CN115421322A

CN115421322A - 调制器及其制作方法

Info

Publication number: CN115421322A
Application number: CN202211152297.4A
Authority: CN
Inventors: 胡晓; 刘阳; 刘晔; 刘佳; 肖希; 陈代高; 王磊
Original assignee: Wuhan Optical Valley Information Optoelectronic Innovation Center Co Ltd
Current assignee: Wuhan Optical Valley Information Optoelectronic Innovation Center Co Ltd
Priority date: 2022-09-21
Filing date: 2022-09-21
Publication date: 2022-12-02

Abstract

本公开实施例公开了一种调制器及其制作方法，所述调制器包括：第一半导体结构，包括：驱动芯片；波导结构，位于覆盖所述驱动芯片的介质层中；导电结构，与所述波导结构并列设置，且贯穿所述介质层；第二半导体结构，与所述第一半导体结构堆叠设置，包括：电光调制结构，覆盖所述介质层相对远离所述驱动芯片的表面，且通过所述导电结构与所述驱动芯片电连接；其中，所述电光调制结构被配置为：当被所述驱动芯片供电时，调制所述波导结构中传输的光信号。

Description

调制器及其制作方法

技术领域

本公开实施例涉及光电子器件领域，尤其涉及一种调制器及其制作方法。

背景技术

硅光子技术是基于硅和硅基衬底材料(例如，SiGe/Si、SOI等)，利用现有互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)工艺进行光器件开发和集成的新一代技术，硅光子技术结合了集成电路技术的超大规模、超高精度制造的特性和光子技术超高速率、超低功耗的优势，是应对摩尔定律失效的颠覆性技术。这种结合得力于半导体晶圆制造的可扩展性，因而能够降低成本。

光调制器作为硅基光子学的核心有源器件，通过电极和光波导的相互作用，实现光信号的调制。然而，基于载流子色散效应实现的纯硅光调制器的带宽上限约为80GHz，现阶段很难有提升的空间。

发明内容

根据本公开实施例的第一方面，提供一种调制器，包括：

第一半导体结构，包括：

驱动芯片；

波导结构，位于覆盖所述驱动芯片的介质层中；

导电结构，与所述波导结构并列设置，且贯穿所述介质层；

第二半导体结构，与所述第一半导体结构堆叠设置，包括：

电光调制结构，覆盖所述介质层相对远离所述驱动芯片的表面，且通过所述导电结构与所述驱动芯片电连接；其中，所述电光调制结构被配置为：当被所述驱动芯片供电时，调制所述波导结构中传输的光信号。

在一些实施例中，所述导电结构包括：

导电层，位于所述介质层中，且与所述电光调制结构电连接；

导电柱，位于所述驱动芯片和所述导电层之间；其中，所述导电柱相对的一端与所述驱动芯片电连接，所述导电柱相对的另一端与所述导电层电连接。

在一些实施例中，所述第一半导体结构还包括：

接触垫，位于所述驱动芯片和所述导电柱之间；其中，所述驱动芯片通过所述接触垫与所述导电柱电连接。

在一些实施例中，所述电光调制结构包括：

平板部分，覆盖所述介质层相对远离所述驱动芯片的表面，且与所述导电层电连接。

在一些实施例中，所述第一半导体结构，还包括：凹槽，位于所述平板部分和所述波导结构之间；

所述电光调制结构还包括：凸出部分，位于所述凹槽中。

在一些实施例中，所述波导结构，包括：第一子波导结构和第二子波导结构；

所述第一半导体结构，还包括：

分束器，与所述波导结构的输入端连接；其中，所述分束器被配置为：将接收的输入光信号分束为第一光信号和第二光信号；所述第一光信号通过所述第一子波导结构耦合至所述电光调制结构，所述第二光信号通过所述第二子波导结构耦合至所述电光调制结构；

