CN115427855A - 光子设备的制造方法 - Google Patents

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Abstract

电光设备和用于构造电光设备(诸如开关或移相器)的方法。电极层被沉积在衬底层上，波导结构被沉积在电极层上，第一包覆层被沉积在波导结构上，并且第一包覆层被平坦化并键合到晶片。移除衬底层并蚀刻电极层以将电极层拆分成与第二电极分离的第一电极。第二包覆层被沉积在蚀刻的电极层上。第一电极和第二电极可以由具有大介电常数的材料构成，或者它们可以由具有大电子迁移率的材料构成。设备可以呈现夹层波导体系架构，其中电光层部署在两个条形波导之间。

Description

光子设备的制造方法
优先权要求
本申请要求于2020年3月3日提交的标题为“FABRICATION METHOD FOR PHOTONICDEVICES”的美国临时专利申请No.62/984,759的优先权，该申请通过引用整体并入本文，就好像在本文完全和完整地阐述了一样。
技术领域
本文的实施例一般而言涉及制造电光设备，诸如移相器和开关。
背景技术
电光(EO)调制器和开关已用于光学领域。一些EO调制器利用自由载流子电折射、自由载流子电吸收、普克尔(Pockel)效应或DC克尔(Kerr)效应在操作期间修改光学特性，例如，改变通过EO调制器或开关传播的光的相位。作为示例，光学相位调制器可以用于集成光学系统、波导结构和集成光电子器件。
尽管在EO调制器和开关领域取得了进展，但本领域需要与用于EO调制器和开关的制造和体系架构相关的改进方法和系统。
发明内容
本文描述的一些实施例涉及光子设备和用于制造光子设备(诸如电光开关和移相器)的方法。
在一些实施例中，设备包括第一包覆层、第一电极、第二电极、包括第一材料的波导结构以及第二包覆层。波导结构耦合到第一电极和第二电极。在一些实施例中，第一电极和第二电极由具有高于硅的电子迁移率的第二材料构成。
在一些实施例中，设备包括第一包覆层、第一电极、第二电极、第二包覆层以及波导结构。波导结构可以包括由第一材料构成的电光层、由第二材料构成的第一条形波导部分和由第三材料构成的第二条形波导部分。电光层可以部署在第一条形波导部分和第二条形波导部分之间。电光层可以耦合到第一电极和第二电极。
在一些实施例中，描述了用于制造设备的方法。
例如，在一些实施例中，种子层被沉积在衬底层上，电光层被沉积在种子层上，第一包覆层被沉积在电光层上。在一些实施例中，可以接收包括堆叠的衬底层、种子层、电光层和/或第一包覆层的预制第一晶片，作为用于进一步的制造步骤的起点。
在一些实施例中，第一包覆层被平坦化并键合到第二晶片。移除衬底层并蚀刻种子层以将种子层拆分成与第二电极分离的第一电极。第二包覆层被沉积在蚀刻的种子层上。在一些实施例中，蚀刻第二包覆层以暴露第一电极的第一部分和第二电极的第二部分。第一引线通过暴露的第一部分沉积在第一电极上，并且第二引线通过暴露的第二部分沉积在第二电极上。
在一些实施例中，种子层被沉积在衬底层上，电光层被沉积在种子层上，并且电极层被沉积在电光层上。在一些实施例中，可以接收包括堆叠的衬底层、种子层、电光层和/或电极层的预制第一晶片，作为用于进一步的制造步骤的起点。
在一些实施例中，蚀刻电极层以暴露电光层的一部分并将电极层拆分成与第二电极分离的第一电极。第一包覆层被沉积在电光层的暴露的部分以及第一电极和第二电极上。第一包覆层被平坦化并键合到第二晶片。移除衬底层和种子层，并且在移除衬底层和种子层之后，蚀刻电光层以产生具有第一厚度的脊波导，该脊波导部署在具有小于第一厚度的第二厚度的第一平板层和第二平板层之间。第二包覆层被沉积在第一平板层和第二平板层以及脊波导结构上。
在一些实施例中，种子层被沉积在衬底层上，电光层被沉积在种子层上，并且第一包覆层被沉积在电光层上。在一些实施例中，可以接收包括堆叠的衬底层、种子层、电光层和/或第一包覆层的预制第一晶片，作为用于进一步的制造步骤的起点。
在一些实施例中，第一包覆层被平坦化并键合到晶片。移除衬底层和种子层，并且在移除衬底层和种子层之后，蚀刻电光层以产生具有第一厚度的脊波导，该脊波导部署在第一平板层和第二平板层之间，其中第一平板层和第二平板层具有小于第一厚度的第二厚度。第一电极和第二电极分别沉积在脊波导结构的左侧和右侧。然后将第二包覆层沉积在第一电极和第二电极以及脊波导结构上。
本发明内容旨在提供对本文档中描述的一些主题的简要概述。因此，应该认识到的是，上述特征仅仅是示例并且不应被解释为以任何方式缩小本文所描述的主题的范围或精神。本文所述主题的其它特征、方面和优点将从以下具体实施方式、附图说明和权利要求中变得清楚。
附图说明
为了更好地理解各种描述的实施例，应结合以下附图来参考下面的具体实施方式，附图中相似的附图标记在整个图中指代对应的部分。
图1是例示根据一些实施例的光开关的简化示意图；
图2是例示根据一些实施例的包含与波导脊相对放置的高κ电极的波导结构的横截面的简化示意图；
图3是例示根据一些实施例的包含具有穿透引线的、与波导脊相对放置的高κ电极的波导结构的横截面的简化示意图；
图4是例示根据一些实施例的包含放置在与波导脊相同侧的高κ电极的波导结构的横截面的简化示意图；
图5是例示根据一些实施例的包含高κ电极并呈现夹层结构的波导结构的横截面的简化示意图；
图6是例示根据一些实施例的包含高κ材料的垂直波导结构的横截面的简化示意图；
图7是例示根据一些实施例的具有与波导结构对齐的电极的波导结构的横截面的简化示意图；
图8是例示根据一些实施例的具有呈现脊状轮廓的电极的波导结构的横截面的简化示意图；
图9是示出根据一些实施例的波导结构的俯视图的简化示意图；
图10是根据一些实施例的用户与混合量子计算设备接口交互的例示；
图11是例示根据一些实施例的显示感应电场方向的波导结构的横截面的简化示意图；
图12A-图12G是例示根据一些实施例的用于构造具有与电极相对定位的脊波导的电光设备的制造方法的示意图；
图13A-图13E是例示根据一些实施例的用于构造具有位于与电极相对的一侧的脊波导的电光设备的制造方法的示意图，引线穿过该波导；
图14A-图14E是例示根据一些实施例的用于构造具有位于与电极相同的一侧的脊波导的电光设备的制造方法的示意图；
图15A-图15E是例示根据一些实施例的用于构造呈现夹层结构的光子设备的制造方法的示意图；以及
图16是根据一些实施例的包括堆叠的层的预制晶片的示意图。
虽然本文描述的特征可能具有各种修改和替代形式，但其特定实施例在附图中以示例的方式示出并且在本文中被详细描述。但是，应该理解的是，附图及其详细描述并不旨在限制所公开的特定形式，相反，意图是涵盖落入如所附权利要求所定义的主题的精神和范围内的所有修改、等效形式和替代形式。
