高于上掺杂侧壁区的掺杂剂浓度。在所示的实例中，第一掺杂平板区和第一下侧壁掺杂区是n++掺杂型，而第一上侧壁是n掺杂型；与n掺杂区相比，n++掺杂区通常每cm³包含多至少一到两个数量级的掺杂剂。第二掺杂平板区和第二下侧壁掺杂区是p++掺杂型，而第一上侧壁是p掺杂型。

在所示的实例中，第一材料M₁由硅(Si)形成，并且第二材料M₂由硅锗(SiGe)或硅锗锡(SiGeSn)形成。然而，可以设想此实施方案的结构同样可以应用于其它合适的光学材料。Si/SiGe或Si/SiGeSn的M₁/M₂结构的合适掺杂剂浓度的实例示于下表1中：

掺杂类型	掺杂范围[1/cm<sup>3</sup>]
		n	1e15-1e18
p	1e15-1e18
		n++	1e18-1e20
p++	1e18-1e20

表1。

从图7中可以看出，第一掺杂平板区可以由厚度d_np1限定，第一掺杂平板区以所述厚度d_np1向下延伸到第一材料M₁的平板中。第一下侧壁部分713b和第二下侧壁部分714b各自远离平板向上延伸高度h₃，所述高度h₃对应于脊的下部的高度。这些下侧壁部分713b、714b以相应的距离d_np2、d_pp2延伸到脊中，这些相应距离中的每一个小于下脊部分的总横截面宽度的一半，使得未掺杂区将n++区与p++区分开，从而形成p-i-n结。

电触点(未示出)将位于每个平板区处，以便跨越由掺杂区形成的结施加偏压。这些电触点将直接位于平板上(即在平板的上表面，在脊的任一侧)。通常，触点可以与脊的相应侧壁等距。

第一上侧壁部分713c和第二上侧壁部分714c分别以距离d_n、d_p延伸到脊的上脊部分中，d_n、d_p中的每一个小于相应的距离d_np2、d_pp2，下侧壁部分713b、714b各自以所述距离d_np2、d_pp2延伸到肋状波导的下部712a中。表2中给出了典型测量值的实例(以nm为单位)：

几何构造	公差
		h<sub>1</sub> [nm]	100-800
h<sub>2</sub> [nm]	100-400
		h<sub>3</sub>[nm]	0-400
d<sub>np1</sub>, d<sub>np2</sub> [nm]	50-300
		d<sub>pp1</sub>,d<sub>pp2</sub> [nm]	50-300
d<sub>p</sub>[nm]	50-300
		d<sub>n</sub> [nm]	50-300

表2。

在此实例中，波导装置采用波导电吸收调制器(EAM)的形式。然而，所述装置可以替代地采用另一光电部件的形式，例如波导光电二极管(PD)。

装置的结构及其制造方法类似于US 62/429,701中公开的结构，其全部内容以引用的方式并入本文中。

图8示出了与图7中所示的光学有源区类似的光学有源区。然而，包括第一掺杂平板部分713a、第一下侧壁部分713b和第一上侧壁部分713c的在虚线801内指示的区由结晶或非晶硅形成。虽然未示出，但是在基底701下方可能存在掩埋氧化物层，但这是任选的。

图9类似于图8，除了虚线901内指示的区现在包括第二掺杂平板部分714a、第二下侧壁部分714b和第二上侧壁部分714c，因此这些区也由结晶或非晶硅形成。虽然未示出，但是在基底701下方可能存在掩埋氧化物层，但这是任选的。

图10示出了先前那些光学有源区的变体光学有源区。此处，整个平板以及脊713b714b的一部分位于虚线1001内指示的区内。此区由结晶或非晶硅形成。此装置示出为在区1001下方具有任选地掩埋的氧化物层1002。对于图7、图8、图9、图11和图12中所示的装置也是如此。

图11示出了与图10中所示的光学有源区类似的光学有源区。然而，此处虚线区1101沿着肋状波导的一侧向上延伸，因此包括第一上侧壁部分713c，因此这也由结晶或非晶硅形成。图12是此光学有源区的延伸部，其中还包括第二上侧壁部分714c，因此所述延伸部也由结晶或非晶硅形成。

图13示出了光电装置的另一替代实例。此处，与前面的实施方案一样，平板1301和肋板1302形成安置在硅衬底201上方的脊形波导。然而，与先前的实例相比，包层203不像平板1301那样宽。相反，掩埋氧化物层202a和202b的第一和第二部分安置在平板1301的下面。