合束器，与所述波导结构的输出端连接，其中，所述合束器被配置为：将所述电光调制结构调制后的所述第一光信号和所述第二光信号合束为输出光信号。

在一些实施例中，所述第一半导体结构还包括：

电阻匹配结构，位于所述驱动芯片和所述合束器之间；

热电极，位于所述驱动芯片和所述波导结构之间，且与所述驱动芯片电连接；其中，所述热电极被配置为：当被所述驱动芯片供电时，产生热量并传导至所述波导结构。

在一些实施例中，所述电阻匹配结构和所述热电极的材料包括：氮化钛。

在一些实施例中，所述第一半导体结构包括：

至少两个所述导电结构；

至少一个所述波导结构；其中，所述波导结构位于相邻的两个所述导电结构之间。

在一些实施例中，所述波导结构的材料包括：硅或氮化硅；

所述电光调制结构的材料包括：铌酸锂。

根据本公开实施例的第二方面，提供一种调制器的制作方法，包括：

形成第一半导体结构；其中，所述第一半导体结构包括驱动芯片、波导结构、导电结构和介质层；所述介质层覆盖所述驱动芯片，所述波导结构位于所述介质层中；所述导电结构与所述波导结构并列设置，且贯穿所述介质层；

形成与所述第一半导体结构堆叠设置的第二半导体结构；其中，所述第二半导体结构包括电光调制结构；所述电光调制结构覆盖所述介质层相对远离所述驱动芯片的表面，且通过所述导电结构与所述驱动芯片电连接；所述电光调制结构被配置为：当被所述驱动芯片供电时，调制所述波导结构中传输的光信号。

在一些实施例中，所述导电结构包括：导电层和导电柱；所述介质层包括：第一介质层和第二介质层；

所述形成第一半导体结构，包括：

提供第一衬底；

在所述第一衬底上形成所述驱动芯片；

形成覆盖所述驱动芯片的所述第一介质层；

形成贯穿所述第一介质层的所述导电柱；其中，所述导电柱与所述驱动芯片电连接；

形成覆盖所述第一介质层和所述导电柱的所述第二介质层；

形成贯穿所述第二介质层的所述导电层；其中，所述导电层与所述导电柱电连接。

在一些实施例中，所述形成第一半导体结构，还包括：

在形成所述第一介质层之前，在所述驱动芯片上形成接触垫；其中，所述导电柱通过所述接触垫与所述驱动芯片电连接。

在一些实施例中，所述形成与所述第一半导体结构堆叠设置的第二半导体结构，包括：

提供第二衬底；

在所述第二衬底上形成所述电光调制结构；

倒置所述第二衬底，并将所述第二半导体结构与所述第一半导体结构贴合，以使所述电光调制结构与所述导电层电连接。

在一些实施例中，所述形成第一半导体结构，还包括：

在所述第一介质层中形成与所述导电柱并列设置的所述波导结构；

至少刻蚀所述第二介质层，并在所述波导结构上形成凹槽；

所述在所述第二衬底上形成所述电光调制结构，包括：

形成覆盖所述第二衬底的电光调制材料层；

刻蚀所述电光调制材料层，形成包括平板部分和凸出部分的所述电光调制结构；

所述倒置所述第二衬底，并将所述第二半导体结构与所述第一半导体结构贴合，包括：

对准所述平板部分和所述导电层，并将所述平板部分和所述导电层贴合；

对准所述凸出部分和所述凹槽，并将所述凸出部分和所述凹槽贴合。

在一些实施例中，所述波导结构，包括：第一子波导结构和第二子波导结构；所述形成第一半导体结构，还包括：

在所述第一介质层中形成与所述波导结构的输入端连接的分束器；其中，所述分束器被配置为：将接收的输入光信号分束为第一光信号和第二光信号；所述第一光信号通过所述第一子波导结构耦合至所述电光调制结构，所述第二光信号通过所述第二子波导结构耦合至所述电光调制结构；

在所述第一介质层中形成与所述波导结构的输出端连接的合束器；其中，所述合束器被配置为：将所述电光调制结构调制后的所述第一光信号和所述第二光信号合束为输出光信号。

在一些实施例中，所述形成第一半导体结构，还包括：在形成所述分束器和所述合束器之前，在所述第一介质层中形成电阻匹配结构和热电极；其中，所述电阻匹配结构位于所述驱动芯片和所述合束器之间；所述热电极位于所述驱动芯片和所述波导结构之间，且与所述驱动芯片电连接；所述热电极被配置为：当被所述驱动芯片供电时，产生热量并传导至所述波导结构。