具体实施方式
现在将详细地参考实施例，其示例在附图中示出。在以下详细描述中，阐述了许多具体细节以便提供对所描述的各种实施例的透彻理解。但是，对于本领域的普通技术人员来说清楚的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践所描述的各种实施例。在其它情况下，没有详细地描述众所周知的方法、过程、组件、电路和网络，以免不必要地混淆实施例的方面。
还将理解的是，虽然在一些情况下术语第一、第二等在本文中用于描述各种元素，但是这些元素不应受到这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个元素与另一个元素。例如，第一电极层可以被称为第二电极层，并且类似地，第二电极层可以被称为第一电极层，而不脱离所描述的各种实施例的范围。第一电极层和第二电极层都是电极层，但它们不是同一个电极层。
出于解释的目的，前面的描述已经参考特定实施例进行了描述。但是，上述示例性讨论并不旨在穷举或将权利要求的范围限制为所公开的精确形式。鉴于上述教导，许多修改和变化都是可能的。选择实施例是为了最好地解释权利要求及其实际应用的基本原理，从而使本领域的其它技术人员能够最好地使用具有适合所设想的特定用途的各种修改的实施例。
本发明的实施例涉及光学系统。更特别地，本发明的实施例在光调制器和开关中使用高介电常数材料(即，高κ材料)以降低操作期间的功耗。注意的是，如本文所使用的，“高介电常数材料”旨在指与光调制器或开关的操作组件内的其它材料相比，特别是与用于构造波导的材料相比，具有高介电率的材料。仅作为示例，本发明的实施例是在包括有源光学设备的集成光学系统的上下文中提供的，但是本发明不限于该示例并且具有对各种光学和光电系统的广泛适用性。
根据一些实施例，本文描述的有源光子设备利用电光效应，诸如半导体中的自由载流子感应(free carrier induced)的折射率变化、普克尔效应和/或DC克尔效应来实现光信号的调制和/或切换。因此，本发明的实施例适用于调制器，其中透射光被调制为ON或OFF，或者光通过透射百分比的部分变化进行调制，以及光开关，其中透射光被输出在第一输出端(例如，波导)或第二输出端(例如，波导)上，或具有多于两个输出端以及多于一个输入端的光开关。因此，本发明的实施例适用于各种设计，包括利用本文讨论的方法、设备和技术的M(输入)x N(输出)系统。一些实施例还涉及可以在开关或调制器内采用的电光移相器设备，其在本文中也称为相位调整部分。
图1是例示根据本发明的实施例的光开关的简化示意图。参考图1，开关100包括两个输入端：输入端1和输入端2，以及两个输出端：输出端1和输出端2。作为示例，开关100的输入端和输出端可以被实现为可操作以支持单模或多模光束的光波导。作为示例，开关100可以被实现为分别与一组50/50分束器105和107集成的马赫-曾德尔(Mach-Zehnder)干涉仪。如图1中所示，输入端1和输入端2光耦合到第一50/50分束器105(也称为定向耦合器)，它接收来自输入端1或输入端2的光，并通过50/50分束器中的倏逝(evanescent)耦合，将来自输入端1的输入光的50％引导到波导110中，将来自输入端1的输入光的50％引导到波导112中。同时，第一50/50分束器105将来自输入端2的输入光的50％引导到波导110中，并将来自输入端2的输入光的50％引导到波导112中。仅考虑来自输入端1的输入光，则该输入光在波导110和112之间均匀分割。
马赫-曾德尔干涉仪120包括相位调整部分122。电压V0可以施加在相位调整部分122中的波导上，使得它可以在相位调整部分122中具有可控地变化的折射率。因为波导110和112中的光在传播通过第一50/50分束器105之后仍然具有明确定义的相位关系(例如，它们可以是同相、180°反相等)，因此相位调整部分122中的相位调整可以在波导130和132中传播的光之间引入预定的相位差。如本领域技术人员清楚的，在波导130和132中传播的光之间的相位关系可以导致输出光出现在输出端1(例如，光束同相)或输出端2(例如，光束反相)，从而提供开关功能，因为根据施加在相位调整部分122处的电压V0，光被引导到输出端1或输出端2。虽然在图1中例示了单个有源臂，但是应该认识到的是，马赫-曾德尔干涉仪的两个臂都可以包括相位调整部分。
如图1中所示，与全光开关技术相比，电光开关技术利用在开关的有源区域上施加电偏置(例如，图1中的V0)来产生光学变化。由施加该电压偏置产生的电场和/或电流导致有源区的一种或多种光学特性(诸如折射率或吸光度)发生变化。
虽然图1中例示了马赫-曾德尔干涉仪实施方式，但本发明的实施例不限于这种特定的开关体系架构，并且其它相位调整设备包括在本发明的范围内，包括环形谐振器设计、马赫-曾德尔调制器、广义马赫-曾德尔调制器等。本领域普通技术人员将认识到许多变化、修改和替代形式。
在一些实施例中，本文描述的光学移相器设备可以用于量子计算系统内，诸如图10中所示的混合量子计算系统。替代地，这些光学移相器设备可以用在其它类型的光学系统中。例如，其它计算、通信和/或技术系统可以利用光子移相器来引导系统或网络内的光信号(例如，单光子或连续波(CW)光信号)，并且在各种实施例中，本文描述的移相器体系架构可以在这些系统内使用。
图2-图8–光子移相器的横截面
图2-图8是例示根据各种实施例的用于光子移相器的各种体系架构的简化截面图。注意的是，图2-图8中所示的体系架构是示意图，不一定按比例绘制。虽然图2-图8中所示的体系架构在几个重要的设计特征方面有所不同，但它们也共享一些共同的特征。例如，如下文更详细描述的，图2-图8中的每一个都展示了两个电触件，并且每个电触件包括连接到电极(240、340、440、540、640、740和840，以及242、342、442、542、642、742和842)的引线(230、330、430、530、630、730和830，以及232、332、432、532、632、732和832)。注意的是，如本文所使用的，术语“电极”是指直接耦合到波导结构(例如，以改变波导结构两端的电压降并致动光子开关)的设备组件。另外，术语“引线”是指将电极耦合到设备的其它组件的后端结构(例如，引线可以将电极耦合到可控的电压源)，但引线与波导结构隔离并且不直接耦合到波导结构。在一些实施例中，引线可以由金属(铜、金等)构成，或者可替代地由半导体材料构成。
电极被配置为在波导中靠近光学模式的位置延伸，并且光子移相器被配置为使得可跨两个电极(例如，在一些实施例中，介电电极)引入可控电压差，以改变通过波导传播的光子模式的累积相位。例如，电极可以经由引线耦合到施加可控电压差的电压源。