图14示出了光电装置的另一替代实例。通常，此实例类似于所讨论的任何先前实例(并且在适当的情况下，可以具有参考其公开的任何特征)。然而，如图14所示，差异在于此装置设置在双绝缘体上硅晶片上。因此，将装置的光模限制在光学有源区219的包层1401位于衬底1402 (通常由硅形成)上方。衬底1402在例如SiO₂的掩埋氧化物层1403上方，所述掩埋氧化物层1403又在第二衬底1404上方。上述制造步骤同样适用于此，其中至少对图14中不再显示但可能已经在衬底1402上方的掩埋氧化物层执行蚀刻。

虽然已经结合上述示例性实施方案描述了本发明，但是当给出本公开时，许多等同的修改和变化对于所属领域的技术人员将是显而易见的。因此，以上阐述的本发明的示例性实施方案视为说明性的而非限制性的。在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对所描述的实施方案进行各种改变。

上面提到的所有参考文献都以引用的方式并入本文中。

特征列表

100 芯片

101 输入波导

102、107 光引导方向

103 输入波导/OAR界面

104 光电装置

105、205 OAR

106 输出波导

108 OAR/输出波导界面

201 硅衬底

202a、202b 掩埋氧化物

203、416 包层

206 覆盖层

207a、207b 绝缘体上硅层

208 第一掺杂区

209 第二掺杂区

210 第一重掺杂区

211 第二重掺杂区

212 第一掩模

213 腔

214 衬底的上表面

215a、215b 绝缘衬里

217 生长的光学有源区

218 第二掩模

219 肋状波导的脊

220a、220b 肋状波导的平板

221 覆盖层

222 第三掩模

223 第一掺杂剂注入

224 第四掩模

225 第二掺杂剂注入

226 第五掩模

227 第三掺杂剂注入

228 第六掩模

229 第四掺杂剂注入

230 第七掩模

231a、231b 通孔开口

232a、232b 电极

401 晶种层

Claims

1.一种光电装置，所述光电装置包括：

衬底；

位于所述衬底顶部的外延结晶包层；以及

在所述外延结晶包层上方的光学有源区；

其中所述外延结晶包层的折射率小于所述光学有源区的折射率，使得所述光电装置的光功率被限制在所述光学有源区。

2.如权利要求1所述的光电装置，其中所述光学有源区是以下之一：电吸收调制器；光电二极管；或雪崩光电二极管。

3.如权利要求1或权利要求2所述的光电装置，还包括绝缘层，所述绝缘层安置在所述衬底的顶部上并且与所述包层水平相邻，其中所述包层由与所述绝缘层不同的材料形成。

4.如权利要求1或权利要求2所述的光电装置，其中所述包层由硅或SiGe形成。

5.如权利要求4所述的光电装置，其中所述包层是硅并且是外延生长的硅。

6.如任一前述权利要求所述的光电装置，其中所述光学有源区是由SiGeSn、GeSn、InGaNAs或InGaNAsSb形成的电吸收调制器或光电二极管。

7.如权利要求6所述的光电装置，其中所述光学有源区由Si_xGe_1-x-ySn_y形成，其中5% ≤x ≤ 20%且1% ≤y ≤ 10%。

8.如任一前述权利要求所述的光电装置，其中所述光学有源区的长度在30 μm至60 μm之间。

9.如任一前述权利要求所述的光电装置，还包括在所述包层与所述光学有源区之间的硅晶种层。

10.如任一前述权利要求所述的光电装置，其中所述光学有源区包括硅锗区。

11.如任一前述权利要求所述的光电装置，还包括：

绝缘层，所述绝缘层安置在所述包层的第一和/或第二水平侧上，其中所述包层距所述衬底的高度基本上等于所述绝缘层距所述衬底的高度。

12.如任一前述权利要求所述的光电装置，其中所述光学有源区安置在绝缘体上硅层的腔内，所述绝缘体上硅层安置在所述衬底上方。

13.如任一前述权利要求所述的光电装置，还包括：

输入波导，所述输入波导耦合至所述光学有源区的第一侧；以及

输出波导，所述输出波导耦合至所述光学有源区的第二侧；