在一些实施例中，所述电阻匹配结构和所述热电极同时形成。

相关技术中，光芯片为单个器件，并且光芯片与电芯片(即驱动芯片)的集成方式局限于金丝打线，会引入额外的高频损耗和信号质量下降。本公开实施例中，通过将第一半导体结构与第二半导体结构堆叠设置，并且驱动芯片、波导结构和导电结构设置在第一半导体结构中，电光调制结构设置在第二半导体结构中，驱动芯片通过导电结构电连接至电光调制结构，利用导电结构实现驱动芯片和电光调制单元之间的集成，有利于减少高频信号的损耗，提高信号的质量。

此外，通过将驱动芯片、波导结构和导电结构设置在第一半导体结构中，具有较高的工艺容忍度，可与现有的CMOS工艺兼容，且对电光调制单元的性能影响较小，有利于大规模生产。

附图说明

图1是根据本公开实施例示出的一种调制器的剖视图；

图2是根据本公开实施例示出的另一种调制器的剖视图；

图3是根据本公开实施例示出的一种调制器的透视结构示意图；

图4是根据本公开实施例示出的一种调制器的制作方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本公开的技术方案进一步详细阐述。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方法，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻的理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

在下列段落中参照附图以举例方式更具体的描述本公开。根据下面说明和权利要求书，本公开的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本公开实施例的目的。

可以理解的是，本公开的“在……上”、“在……之上”和“在……上方”的含义应当以最宽方式被解读，以使得“在……上”不仅表示其“在”某物“上”且其间没有居间特征或层(即直接在某物上)的含义，而且还包括在某物“上”且其间有居间特征或层的含义。

在本公开实施例中，术语“第一”、“第二”、“第三”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。

在本公开实施例中，术语“层”是指包括具有厚度的区域的材料部分。层可以在下方或上方结构的整体之上延伸，或者可以具有小于下方或上方结构范围的范围。此外，层可以是厚度小于连续结构厚度的均质或非均质连续结构的区域。例如，层可位于连续结构的顶表面和底表面之间，或者层可在连续结构顶表面和底表面处的任何水平面对之间。层可以水平、垂直和/或沿倾斜表面延伸。层可以包括多个子层。

需要说明的是，本公开实施例所记载的技术方案之间，在不冲突的情况下，可以任意组合。

基于载流子色散效应实现的纯硅光调制器的带宽上限约为80GHz，现阶段很难有提升的空间。铌酸锂薄膜光调制器理论带宽可以达到500GHz，发展前景十分诱人，可有效解决带宽受限的问题。

然而，铌酸锂薄膜光调制器与驱动芯片集成方式局限于金丝打线，会引入额外的高频损耗和信号质量下降。并且铌酸锂薄膜光调制器在与其它光子芯片(例如，光探测器、激光器)集成时，存在性能劣化、工艺兼容性差，难以大规模生产等问题。

有鉴于此，本公开实施例提供一种光调制器及其制作方法。

图1是根据本公开实施例示出的一种调制器300的剖视图。参照图1所示，调制器300包括：

第一半导体结构100，包括：

驱动芯片102；

波导结构108，位于覆盖驱动芯片102的介质层1062中；

导电结构107，与波导结构108并列设置，且贯穿介质层1062；

第二半导体结构200，与第一半导体结构100堆叠设置，包括：

电光调制结构202，覆盖介质层1062相对远离驱动芯片102的表面，且通过导电结构107与驱动芯片102电连接；其中，电光调制结构202被配置为：当被驱动芯片102供电时，调制波导结构108中传输的光信号。

参照图1所示，第一半导体结构100包括第一衬底101和位于第一衬底101上的隔离层104，隔离层104内设置有驱动芯片102。第一衬底101的材料包括单质半导体材料(例如，硅(Si)、锗(Ge)等)、复合半导体材料(例如，锗硅(SiGe)、绝缘体上硅(SOI)、绝缘体上锗(GeOI))等。

第一半导体结构100可以是在第一衬底101上集成有驱动元件(例如，驱动芯片102)、互连元件(例如，导电结构107)和光波导元件(例如，波导结构108)的半导体器件。

第二半导体结构200包括第二衬底201，第二衬底201的材料包括：单质半导体材料(例如，硅(Si)、锗(Ge)等)、复合半导体材料(例如，锗硅(SiGe)、绝缘体上硅(SOI)、绝缘体上锗(GeOI))等。第一衬底101和第二衬底201的材料可以相同或者不同。本示例中，第二衬底201为石英衬底。