在一些实施例中，电极可以由具有大介电常数的高κ介电材料构成，使得电极具有比波导和/或平板层(slab layer)的材料更大的介电常数。如本文所使用的，κ用于表示介电常数，它是指相对介电率(permittivity)的实数分量，κ＝Re(εr)＝Re(ε/ε0)，其中εr是复值相对介电率，ε是材料的绝对介电率，并且ε0是介电率自由空间。应该注意的是，为清楚起见，εr的虚数分量与材料的电导率(conductivity)相关，而实数分量κ与材料的介电极化率(polarizability)相关。
与(AC)电压相比，在存在直流(DC)电压的情况下，材料的介电常数可能具有不同的值，并且材料在AC电压下的介电常数可能是频率的函数κ(ω)。因而，在一些实施例中，在为电极、平板层和/或脊波导选择材料时，可以考虑材料在光子移相器的操作频率处的介电常数。
电极可以由沿着分隔第一电极和第二电极的方向(例如，图2-图5和图7-图8中的x方向，或图6中的y方向)具有比平板层的第一材料更高的介电常数的材料构成。例如，在各向异性介质中，介电率张量ε可以用以下矩阵表达，该矩阵使电场E与电位移D相关。
Figure BDA0003888239410000081
其中分量εxx、εxy等表示介电率张量的各个分量。在一些实施例中，可以选择第一电极和第二电极的材料，使得介电率张量的沿着分隔电极的方向的对角分量大于平板层和/或脊部分的材料的介电率张量的对应对角分量。
Figure BDA0003888239410000091
表1-各种材料的χ(3)、折射率和介电常数值
表1例示了各种材料的χ(3)、折射率和介电常数值。如表1中所示，在一些实施例中，STO对于低于10K的温度具有极高的介电常数，使得STO可以是用于电极的理想材料，而BTO可以用于波导的平板层和/或脊部分。
如图所示，图2-图8中的每一个中所示的体系架构展示了包括第一包覆层(cladding layer)和第二包覆层的光子设备。例如，标记为210、310、410、510、610、710和810的区域表示在波导一侧的第一包覆层，而标记为212、312、412、512、612、712和812的区域表示在波导另一侧的第二包覆层。注意的是，术语“第一”和“第二”仅用于区分两个包覆层，例如，术语“第一包覆层”可以指在波导任一侧的包覆层。在一些实施例中，第一包覆层和第二包覆层的折射率可以低于波导结构的折射率。
图2-图8进一步展示了第一电触件和第二电触件，第一电触件包括耦合到第一电极(240、340、440、540、640、740和840)的第一引线(230、330、430、530、630、730和830)，并且第二电触件包括耦合到第二电极(242、342、442、542、642、742和842)的第二引线(232、332、432、532、632、732和842)。第一引线和第二引线可以由诸如金属之类的导电材料构成，或者可替代地它们可以由半导体材料构成。在各种实施例中，第一电极和第二电极由砷化镓(GaAs)、砷化铝镓(AlxG1-xAs)/GaAs异质结构、砷化铟镓(InGaAs)/GaAs异质结构、氧化锌(ZnO)、硫化锌(ZnS)、氧化铟(InO)、掺杂硅、钛酸锶(STO)、掺杂STO、钛酸钡(BTO)、钛酸锶钡(BST)、氧化铪、铌酸锂、氧化锆、氧化钛、氧化石墨烯、氧化钽、锆钛酸铅(PZT，leadzirconium titanate)、锆钛酸铅镧(PLZT，lead lanthanum zirconium titanate)、铌酸锶钡(SBN)、氧化铝、氧化铝、其掺杂变体或固溶体、或二维电子气体中的一种或多种构成。对于第一电极和第二电极由掺杂STO构成的实施例，根据各种实施例，STO可以或者是铌掺杂的、镧掺杂的或者是空位掺杂的。
图2-图8例示了包括平板层(220、320、420和520、651、754和851)的波导结构，该平板层包含第一材料，其中平板层耦合到第一电触件的第一电极和第二电触件的第二电极。在一些实施例中，波导结构还包括由第一材料(或不同材料)构成并耦合到平板层的脊部分(251、351、451和551)，其中脊部分部署在第一电触件和第二电触件之间。在各种实施例中，第一材料是钛酸锶(STO)、钛酸钡(BTO)、钛酸锶钡(BST)、氧化铪、铌酸锂、氧化锆、氧化钛、氧化石墨烯、氧化钽、锆钛酸铅(PZT)、锆钛酸铅镧(PLZT)、铌酸锶钡(SBN)、氧化铝、氧化铝或其掺杂变体或固溶体中的一种。在一些实施例中，第一材料可以是折射率大于第一包覆层和第二包覆层的折射率的透明材料。
在一些实施例中，可以基于构成平板层和/或波导结构的第一材料来选择构成第一电极和第二电极的第二材料。例如，可以选择第二材料使得第二材料具有比第一材料的介电常数更大的介电常数。作为一个示例，如果第一材料是BTO，那么第二材料可以被选择为STO，其在光子设备旨在操作的低温温度(例如，4K)处具有比BTO更大的介电常数。有利的是，对于从波导到电极中的给定的可接受水平的损耗，电极的大介电常数可以使得电极与金属电极相比能够更靠近波导放置。例如，金属电极的高电导率将导致来自波导的光子吸收(即，损耗)的程度大于与波导相同间隔处的电极的吸收。因而，对于给定的损耗容限，电极可以比金属电极更靠近波导放置。电极的高介电常数与介电材料的高极化率对应，这进而导致节能控制机制来调节波导结构内的电场。
在一些实施例中，用于电极和波导结构的材料可以基于它们的有效介电常数来选择。例如，虽然材料的介电常数(或各向异性材料的介电张量)是固有的材料特性，但结构的有效介电常数不仅与其介电常数成比例，而且还取决于结构的形状和尺寸。在这些实施例中，可以选择用于第一电极和第二电极的材料，使得第一电极和第二电极的有效介电常数大于波导结构的有效介电常数。
在一些实施例中，诸如图10中所示的低温恒温器(cryostat)1113之类的低温设备可以被配置为将第一电触件、第二电触件和波导结构维持在低温温度，例如，在77开尔文处或低于77开尔文。
在一些实施例中，第一电触件和第二电触件被配置为在波导结构中沿着一个或多个方向(例如，沿着x方向)产生电场，并且波导结构的特征在于电光系数(例如，χ(2)普克尔系数，或χ(3)克尔系数)具有沿着电场方向对齐的非零值。例如，引线可以耦合到施加可控(例如，可编程)电压差的电压源，从而在波导结构中产生电场，如图10中所示。附加地或可替代地，由波导结构支持的导模可以具有与x方向对齐的偏振方向。