其中所述输入波导与所述光学有源区之间的界面以及所述输出波导与所述光学有源区之间的界面相对于所述输入波导和/或输出波导的引导方向成大于0°的角度。

14.如权利要求1-13中任一项所述的光电装置，其中所述光学有源区包括波导脊，并且具有：

上表面和下表面；

下掺杂区，所述下掺杂区位于所述光学有源区的所述下表面的至少一部分处和/或附近，并且在第一方向上从所述波导脊横向向外延伸；

上掺杂区，所述上掺杂区位于所述光学有源区的所述波导脊的所述上表面的至少一部分处和/或附近，并且在第二方向上从所述波导脊横向向外延伸；以及

本征区，所述本征区位于所述下掺杂区与所述上掺杂区之间。

15.如权利要求1-13中任一项所述的光电装置，其中所述光学有源区包括肋状波导调制区，所述肋状波导调制区具有：

从所述包层延伸的脊；

在所述脊的第一侧的第一平板区和在所述脊的第二侧的第二平板区；并且

其中：

第一掺杂区沿着所述第一平板区并沿着所述脊的第一侧壁延伸，所述第一侧壁接触所述第一平板区；并且

第二掺杂区沿着所述第二平板区并沿着所述脊的第二侧壁延伸，所述第二侧壁接触所述第二平板区。

16.如权利要求1-13中任一项所述的光电装置，其中所述光学有源区包括肋状波导调制区，所述肋状波导调制区具有：

从所述包层延伸的脊，所述脊的至少一部分由选择的半导体材料形成，所述半导体材料不同于所述包层的所述材料；

其中所述包层包括位于所述脊的第一侧的第一平板区和位于所述脊的第二侧的第二平板区；并且

其中：

17.如权利要求1-13中任一项所述的光电装置，其中所述光学有源区包括肋状波导调制区，所述肋状波导调制区具有：

在所述脊的第一侧的第一平板区和在所述脊的第二侧的第二平板区；并且所述第一平板区或所述第二平板区是所述包层的所述材料；并且

其中：

18.如权利要求1-13中任一项所述的光电装置，其中所述光学有源区包括肋状波导调制区，所述肋状波导调制区具有：

硅基底，所述硅基底安置在所述包层的顶部；

从所述硅基底延伸的脊，所述脊的至少一部分由选择的半导体材料形成，所述半导体材料不同于所述硅基底的材料；

其中所述硅基底包括位于所述脊的第一侧的第一平板区，以及位于所述脊的第二侧的第二平板区；并且

其中：

19.如权利要求1-13中任一项所述的光电装置，其中所述光学有源区包括：

波导脊；以及

波导平板；

其中以下中的至少一个由结晶或非晶硅形成并含有掺杂剂：所述脊的侧壁；所述平板的一部分；整块所述平板；所述脊与所述平板邻近的一部分；以及所述脊的两个侧壁。

20.如权利要求19所述的光电装置，其中所述波导脊和波导平板的其余部分由SiGe、SiGe、SiGeSn、GeSn、InGaNAs或InGaNAsSb形成。

21.如任一前述权利要求所述的光电装置，其中，

所述光学有源区由具有第一组分的SiGe、SiGeSn、GeSn、InGaNAs或InGaNAsSb形成，并且所述包层由具有与所述第一组分不同的第二组分的相同材料形成。

22.如任一前述权利要求所述的光电装置，其中所述装置可在1.8 V与2 V之间的电压下驱动。

23.一种光电装置，所述光电装置形成在包括衬底、绝缘层和绝缘体上硅层的绝缘体上硅晶片上，所述光电装置包括：

在所述衬底的顶部上的包层，所述包层由与所述绝缘层的材料不同的材料形成；以及

光学有源区，所述光学有源区在所述包层上方；

其中所述包层的折射率小于所述光学有源区的折射率，使得所述光电装置的光模被限制在所述光学有源区内，并且其中所述绝缘层不在所述光学有源区下方延伸。

24.如权利要求23所述的光电装置，其中所述光学有源区是以下之一：电吸收调制器；光电二极管；或雪崩光电二极管。

25.如权利要求23或权利要求24所述的光电装置，其中所述包层由硅或SiGe形成。

26.如权利要求25所述的光电装置，其中所述包层是硅并且是外延生长的硅。

27.如权利要求23-24中任一项所述的光电装置，其中所述光学有源区是由SiGeSn、GeSn、InGaNAs或InGaNAsSb形成的电吸收调制器或光电二极管。