第二半导体结构200可以是在第二衬底201上集成有电光元件(例如，电光调制结构202)的半导体器件。

在一具体示例中，第一半导体结构100和第二半导体结构200通过倒装键合(FlipChip)连接。例如，在其他工艺平台制作完成第二半导体结构200后，将第二半导体结构200倒置键合在第一半导体结构100上对应于波导结构108和导电结构107的位置处，使得电光调制结构202覆盖波导结构108和导电结构107。如图1所示，电光调制结构202倒置在波导结构108和导电结构107的上方。这里，电光调制结构202通过倒装贴片技术，实现与第一半导体结构100的混合集成，具有较高的工艺容忍度。

在一具体示例中，设置在第一半导体结构100内的波导结构108、位于波导结构至少一侧的导电结构107，以及设置在第二半导体结构200内的电光调制结构202构成调制器的电光调制单元。驱动芯片102可以用于驱动电光调制单元。例如，电光调制结构202响应于驱动芯片102的电信号而产生电光效应，从而调制波导结构108中传输的光信号。

仍参照图1所示，第一半导体结构100还包括：位于驱动芯片102上的SOI，SOI依次包括底硅层105和埋氧层1061；位于SOI上的介质层1062，介质层1062内设置有波导结构108和导电结构107，介质层1062的上表面和导电结构107的上表面齐平，导电结构107依次贯穿介质层1062和SOI。

在一些实施例中，介质层1062的上表面和波导结构108的上表面齐平，或者介质层1062的上表面和波导结构108的上表面之间具有预设距离。波导结构108内的光信号可以耦合进入电光调制结构202内，电光调制结构202内的光信号可以耦合进入波导结构108内。

在一些实施例中，波导结构108的材料包括：硅或氮化硅。在一具体示例中，波导结构108的材料为硅。由于氮化硅的折射率为1.98，硅的折射率为3.4，使用硅材料做为波导结构，对光信号的束缚性更好，波导结构的尺寸更小。

在一些实施例中，电光调制结构202的材料包括：铌酸锂。相较于硅光调制器，铌酸锂薄膜光调制器的理论带宽可以达到500GHz，有利于提高调制器的带宽。

在一些实施例中，参照图1所示，导电结构107包括：导电层1072，位于介质层1062中，且与电光调制结构202电连接；导电柱1071，位于驱动芯片102和导电层1072之间；其中，导电柱1071相对的一端与驱动芯片102电连接，导电柱1071相对的另一端与导电层1072电连接。

在一具体示例中，导电层1072沿y方向延伸，如图3所示。导电层1072可作为电光调制单元的行波电极，用于为波导结构108提供电调制信号。

在一具体示例中，导电柱1071沿z方向延伸，如图1所示。导电柱1071用于实现驱动芯片102和导电层1072之间的互连，使得电光调制结构202响应于驱动芯片102的电信号而产生电光效应，从而调制波导结构108中传输的光信号。

需要说明的是，本公开中所使用的z方向垂直于第一衬底(或第二衬底)所在的平面，x方向和y方向平行于第一衬底(或第二衬底)所在的平面，x方向和y方向相交，x方向和y方向之间的夹角包括直角、锐角或钝角。本示例中，x方向和y方向之间的夹角为直角，即x方向和y方向垂直。

在一具体示例中，导电柱1071可以为金属铜过孔(Through Silicon Via，TSV)。这里，金属铜过孔具有3dB带宽≥110GHz互连特性。

本公开实施例中，通过在导电层与驱动芯片之间设置导电柱，驱动芯片与电光调制结构之间通过导电柱和导电层实现互连，有利于缩短驱动芯片与电光调制结构之间电调制信号的传输距离，进一步提升调制器的响应速率。

在一些实施例中，参照图1所示，第一半导体结构100还包括：接触垫103，位于驱动芯片102和导电柱1071之间；其中，驱动芯片102通过接触垫103与导电柱1071电连接。接触垫103的材料包括具有导电性能的金属或金属合金，例如，银、铜或含有铜、银的合金等。