在一些实施例中，第一电极和第二电极被配置为与平板层共面并邻近平板层的第一侧部署的第二层。例如，第一电极和第二电极可以(例如，使用外延或另一种方法，诸如金属有机化学气相沉积、分子束外延、物理气相沉积、溶胶-凝胶等)生长到平板层的第一侧上，使得第一介电层和第二介电层直接耦合到平板层。可替代地，在一些实施例中，中间层可以部署在平板层与第一介电层和第二介电层之间，使得平板层与第一介电层和第二介电层间接耦合。在一些实施例中，中间层可以由氧化物材料构成。
第一电极和第二电极可以由间隙区域(例如，间隙区域243或343)分隔开。在一些实施例中，间隙区域可能已经被蚀刻掉，并且可以用包覆材料填充。在一些实施例中，第一电极和第二电极二者可以作为单个第二层在平板层上方生长，并且可以随后蚀刻掉一个区域以使第一电极和第二电极分隔开。该蚀刻区域随后可以用包覆材料填充。可替代地，蚀刻区域可以留空(即，可以用空气填充或者真空)。
在一些实施例中，在分隔第一电极和第二电极的方向上，第一电极和第二电极的介电常数大于第一材料的介电常数。在大于1mK、小于77K、小于150K和/或在另一个温度范围内的第一温度处，第一电极和第二电极的介电常数可以大于波导结构的介电常数。在一些实施例中，第一材料是具有大于第一包覆层和第二包覆层的折射率的折射率的透明材料。在一些实施例中，第一电极和第二电极的介电常数与第一材料的介电常数之间的比率为2或更大。
透明电极
材料的电导率与其载流子迁移率(例如，电子迁移率或空穴迁移率)和载流子浓度(例如，其自由电子密度或空穴密度)成比例。增加光子移相器设备的电极的电导率可以是期望的，因为它可以使得能够在更高频率处和/或在减少电极加热的情况下增加对设备的控制。但是，电极的大的自由电子密度可能是不期望的，因为具有大的自由电子密度的电极可以为波导结构内的光子提供大的吸收储存器以被电极的自由电子吸收(例如，从而逸出波导结构并进入电极)。换句话说，通过增加为电极选择的材料的自由电子密度来增加电极的电导率可能是不期望的，因为这会增加设备的光子损耗率。
为了解决这些和其它问题，在一些实施例中，电极可以由第二材料构成，该第二材料被选择为由于其高载流子迁移率而具有高电导率，而不是由于其高载流子浓度而具有高电导率。有利的是，高载流子迁移率材料可以产生成比例的高电导率而不引入高光子吸收。高载流子迁移率材料可以表现出期望的导电特性，同时由于其相对较低的载流子浓度(例如，相对于具有相似电导率和低载流子迁移率的材料低)而维持对波导内的光学模式的透明度。经典的Drude理论预测自由载流子吸收与掺杂水平成正比，并且与光学迁移率成反比。因而，具有高迁移率的材料可以表现出降低电阻和自由载流子吸收二者。
例如，在一些实施例中，第一电极和第二电极由第二材料构成，其中第二材料具有高载流子迁移率(例如，高电子迁移率或高空穴迁移率)。作为一个示例，可以选择第二材料以使其电子迁移率高于硅。在一些实施例中，可以选择第二材料以使其具有大于设备的操作频率的带隙。
在一些实施例中，第二材料包括砷化镓(GaAs)、砷化铝镓(AlxGl-xAs)/GaAs异质结构、砷化铟镓(InGaAs)/GaAs异质结构、氧化锌(ZnO)、硫化锌(ZnS)、氧化铟(InO)、掺杂硅、二维电子气或掺杂氧化锶(STO)之一。对于第二材料包括掺杂STO的实施例，掺杂STO可以是或者铌掺杂的、镧掺杂的或者空位掺杂的等。例如，块状GaAs的电子迁移率为8500cm2/Vs，是硅的电子迁移率的6倍以上。InGaAs/GaAs的异质结构在4开尔文处可以达到41000cm2/Vs的迁移率，并且AlxG1-xAs/GaAs异质结构可以达到高达180,000cm2/Vs的迁移率。相比之下，Si的迁移率为1500cm2/Vs。掺杂STO还可以表现出取决于载流子浓度的从10,000cm2/Vs到53,000cm2/Vs的高电子迁移率。
对于第二材料是掺杂材料的实施例，可以基于结果所得掺杂材料的吸收特性来选择掺杂浓度。例如，可以在电光设备的一个或多个操作频率处针对多个掺杂浓度中的每一个分析掺杂材料的吸收，并且可以选择在一个或多个操作频率处表现出低吸收的掺杂浓度。
以下段落描述了在图2-图8中所示的体系架构之间不同的各种设计特征。
图2例示了其中波导结构的脊部分(251)部署在平板层的底部并且延伸到第一包覆层(210)中的体系架构。如图2中所示，脊部分和平板层的组合具有大于单独平板层(220)的第二厚度(260)的第一厚度(262)，并且第一厚度相对于第二厚度的超出部分延伸到在平板层的底侧的包覆层(210)中。如图2中所示，第一电极(240)和第二电极(242)在平板层的与底侧相对的顶侧耦合到平板层(220)。此外，第一电触件(230)和第二电触件(232)部署在平板层(220)的顶侧。应当注意的是，术语“顶”和“底”是为了清楚地参考图中所示的透视图而使用的，并且不一定是指相对于整个设备的任何特定朝向。
图3例示了其中波导结构的脊部分(351)部署在平板层的顶侧并且延伸到第一包覆层(312)中，第一电极和第二电极在平板层的与顶侧相对的底侧耦合到平板层的体系架构。如图所示，脊部分和平板层的组合具有大于单独平板层(320)的第二厚度(360)的第一厚度(362)，并且第一厚度相对于第二厚度的超出部分延伸到在平板层(320)的顶侧的第一包覆层(312)中。如图3中所示，第一电极(340)和第二电极(342)在平板层的与顶侧相对的底侧耦合到平板层(320)。另外，第一电触件(330)通过从平板层的顶侧到平板层的底侧穿过平板层(320)而耦合到第一电极(340)，并且第二电触件(332)通过从平板层的顶侧到平板层的底侧穿过平板层(320)而耦合到第二电极(342)。
图4例示了其中平板层和波导结构的脊部分(451)的组合具有大于平板层(420)的第二厚度(460)的第一厚度(462)，并且第一厚度相对于第二厚度的超出部分延伸到在平板层的顶侧的第一包覆层(412)中的体系架构。如图4中所示，第一电极(440)和第二电极(442)耦合到在平板层的顶侧的第一材料(420)。此外，第一电极(440)和第二电极(442)邻接波导结构的脊部分(451)。
图5例示了其中波导结构包括第一条形波导(strip waveguide)部分(554)和第二条形波导部分(556)的体系架构，其中第一波导部分和第二波导部分由第二材料构成，并且其中平板层(520)部署在第一波导部分(554)和第二波导部分(556)之间。第一电极(540)和第二电极(542)部署在电光层(520)上，第一引线(530)耦合到第一电极，并且第二引线(532)耦合到第二电极。根据一些实施例，图5中所示的设备体系架构可以通过参考图15描述的方法来制造。