28.如权利要求27所述的光电装置，其中所述光学有源区由Si_xGe_1-x-ySn_y形成，其中5%≤x ≤20%且1%≤ y ≤10%。

29.如权利要求23-28中任一项所述的光电装置，其中所述光学有源区的长度在30 μm至60 μm之间。

30.如权利要求23-29中任一项所述的光电装置，其中所述装置可在1.8 V与2 V之间的电压下驱动。

31.如权利要求23-30中任一项所述的光电装置，还包括在所述包层与所述光学有源区之间的锗或SiGe晶种层。

32.如权利要求23-31中任一项所述的光电装置，其中所述光学有源区包括硅锗区。

33.如权利要求23-32中任一项所述的光电装置，还包括：

绝缘层，所述绝缘层安置在所述包层的第一和/或第二水平侧上，其中所述包层距所述衬底的高度基本上等于或大于所述绝缘层距所述衬底的高度。

34.如权利要求23-33中任一项所述的光电装置，其中所述光学有源区安置在绝缘体上硅层的腔内。

35.如权利要求23-34中任一项所述的光电装置，还包括：

输出波导，所述输出波导耦合至所述光学有源区的第二侧；

36.如权利要求23-35中任一项所述的光电装置，其中所述光学有源区包括波导脊，并且具有：

上表面和下表面；

37.如权利要求23-35中任一项所述的光电装置，其中所述光学有源区包括波导脊调制区，所述肋状波导调制区具有：

从所述包层延伸的脊；

其中：

38.如权利要求23-35中任一项所述的光电装置，其中所述光学有源区包括肋状波导调制区，所述肋状波导调制区具有：

从所述包层延伸的脊，所述脊的至少一部分由不同于所述包层的所述材料的材料形成；

其中：

39.如权利要求23-35中任一项所述的光电装置，其中所述光学有源区包括波导肋状调制区，所述肋状波导调制区具有：

其中：

40.如权利要求23-35中任一项所述的光电装置，其中所述光学有源区包括波导脊调制区，所述肋状波导调制区具有：

硅基底，所述硅基底安置在所述包层的顶部；

从所述硅基底延伸的脊，所述脊的至少一部分由不同于所述包层的所述材料的材料形成；

其中：

41.如权利要求23-35中任一项所述的光电装置，其中所述光学有源区包括：

波导脊；以及

波导平板；

42.如权利要求41所述的光电装置，其中所述波导脊和波导平板的其余部分由SiGe、SiGeSn、GeSn、InGaNAs、InGaNAsSb或锗形成。

43.如权利要求23-42中任一项所述的光电装置，其中

所述光学有源区由具有第一组分的SiGe、SiGeSn、GeSn、InGaNAs或InGaNAsSn形成，并且所述包层由具有与所述第一组分不同的第二组分的相同材料形成。

44.一种从包括衬底、绝缘层和绝缘体上硅层的绝缘体上硅晶片制造光电装置的方法，所述方法包括以下步骤：

将腔蚀刻到所述晶片中，使得所述腔的深度延伸到所述衬底的至少上表面；

将包层生长到所述衬底的所述上表面上；

将光学活性材料生长到所述包层上，其中所述包层的折射率小于所述光学活性材料的折射率；以及

蚀刻所述光学活性材料以在所述包层上方形成光学有源区。

45.如权利要求44所述的方法，其中所述光学活性材料包括：SiGe、SiGeSn、GeSn、InGaNAs或InGaNAsSb。

46.如权利要求44或45所述的方法，其中所述将腔蚀刻到所述晶片中的步骤包括：

第一蚀刻步骤，其中所述绝缘层用作蚀刻停止层；以及

第二蚀刻步骤，其中所述衬底用作蚀刻停止层。

47.如权利要求44-46中任一项所述的方法，还包括在蚀刻所述腔之后并且在生长所述包层之前的步骤：

用绝缘体涂覆所述腔的侧壁。

48.如权利要求44-47中任一项所述的方法，还包括在生长所述光学活性材料之后的步骤：

平面化所述生长的光学活性材料。

49.如权利要求44-48中任一项所述的方法，还包括在生长所述光学活性材料之后并且在蚀刻所述光学活性材料之前的步骤：

在所述生长的光学活性材料的至少一部分的顶部安置硬掩模。

50.如权利要求44-47中任一项所述的方法，还包括在蚀刻所述光学活性材料之后的步骤：

用第一和第二种类的掺杂剂掺杂所述光学有源区，以提供电吸收调制器。

51.一种光电装置，所述光电装置包括光学有源区和衬底；

其中由外延结晶层提供位于所述光学有源区与所述衬底之间并紧邻所述衬底的底部包层。

52.如权利要求51所述的光电装置，其中

所述底部包层是硅或SiGe外延包层；并且

所述硅或SiGe包层的上表面邻接所述光学有源区的底表面。