在一些实施例中，参照图1所示，电光调制结构202包括：平板部分，覆盖介质层1062相对远离驱动芯片102的表面，且与导电层1072电连接。

本公开实施例中，通过设置平板型的电光调制结构，可避免对电光调制结构(例如，铌酸锂薄膜)的刻蚀，减小工艺难度，将平板型的电光调制结构直接倒装在波导结构上，由于倒装工艺的容差很大、且对准精度要求较低，适合批量制造，有利于提升调制器的产率和良率。

图2是根据本公开实施例示出的另一种调制器的剖视图，图2与图1中相同的部分或元件此处不再赘述。下面将结合图2对本公开再做进一步详细说明。参照图2所示，第一半导体结构100，还包括：凹槽，位于平板部分和波导结构108之间；电光调制结构202还包括：凸出部分，位于凹槽中。

在一示例中，凸出部分的侧壁覆盖凹槽的侧壁，即凸出部分与凹槽的侧壁接触，如图2所示，即凸出部分与凹槽相互嵌合。

在另一示例中，凸出部分的侧壁与凹槽的侧壁之间设置有间隙(图中未示出)，即凸出部分的侧壁与凹槽的侧壁未接触，凸出部分朝向介质层1062的表面与介质层1062接触，有利于减小电光调制结构与波导结构之间的距离，从而将更多的光信号耦合至电光调制结构中。

在其它示例中，凸出部分朝向介质层1062的表面与介质层1062之间相距预设距离，取决于倒装键合的工艺，本公开在此不作限制。

在一些实施例中，凸出部分的截面形状包括：矩形或者梯形。

本公开实施例中，通过在第一半导体结构中设置凹槽，可形成脊型的电光调制结构，提高电光调制结构对光的限制作用，增强电-光相互作用强度，继而提高调制效率，不仅可以增大电光调制单元的工作带宽，还可以降低电光调制单元的驱动电压，有利于减小调制器的功耗。

此外，第一半导体结构中的凹槽和电光调制结构的凸出部分，可分别作为键合时的对准标记，有利于提高第一半导体结构和第二半导体结构之间的对准精度，并且凹槽和凸出部分的设置有利于提高第一半导体结构和第二半导体结构之间的键合强度，降低第二半导体结构发生脱落的概率。

图3是根据本公开实施例示出的一种调制器的透视结构示意图。参照图3所示，波导结构，包括：第一子波导结构1081和第二子波导结构1082；

第一半导体结构，还包括：

分束器1083，与波导结构的输入端连接；其中，分束器1083被配置为：将接收的输入光信号分束为第一光信号和第二光信号；第一光信号通过第一子波导结构1081耦合至电光调制结构202，第二光信号通过第二子波导结构1082耦合至电光调制结构202；

合束器1084，与波导结构的输出端连接，其中，合束器1084被配置为：将电光调制结构202调制后的第一光信号和第二光信号合束为输出光信号。

分束器1083、合束器1084、位于分束器1083和合束器1084之间的波导结构以及电光调制结构202构成马赫曾德尔干涉仪(Mach-Zehnder interferometer，MZI)结构。

分束器1083用于将输入光信号等分成两束光信号(例如，第一光信号和第二光信号)，两束光信号分别进入马赫增德尔干涉仪结构的两臂(即，第一子波导结构1081和第二子波导结构1082)，然后两束光信号分别耦合进入到电光调制结构202中，当电光调制结构202被驱动芯片102驱动时，光信号在电光调制结构202内传输时受到电调制信号的影响因而光的相位受到调制，之后这两束光信号再耦合进入到第一子波导结构1081和第二子波导结构1082中，然后再通过合束器1084进行干涉，最后输出光信号便是受到调制的光信号。

在一些实施例中，分束器1083包括：1×2分束器或2×2分束器。这里，1×2分束器具有1个输入端和2个输出端，2×2分束器具有2个输入端和2个输出端。

以2×2分束器为例，分束器1083的一个输出端与第一子波导结构1081的输入端连接，分束器1083的另一个输出端与第二子波导结构1082的输入端连接，如图3所示。

在一些实施例中，合束器1084包括：2×1合束器或2×2合束器。这里，2×1合束器具有2个输入端和1个输出端，2×2合束器具有2个输入端和2个输出端。

以2×2合束器为例，第一子波导结构1081的输出端与合束器1084的一个输入端连接，第二子波导结构1082的输出端与合束器1084的另一个输入端连接，如图3所示。