在一些实施例中，第一条形波导部分由氮化硅(Si3N4)构成，并且第二条形波导部分由硅构成。在其它实施例中，第一条形波导部分和第二条形波导部分都由氮化硅(Si3N4)构成。可替代地，第一波导部分和第二波导部分中的每一个可以分别由Si3N4、二氧化硅(SiO2)、氧化铝(Al2O3)或其它材料构成。
如图5中所示，第一电极和第二电极邻接第一条形波导，并且第一电极和第二电极具有第一厚度(562)。在一些实施例中，第一电极和第二电极包括与电光层共面并与电光层的第一侧相邻部署的第二层。
在一些实施例中，第一条形波导部分和第二条形波导部分被配置为将光学模式的最大强度部分集中在电光层内。换句话说，仅具有在平板层(520)的一侧的第一条形波导部分(554)以及在另一侧的包覆层(即，没有第二条形波导部分556)，或者仅具有在平板层(520)的一侧的第二条形波导部分(556)以及在另一侧的包覆层(即，没有第一条形波导部分554)可以导致垂直偏移和/或较少集中的光学模式。在一些实施例中，第一条形波导部分邻接平板层，并且第二条形波导部分与平板层分隔开小距离(例如，几纳米或另一个距离)。可替代地，(图5中未示出)，第一条形波导部分和第二条形波导部分都可以邻接平板层。
图6例示了其中第一电极(642)在平板层的顶侧耦合到平板层(651)并且第二电极(640)在平板层的与顶侧相对的底侧耦合到平板层(651)的垂直波导体系架构。换句话说，第一电极和第二电极耦合到波导结构的顶侧和底侧，使得波导结构内的感应电场沿着y方向定向。
图7例示了其中第一电极(740)和第二电极(742)中的每一个与波导结构(754)成直线部署的波导体系架构。换句话说，第一电极和第二电极中的每一个与波导结构部署在具有单一宽度的单一层内。
图8例示了其中第一电极(840)和第二电极(842)与波导结构(851)共享脊状轮廓的波导体系架构，其中脊状轮廓延伸到第一包覆层(812)中。例如，第一电极(840)可以包括脊部分(844)，该脊部分(844)的厚度(862)大于第一电极的其余部分的厚度(860)，并且第二电极(842)可以包括脊部分(846)，该脊部分(846)的厚度(862)大于第二电极的其余部分的厚度(860)。此外，第一电极和第二电极的脊部分可以呈现与波导结构(851)相同的厚度。
图9–光子移相器的俯视图
图9是根据一些实施例的光子移相器体系架构的俯视图。如图所示，移相器可以包括第一引线(930)和第二引线(932)、第一电极(940)和第二电极(942)、平板(例如，波导)层(920)，以及波导结构的脊部分(951)。
图10–混合量子计算系统
图10是例示根据一些实施例的将具有低温恒温器的电光开关结合到混合量子计算系统中的简化系统图。为了在低温(例如液氦温度)处操作，本发明的实施例将本文讨论的电光开关集成到包括冷却系统的系统中。因此，本发明的实施例提供了可以在混合计算系统中使用的光学移相器，例如，如图8中所示。混合计算系统1101包括通信耦合到混合量子计算(QC)子系统1105的用户接口设备1103。用户接口设备1103可以是任何类型的用户接口设备，例如，包括显示器、键盘、鼠标、触摸屏等的终端。另外，用户接口设备本身可以是诸如个人计算机(PC)、膝上型电脑、平板计算机等的计算机。在一些实施例中，用户接口设备1103提供用户可以用其与混合QC子系统1105交互的接口。例如，用户接口设备1103可以运行诸如文本编辑器、交互式开发环境(IDE)、命令提示符、图形用户界面等软件，使得用户可以对QC子系统进行编程或以其它方式与之交互以运行一种或多种量子算法。在其它实施例中，QC子系统1105可以被预编程，并且用户接口设备1103可以仅是用户能够发起量子计算、监控进程并从混合QC子系统1105接收结果的接口。混合QC子系统1105还包括耦合到一个或多个量子计算芯片1109的经典计算系统1107。在一些示例中，经典计算系统1107和量子计算芯片1109可以耦合到其它电子组件1111，例如，脉冲泵浦激光器、微波振荡器、电源、联网硬件等。
在利用低温操作的一些实施例中，量子计算系统1109可以容纳在低温恒温器，例如，低温恒温器1113内。在一些实施例中，量子计算芯片1109可以包括一个或多个组成芯片，例如，混合电子芯片1115和集成光子芯片1117。信号能够以多种方式，例如，经由光学互连1119和经由其它电子互连1121在芯片上和芯片外路由。
图11–光子移相器中的感应电场
图11是例示根据一些实施例的图2中所示的波导结构的横截面的简化示意图，其中感应电场的方向用箭头示出。如图所示，小箭头示出了感应电场方向，该方向大致沿着正x方向指向通过设备的电极。如图所示，电场在电极上方和下方均以凸形方式弯曲。此外，指向正x方向的大箭头(1150)例示了可以行进通过平板层和波导的光学模式的偏振方向。
图12-图15–电光设备的制造方法
最近的技术进步已证明了使用复杂分子束外延(MBE)技术在平面Si衬底上成功生长铁电(ferroelectric)薄膜，这使得使用半导体加工技术在电光设备中单片集成各种复杂氧化物成为可能。BaTiO3或BTO被认为是下一代电光开关的首选材料，因为它的高普克尔系数、高带宽和低介电损耗。在一些实施例中，可以使用SrTiO3作为缓冲剂在硅衬底上外延生长毯式(blanket)BTO薄膜。然后可以将二氧化硅(SiO2)键合层覆盖在BTO薄膜上。在另一个硅晶片上，硅波导被形成并被具有平坦顶表面的二氧化硅包覆层包围，这可以通过例如在硅波导上毯式沉积二氧化硅层之后进行化学机械抛光来获得。上面形成有毯式BTO膜的第一晶片通过晶片对晶片(wafer-to-wafer)键合与第二晶片键合，使得毯式BTO膜转移到第二晶片上的二氧化硅包覆的平坦顶表面。随后移除这个第一晶片(例如，通过研磨和/或化学机械抛光)，然后在BTO膜中形成电极或接触件以允许跨接触件施加电场。这个过程涉及将BTO膜从一个衬底转移到另一个衬底，因此效率低、成本高，并且限制了底层设备体系架构。图12-图15例示了根据各种实施例的用于各种电光设备体系架构的制造过程的改进方法。
图12A-图12G是例示根据一些实施例的用于构造具有与电极相对定位的脊波导的电光设备的制造方法的示意图。
图12A例示了用于构造设备的初始步骤，包括在衬底层(1202)上沉积种子层(1204)，以及在种子层(1204)上沉积电光层(1206)。顺序的层可以外延沉积，或者它们可以使用另一种技术来沉积。在一些实施例中，可以接收包括第一层堆叠的第一晶片，其中第一层堆叠包括所示的衬底层(1202)、种子层(1204)和电光层(1206)。换句话说，可以从制造商处接收与图12A中所示的对应的预制晶片。可替代地，可以接收包括种子层(1204)、衬底层(1202)和/或电光层(1206)中的一个或多个的部分完成的晶片，并且可以沉积剩余的层以完成晶片。
在一些实施例中，衬底层是绝缘体上硅(SOI)晶片，并且衬底层的第一部分是与种子层接触的SOI晶片的顶部硅层。SOI晶片可以包括半导体(例如，硅或Si)基部、在半导体基部衬底上的氧化物层(例如，二氧化硅或SiO2)以及在氧化物层上的半导体层(例如，硅)。虽然本文使用在硅基部衬底上的二氧化硅层上具有硅层的基于硅的SOI衬底作为SOI衬底的示例，但是SOI衬底可以基于其它类型的半导体(例如，锗或砷化镓)。SOI衬底上的硅层和SiO2层的厚度可以根据各种实施例而变化。在一些实施例中，SOI衬底上的硅层的厚度等于或小于150nm，SiO2层的厚度可以在0.5至4μm的范围内，并且硅基部的厚度可以在100μm至2mm的范围内。
在一些实施例中，种子层由钛酸锶(STO)、钛酸锶钡(BST)、氧化铪、氧化锆、氧化钛、氧化石墨烯、氧化钽、锆钛酸铅(PZT)、锆钛酸铅镧(PLZT)、铌酸锶钡(SBN)、氧化镁(MgO)、锗(Ge)等中的一种构成。在一些实施例中，种子层可以比30nm薄，并且可以用作互通(interworking)层以将电光层附接到衬底层。在这些实施例中，种子层和互通层可以最终在后续的制造步骤中被移除。可替代地，在一些实施例中，种子层可以更厚(例如，厚度为4nm-300nm)，并且可以随后被蚀刻以将种子层拆分成与第二电极分离的第一电极，如下文更详细地描述。
在一些实施例中，电光层由钛酸钡(BTO)、钛酸锶钡(BST)、铌酸锂、锆钛酸铅(PZT)、锆钛酸铅镧(PLZT)、氧化铝、亚硝酸铝或铌酸锶钡(SBN)中的一种构成。在一些实施例中，第一包覆层可以由二氧化硅或另一种材料构成。
在一些实施例中，在衬底层上沉积种子层包括获得具有干净硅表面(例如，Si[001]2x1重构表面)的SOI衬底，以及使用常规技术将硅表面钝化。在将硅表面钝化之后，可以在硅层上外延生长SrTiO3缓冲层。外延生长的SrTiO3层的薄膜(～3nm至30nm)可以最初作为缓冲层生长，以促进随后沉积的BaTiO3层的外延生长。在一些实施例中，SrTiO3的前几个ML(1-3ML)可以在较低温度(例如，100-300℃)处在例如10-8-1.5x10-6 Torr的氧气压力下生长，以避免在硅表面处的氧化。SrTiO3的这几个ML大部分是无定形的，因此可以进行在超高真空条件(例如，压力<5x10-9 Torr)下在更高温度(例如，500-750℃)处的退火工艺，以使生长在硅表面上的SrTiO3结晶。更多的SrTiO3可以在较高温度(例如，500-600℃)或较低温度(例如，300-500℃)处生长，然后在较高温度(例如，550-750℃)处退火，直到达到期望厚度的SrTiO3缓冲层。
图12B例示了如何蚀刻电光层以构造脊波导结构(1224)。在蚀刻电光层之后，在电光层(1206)上沉积第一包覆层(1208)。例如，在沉积第一包覆层之前，可以从均匀的电光层形成脊结构。在一些实施例中，脊波导结构可以通过获得具有例如200-350nm厚度的电光层、掩蔽电光层上脊波导结构将位于的区域以及使用各向异性蚀刻(例如，RIE)过程来蚀刻SOI衬底上的电光层以将电光层的未掩蔽部分减薄至例如小于150nm来形成。然后将第一包覆层沉积在脊波导结构和电光层的已被减薄的部分上。
图12C例示了平坦化第一包覆层(1210)。例如，图12A中所示的第一包覆层的上表面可能不够平坦，并且可以将第一包覆层平坦化以减少第一包覆层的厚度变化。
图12D例示了将平坦化的第一包覆层(1210)键合到晶片(1212)。在一些实施例中，第一包覆层的上表面可以键合到晶片。在一些实施例中，晶片(1212)包括光学中介层(interposer)，或者晶片可以是设备的另一种类型的电路组件。一般而言，晶片可以包含将被配置为接近脊波导的多种不同类型的组件中的任何一种。
图12E例示了从现在示为设备的上表面的地方移除衬底层(1202)。移除衬底层可以暴露种子层。
图12F例示了蚀刻种子层以将种子层拆分成与第二电极(1216)分离的第一电极(1214)。可以执行蚀刻种子层以暴露电光层的一部分。该方法可以继续在蚀刻的种子层和电光层的暴露部分上沉积第二包覆层(1218)。
图12G例示了蚀刻第二包覆层以暴露第一电极的第一部分，蚀刻第二包覆层以暴露第二电极的第二部分，通过暴露的第一部分将第一引线(1220)沉积到第一电极(1214)上，并通过暴露的第二部分将第二引线(1222)沉积到第二电极(1216)上。第一引线和第二引线可以由诸如金属(例如，铜、金等)的导电材料构成，或者可替代地，它们可以由半导体构成。例如，最终设备可以在结构上类似于图2中所示的设备。
图13A-图13E是例示根据一些实施例的用于构造具有位于与电极相对的一侧的脊波导的电光设备的制造方法的示意图，引线穿过波导的平板层。例如，图13A-图13E中所示的方法步骤可以被用于构造类似于图3中所示的设备的设备。
图13A例示了用于制造设备的初始步骤，包括在衬底层(1302)上沉积种子层(1304)、在种子层(1304)上沉积电光层(1306)并在电光层(1306)上沉积电极层(1308)。顺序的层可以外延沉积，或者它们可以使用另一种技术来沉积。可替代地，可以从制造商处接收诸如图13A中所示的完成的晶片。可替代地，可以接收包括种子层(1304)、衬底层(1302)和/或电光层(1306)中的一个或多个的部分完成的晶片，并且可以沉积剩余的层以完成晶片。
在一些实施例中，种子层由钛酸锶(STO)、钛酸锶钡(BST)、氧化铪、氧化锆、氧化钛、氧化石墨烯、氧化钽、锆钛酸铅(PZT)、锆钛酸铅镧(PLZT)、铌酸锶钡(SBN)、氧化镁(MgO)、锗等中的一种构成。
在一些实施例中，电光层由钛酸钡(BTO)、钛酸锶钡(BST)、铌酸锂、锆钛酸铅(PZT)、锆钛酸铅镧(PLZT)、氧化铝、亚硝酸铝或铌酸锶钡(SBN)中的一种组成。
图13B例示了蚀刻电极层(1308)以暴露电光层的一部分并将电极层拆分成与第二电极(1312)分离的第一电极(1310)。在执行蚀刻之后，在电光层的暴露部分以及第一电极和第二电极上沉积第一包覆层(1314)。
图13C例示了平坦化第一包覆层并将平坦化的第一包覆层(1314)键合到晶片(1316)。例如，第一包覆层可以被平坦化以增加其厚度均匀性并改进与晶片的键合。在键合到晶片之前，设备可以被翻转倒置，使得平坦化的第一包覆层现在位于设备的底部以键合到晶片。在一些实施例中，晶片(1316)包括光学中介层，或者晶片可以是设备的另一种类型的电路组件。一般而言，晶片可以包含将被配置为接近电极的多种不同类型的组件中的任何一种。