在一些实施例中，参照图1所示，介质层1062的上表面和导电层1072的上表面齐平，电光调制结构202覆盖介质层1062和导电层1072的上表面。如此，电光调制结构202和导电层1072直接接触，导电层1072为波导结构108提供电调制信号。导电层1072可通过硅光CMOS工艺制备而成。导电层1072既可以采用单端驱动也可以采用差分驱动方式。在一具体示例中，导电层1072的材料可以为铜。

本公开实施例中，驱动芯片通过导电柱将高频电信号传输到导电层中，由于铌酸锂电光调制结构具有良好的线性泡克尔斯(Pockels)效应，通过高频电信号电场的变化，使得波导结构和铌酸锂电光调制结构内光的相位发生变化，从而实现电信号到光信号的转换，完成电光调制。

在一些实施例中，结合图1和图3所示，第一半导体结构100还包括：电阻匹配结构(图中未示出)，位于驱动芯片102和合束器之间；热电极109，位于驱动芯片102和波导结构108之间，且与驱动芯片102电连接；其中，热电极109被配置为：当被驱动芯片102供电时，产生热量并传导至波导结构108。

在一具体示例中，电阻匹配结构和热电极109的材料包括：氮化钛。电阻匹配结构和热电极109的材料还可以是其它金属材料，本公开在此不做限制。

在一示例中，电阻匹配结构和热电极109位于介质层1062中，电阻匹配结构和热电极109沿y方向并列设置。

在一示例中，电阻匹配结构和导电层1072电连接。电阻匹配结构可以是电光调制单元的终端负载电阻，可以通过优化设计电阻匹配结构，使得电光调制单元和电阻匹配结构二者的阻抗匹配以提高电光调制效率。

在一示例中，热电极与驱动芯片之间电连接(图中未示出)，通过对热电极加热产生热量，可提高波导结构附近的温度分布，进而影响波导结构中的模场分布，以实现对光信号的相位调节。

在一些实施例中，第一半导体结构100包括：至少两个导电结构107；至少一个波导结构108；其中，波导结构108位于相邻的两个导电结构107之间。

需要说明的是，波导结构108的数量不限于图1中示出的两个，还可以是更多个，导电结构107的数量不限于图1中示出的三个，还可以是更多个，本公开对此不作限制。

图4是根据本公开实施例示出的一种调制器的制作方法的流程图。参照图4所示，该制作方法至少包括以下步骤：

S401：形成第一半导体结构；其中，第一半导体结构包括驱动芯片、波导结构、导电结构和介质层；介质层覆盖驱动芯片，波导结构位于介质层中；导电结构与波导结构并列设置，且贯穿介质层；

S402：形成与第一半导体结构堆叠设置的第二半导体结构；其中，第二半导体结构包括电光调制结构；电光调制结构覆盖介质层相对远离驱动芯片的表面，且通过导电结构与驱动芯片电连接；电光调制结构被配置为：当被驱动芯片供电时，调制波导结构中传输的光信号。

相关技术中，光芯片为单个器件，并且光芯片与电芯片(即驱动芯片)的集成方式局限于金丝打线，会引入额外的高频损耗和信号质量下降。本公开实施例中，通过形成与第一半导体结构堆叠设置的第二半导体结构，并且驱动芯片、波导结构和导电结构形成在第一半导体结构中，电光调制结构形成在第二半导体结构中，驱动芯片通过导电结构电连接至电光调制结构，利用导电结构实现驱动芯片和电光调制单元之间的集成，有利于减少高频信号的损耗，提高信号的质量。

此外，通过将驱动芯片、波导结构和导电结构形成在第一半导体结构中，具有较高的工艺容忍度，可与现有的CMOS工艺兼容，且对电光调制单元的性能影响较小，有利于大规模生产。

在一些实施例中，上述步骤S401，包括：提供第一衬底，第一衬底包括第一表面以及与第一表面相对设置的第二表面；在第一衬底上形成驱动芯片，例如，在第一表面上设置驱动芯片；在驱动芯片上形成第一介质层；刻蚀形成贯穿第一介质层的通孔；在通孔内填充金属材料，以形成导电柱，导电柱与驱动芯片电连接；在第一介质层和导电柱上形成第二介质层；刻蚀形成贯穿第一介质层的沟槽，沟槽的底部显露导电柱；在沟槽内填充金属材料，以形成与导电柱电连接的导电层。