图13D例示了移除衬底层(1302)和种子层(1304)，并且在移除衬底层和种子层之后，蚀刻电光层(1306)以产生具有第一厚度(1326)的脊波导(1318)，其部署在具有小于第一厚度(1326)的第二厚度(1328)的第一平板层(1320)和第二平板层(1322)之间。在一些实施例中，为了进一步提高脊波导附近区域中的电光系数，不仅移除了衬底层(1302)和种子层(1304)，还移除了电光层1306的部分，以移除在靠近种子层的区域中生长的任何c轴电光材料(例如，在STO种子和BTO电光层的情况下)。在蚀刻脊波导之后，可以在第一平板层和第二平板层以及脊波导结构上沉积第二包覆层(1324)。
图13E例示了蚀刻穿过第二包覆层(1324)和第一平板层以暴露第一电极的第一部分，蚀刻穿过第二包覆层和第二平板层以暴露第二电极的第二部分，通过暴露的第一部分将第一引线(1330)沉积到第一电极(1310)上，并且通过暴露的第二部分将第二引线(1332)沉积到第二电极(1312)上。第一引线和第二引线可以由诸如金属之类的导电材料构成，或者可替代地，它们可以由半导体构成。
图14A-图14E是例示根据一些实施例的用于构造具有位于与电极相同的一侧的脊波导的电光设备的制造方法的示意图。例如，图14A-图14E中所示的方法步骤可以被用于构造类似于图4中所示的设备的设备。
图14A例示了用于制造设备的初始步骤，包括在衬底层(1402)上沉积种子层(1404)，在种子层(1404)上沉积电光层(1406)，以及在电光层(1406)上沉积第一包覆层(1408)。顺序的层可以外延沉积，或者它们可以使用另一种技术来沉积。可替代地，可以从制造商处接收诸如图14A中所示的完成的晶片。可替代地，可以接收包括种子层(1404)、衬底层(1402)、电光层(1406)和/或第一包覆层(1408)中的一个或多个的部分完成的晶片，并且可以沉积剩余的层以完成晶片。
在一些实施例中，电光层由钛酸钡(BTO)、钛酸锶钡(BST)、铌酸锂、锆钛酸铅(PZT)、锆钛酸铅镧(PLZT)、氧化铝、亚硝酸铝或铌酸锶钡(SBN)中的一种组成。
图14B例示了平坦化第一包覆层(1408)以增加第一包覆层的厚度均匀性，并将平坦化的第一包覆层(1408)键合到晶片(1410)。在键合到晶片之前，设备可以被翻转倒置，使得平坦化的第一包覆层现在位于设备的底部以键合到晶片。在一些实施例中，晶片(1410)包括光学中介层，或者晶片可以是设备的另一种类型的电路组件。一般而言，晶片可以包含将被配置为接近种子层的多种不同类型的组件中的任何一种。
图14C例示了移除衬底层(1402)和种子层(1404)，并且在移除衬底层和种子层之后，蚀刻电光层以产生具有第一厚度(1418)的脊波导(1412)，其部署在第一平板层(1414)和第二平板层(1416)之间，其中第一平板层和第二平板层具有小于第一厚度(1418)的第二厚度(1420)。在一些实施例中，为了进一步提高脊波导附近区域中的电光系数，不仅移除了衬底层(1402)和种子层(1404)，还移除了电光层1406的一部分，以移除在靠近种子层的区域中生长的任何c轴电光材料(例如，在STO种子和BTO电光层的情况下)。
图14D例示了分别在脊波导结构(1412)的左侧和右侧沉积第一电极(1422)和第二电极(1424)，并且在第一电极和第二电极以及脊波导结构上沉积第二包覆层(1426)。在一些实施例中，第一电极和第二电极由钛酸锶(STO)、钛酸锶钡(BST)、氧化铪、氧化锆、氧化钛、氧化石墨烯、氧化钽、锆钛酸铅(PZT)、锆钛酸铅镧(PLZT)或铌酸锶钡(SBN)中的一种构成。
图14E例示了蚀刻穿过第二包覆层以暴露第一电极的第一部分，蚀刻穿过第二包覆层以暴露第二电极的第二部分，通过暴露的第一部分将第一引线(1428)沉积到第一电极(1422)上，以及通过暴露的第二部分将第二引线(1430)沉积到第二电极(1424)上。第一引线和第二引线可以由诸如金属之类的导电材料构成，或者可替代地，它们可以由半导体构成。
图15A-图15E例示了根据一些实施例的用于制造呈现夹层结构的光子设备的方法。例如，图15A-图15E中所示的方法步骤可以被用于构造类似于图5中所示的设备的设备。
图15A例示了第一晶片(1500)的横截面，其包括部署在第一衬底层(1506)上的电极层(1504)和部署在电极层(1504)上的电光层(1502)。可替代地，在一些实施例中，电光层(1502)部署在种子层(未示出)上。在一些实施例中，第一晶片可以由晶片制造商预制并且被接收以用于如图15C-图15E中描述的进一步的制造步骤。可替代地，可以在内部(in-house)制造第一晶片。例如，通过利用外延沉积或多种其它沉积技术中的任何一种，电极层和电光层可以顺序地沉积在第一衬底层上，如在整个公开中不同地描述的。
图15B例示了第二晶片(1501)的横截面，该第二晶片(1501)包括部署在第二包覆层(1510)下方的第二衬底层(1512)和部署在第二包覆层内并靠近第二包覆层的上表面的第二条形波导结构(1508)。在一些实施例中，第二晶片(1501)可以由晶片制造商预制并且被接收以用于如图15C-图15E中描述的进一步的制造步骤。可替代地，可以根据期望在内部制造第二晶片。
在一些实施例中，第一晶片(1500)被翻转，并且第一晶片的电光层(1502)的暴露表面键合到第二晶片的第二包覆层(1510)的暴露表面。因而，第一晶片和第二晶片键合在一起。
图15C例示了在一些实施例中在将第一晶片键合到第二晶片之后，如何将第一包覆层(1506)移除，以及蚀刻电极层(1504)以将电极层拆分成与第二电极(1516)分离的第一电极(1514)。在其它实施例中，电极层(1504)用作最终被移除的相对薄的种子层。为了进一步改进种子层表面附近区域中的电光系数，除了衬底层(1506)和电极/种子层(1504)之外，还可以移除电光层(1502)的一部分。在这些实施例中，在种子层的这种移除或任何部分移除步骤之后，可以如上所述沉积和蚀刻新的电极层。
图15D例示了如何在第一电极(1514)和第二电极(1516)之间沉积第一条形波导结构(1520)。在一些实施例中，沉积过程之后是平坦化步骤，以例如通过光刻图案化或化学机械抛光(CMP)的方式从电极上方的区域移除过多的材料。在一些实施例中，用于条形波导结构(1520)和/或条形波导结构(1508)的材料如上文参考图5所描述的，并且可以是例如氮化硅。随后，在第一电极和第二电极以及第一条形波导结构上沉积第一包覆层(1518)。
最后，图15E例示了如何蚀刻第一包覆层(1518)以暴露第一电极(1514)的一部分和第二电极(1516)的一部分。然后将第一引线(1522)沉积在第一电极的暴露部分上，并且将第二引线(1524)沉积在第二电极的暴露部分上。图15E例示了引线沉积在第一电极和第二电极的上表面上的实施例。但是，在其它实施例中，第一电极和第二电极的暴露部分本身可以被蚀刻，使得第一引线和第二引线沉积在第一电极和第二电极的横截面内的一定距离内，或者可能沉积在电光层(1502)的上表面上。