在一些实施例中，在形成第一介质层之前，上述制作方法还包括：形成覆盖驱动芯片的隔离层；在隔离层上形成SOI，刻蚀去除SOI中的顶层硅，仅保留位于驱动芯片上的底硅层和埋氧层。

在一些实施例中，还可将光发射器和光探测器中的至少一个形成于第一半导体结构中，例如，刻蚀去除SOI中的部分顶层硅，剩余的顶层硅用于形成将光探测器的波导结构，从而可将至少两个光器件集成于同一半导体结构中，提高光器件的集成度。

可以理解的是，可以在驱动芯片上形成SOI和介质层，SOI至少包括底硅层和埋氧层。如此，导电结构至少贯穿介质层和SOI。

形成第一介质层和第二介质层的工艺包括但不限于物理气相沉积、化学气相沉积、原子层沉积或者任意组合。形成通孔和沟槽的工艺包括但不限于湿法刻蚀、干法刻蚀或其组合。

在一些实施例中，上述步骤S401，还包括：在形成第一介质层之前，在驱动芯片上形成接触垫；其中，导电柱通过接触垫与驱动芯片电连接。例如，可通过电镀工艺或者回流焊接工艺在驱动芯片的有源面上形成接触垫，接触垫与驱动芯片中的驱动电路电连接。

在一些实施例中，上述步骤S402，包括：提供第二衬底，第二衬底包括第三表面以及与第三表面相对设置的第四表面；在第二衬底上形成电光调制结构，例如，在第三表面上沉积铌酸锂薄膜；倒置第二衬底，以使得第四表面朝上，并将第二半导体结构与第一半导体结构贴合，以使电光调制结构与导电层电连接。

在一些实施例中，上述步骤S401，还包括：在第一介质层中形成与导电柱并列设置的波导结构；至少刻蚀第二介质层，并在波导结构上形成凹槽，例如，凹槽的正投影位于波导结构的正投影内。

在一些实施例中，上述在第二衬底上形成电光调制结构，包括：形成覆盖第二衬底的电光调制材料层；刻蚀电光调制材料层，形成包括平板部分和凸出部分的电光调制结构，例如，沿朝向第三表面的方向刻蚀去除部分电光调制材料层，以形成平板部分以及从平板部分凸出的凸出部分。

在一些实施例中，上述倒置第二衬底，并将第二半导体结构与第一半导体结构贴合，包括：对准平板部分和导电层，并将平板部分和导电层贴合；对准凸出部分和凹槽，并将凸出部分和凹槽贴合。

在实际应用中，凸出部分和凹槽可用作对准标记，例如，将凸出部分的中心与凹槽的中心对准后，键合第一半导体结构和第二半导体结构。不仅可以提高第一半导体结构和第二半导体结构之间的对准精度，并且凹槽和凸出部分的设置有利于提高第一半导体结构和第二半导体结构之间的键合强度，降低第二半导体结构发生脱落的概率。

在一些实施例中，上述步骤S401，还包括：

在第一介质层中形成与波导结构的输入端连接的分束器；其中，分束器被配置为：将接收的输入光信号分束为第一光信号和第二光信号；第一光信号通过第一子波导结构耦合至电光调制结构，第二光信号通过第二子波导结构耦合至电光调制结构；

在第一介质层中形成与波导结构的输出端连接的合束器；其中，合束器被配置为：将电光调制结构调制后的第一光信号和第二光信号合束为输出光信号。

分束器和合束器可采用现有的分束器和合束器制作工艺，从而与现有的制作工艺兼容，本公开在此不再赘述。

在一些实施例中，上述步骤S401，还包括：在形成分束器和合束器之前，在第一介质层中形成电阻匹配结构和热电极；其中，电阻匹配结构位于驱动芯片和合束器之间；热电极位于驱动芯片和波导结构之间，且与驱动芯片电连接；热电极被配置为：当被驱动芯片供电时，产生热量并传导至波导结构。

例如，可依次形成覆盖埋氧层的第一子电介质层和氮化钛层，刻蚀氮化钛层，在波导结构的预设形成位置的下方形成热电极，在合束器的预设形成位置的下方形成电阻匹配结构，形成覆盖第一子电介质层、热电极和电阻匹配结构的第二子电介质层，在波导结构的预设形成位置形成波导结构，在合束器的预设形成位置形成合束器，波导结构和合束器位于第二子电介质层中。

这里，第一介质层包括第一子电介质层和第二子电介质层。

在一些实施例中，电阻匹配结构和热电极同时形成。例如，电阻匹配结构和热电极的材料相同时，可同时制备电阻匹配结构和热电极。在其它实施例中，电阻匹配结构和热电极分开形成。

以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种调制器，其特征在于，包括：

第一半导体结构，包括：

驱动芯片；

波导结构，位于覆盖所述驱动芯片的介质层中；

导电结构，与所述波导结构并列设置，且贯穿所述介质层；

第二半导体结构，与所述第一半导体结构堆叠设置，包括：

2.根据权利要求1所述的调制器，其特征在于，所述导电结构包括：

3.根据权利要求2所述的调制器，其特征在于，所述第一半导体结构还包括：

4.根据权利要求2所述的调制器，其特征在于，所述电光调制结构包括：

5.根据权利要求4所述的调制器，其特征在于，所述第一半导体结构，还包括：凹槽，位于所述平板部分和所述波导结构之间；

所述电光调制结构还包括：凸出部分，位于所述凹槽中。

6.根据权利要求1所述的调制器，其特征在于，所述波导结构，包括：第一子波导结构和第二子波导结构；

所述第一半导体结构，还包括：

7.根据权利要求6所述的调制器，其特征在于，所述第一半导体结构还包括：

电阻匹配结构，位于所述驱动芯片和所述合束器之间；

8.根据权利要求7所述的调制器，其特征在于，所述电阻匹配结构和所述热电极的材料包括：氮化钛。

9.根据权利要求1所述的调制器，其特征在于，所述第一半导体结构包括：

至少两个所述导电结构；

10.根据权利要求1所述的调制器，其特征在于，

所述波导结构的材料包括：硅或氮化硅；

所述电光调制结构的材料包括：铌酸锂。

11.一种调制器的制作方法，其特征在于，包括：

12.根据权利要求11所述的制作方法，其特征在于，所述导电结构包括：导电层和导电柱；所述介质层包括：第一介质层和第二介质层；

所述形成第一半导体结构，包括：

提供第一衬底；

在所述第一衬底上形成所述驱动芯片；

形成覆盖所述驱动芯片的所述第一介质层；

形成覆盖所述第一介质层和所述导电柱的所述第二介质层；

13.根据权利要求12所述的制作方法，其特征在于，所述形成第一半导体结构，还包括：

14.根据权利要求12所述的制作方法，其特征在于，所述形成与所述第一半导体结构堆叠设置的第二半导体结构，包括：

提供第二衬底；

在所述第二衬底上形成所述电光调制结构；

15.根据权利要求14所述的制作方法，其特征在于，所述形成第一半导体结构，还包括：

至少刻蚀所述第二介质层，并在所述波导结构上形成凹槽；

所述在所述第二衬底上形成所述电光调制结构，包括：

形成覆盖所述第二衬底的电光调制材料层；

16.根据权利要求11所述的制作方法，其特征在于，所述波导结构，包括：第一子波导结构和第二子波导结构；所述形成第一半导体结构，还包括：

17.根据权利要求16所述的制作方法，其特征在于，所述形成第一半导体结构，还包括：在形成所述分束器和所述合束器之前，在所述第一介质层中形成电阻匹配结构和热电极；其中，所述电阻匹配结构位于所述驱动芯片和所述合束器之间；所述热电极位于所述驱动芯片和所述波导结构之间，且与所述驱动芯片电连接；所述热电极被配置为：当被所述驱动芯片供电时，产生热量并传导至所述波导结构。

18.根据权利要求17所述的制作方法，其特征在于，所述电阻匹配结构和所述热电极同时形成。

19.根据权利要求17或18所述的制作方法，其特征在于，所述电阻匹配结构和所述热电极的材料包括：氮化钛。