图16例示了根据各种实施例的包括层堆叠的第一晶片的横截面，该第一晶片可以作为本文描述的各种设备的制造过程的一部分而被接收。如图所示，第一绝缘衬底层(1502)可以(可选地)部署在种子层(1504)下方，种子层(1504)部署在电光层(1506)下方，电光层(1506)(可选地)部署在电极层(1508)下方，电极层(1508)(可选地)部署在第二绝缘衬底层(1510)下方。注意的是，取决于要采用的具体制造方法，第一晶片可以是各种类型，因为种子层、电极层和第二衬底层可以根据期望可选地存在或不存在。
在一些实施例中，可以随后蚀刻种子层(1504)以形成与第二电极分离的第一电极。可替代地，在一些实施例中，种子层仅用于提供电光层和第一衬底层之间的互通层，并且种子层最终在制造过程中被移除。在这些实施例中，可以蚀刻电极层(1508)以形成第一电极和第二电极。
在本文中各种描述的实施例的描述中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，并且不旨在进行限制。如在各种描述的实施例和所附权利要求的描述中使用的，单数形式“一个”、“一种”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文另有明确指示。还将理解的是，如本文所使用的，术语“和/或”是指并且涵盖相关联列出的项目中的一个或多个的任何和所有可能的组合。将进一步理解的是，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”指定所述特征、整数、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元素、组件和/或它们的组的存在或添加。
如本文所使用的，取决于上下文，术语“如果”可选地解释为表示“当…时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”或“根据确定”。
为了解释的目的，前面的描述已经参考特定实施例进行了描述。但是，上述示例性讨论并不旨在是详尽的或将权利要求的范围限制到所公开的精确形式。鉴于上述教导，许多修改和变化都是可能的。选择实施例是为了最好地解释权利要求及其实际应用所依据的原理，从而使本领域的其他技术人员能够最好地使用具有适合预期特定用途的各种修改的实施例。
还应该理解的是，本文描述的示例和实施例仅用于例示目的，并且根据其的各种修改或改变将被建议给本领域技术人员并且将被包括在本申请的精神和范围以及所附权利要求的范围内。

Claims (20)

1.一种用于构造设备的方法，该方法包括：
接收包括第一层堆叠的第一晶片，其中第一层堆叠包括：
衬底层；
种子层，部署在衬底层上；以及
电光层，部署在种子层上；
接收第二晶片；
将第一层堆叠键合到第二晶片；
移除衬底层；
蚀刻种子层，以在种子层中形成与第二电极分离的第一电极；以及
在第一电极和第二电极上沉积第二包覆层。
2.如权利要求1所述的方法，
其中第一层堆叠还包括部署在电光层上的第一包覆层，
其中将第一层堆叠键合到第二晶片包括将第一包覆层的表面键合到第二晶片。
3.如权利要求2所述的方法，还包括：
在将第一包覆层的表面键合到第二晶片之前，平坦化第一包覆层。
4.如权利要求1所述的方法，该方法还包括：
蚀刻第二包覆层以暴露第一电极的第一部分；
蚀刻第二包覆层以暴露第二电极的第二部分；
通过暴露的第一部分将第一引线沉积到第一电极上；以及
通过暴露的第二部分将第二引线沉积到第二电极上。
5.如权利要求1所述的方法，
其中电光层包括脊波导结构。
6.如权利要求5所述的方法，
其中衬底层包括绝缘体上硅(SOI)晶片，以及
其中SOI晶片的硅层与种子层接触。
7.如权利要求1所述的方法，
其中第二晶片包括光学中介层。
8.如权利要求1所述的方法，
其中种子层包括以下之一：
钛酸锶；
钛酸锶钡；
氧化铪；
氧化锆；
氧化钛；
氧化石墨烯；
氧化钽；
锆钛酸铅；
锆钛酸铅镧；
氧化镁；
锗；或者
铌酸锶钡，以及
其中电光层包括以下之一：
钛酸钡；
钛酸锶钡；
铌酸锂；
锆钛酸铅；
锆钛酸铅镧；
氧化铝；
亚硝酸铝；或者
铌酸锶钡。
9.一种用于构造设备的方法，该方法包括：
接收包括第一层堆叠的第一晶片，其中第一层堆叠包括：
种子层，部署在衬底层上；
电光层，部署在种子层上；以及
电极层，部署在电光层上；
蚀刻电极层，以暴露电光层的一部分并将电极层拆分成与第二电极分离的第一电极；
在电光层的暴露部分以及第一电极和第二电极上沉积第一包覆层；
将第一包覆层的表面键合到第二晶片；
移除衬底层和种子层；
在移除衬底层和种子层之后，蚀刻电光层以产生具有第一厚度的脊波导，该脊波导部署在具有小于第一厚度的第二厚度的第一平板层和第二平板层之间；以及
在第一平板层和第二平板层以及脊波导结构上沉积第二包覆层。
10.如权利要求9所述的方法，该方法还包括：
在将第一包覆层键合到第二晶片之前，平坦化第一包覆层。
11.如权利要求9所述的方法，该方法还包括：
蚀刻穿过第二包覆层和第一平板层以暴露第一电极的第一部分；
蚀刻穿过第二包覆层和第二平板层以暴露第二电极的第二部分；
通过暴露的第一部分将第一引线沉积到第一电极上；以及
通过暴露的第二部分将第二引线沉积到第二电极上。
12.如权利要求9所述的方法，还包括：
其中衬底层包括绝缘体上硅(SOI)晶片，以及
其中SOI晶片的硅层与种子层接触。
13.如权利要求9所述的方法，
其中第二晶片包括光学中介层。
14.如权利要求9所述的方法，
其中种子层包括以下之一：
钛酸锶；
钛酸锶钡；
氧化铪；
氧化锆；
氧化钛；
氧化石墨烯；
氧化钽；
锆钛酸铅；
锆钛酸铅镧；
氧化镁；
锗；或者
铌酸锶钡，以及
其中电光层包括以下之一：
钛酸钡；
钛酸锶钡；
铌酸锂；
锆钛酸铅；
锆钛酸铅镧；
氧化铝；
亚硝酸铝；或者
铌酸锶钡。
15.一种用于构造设备的方法，该方法包括：
接收包括第一层堆叠的第一晶片，其中第一层堆叠包括：
种子层，部署在衬底层上；
电光层，部署在种子层上；以及
第一包覆层，部署在电光层上；
将第一包覆层键合到第二晶片；
移除衬底层和种子层；
在移除衬底层和种子层之后，蚀刻电光层以产生具有第一厚度的脊波导，该脊波导部署在第一平板层和第二平板层之间，其中第一平板层和第二平板层具有小于第一厚度的第二厚度；
在脊波导结构的左侧和右侧分别沉积第一电极和第二电极；以及
在第一电极和第二电极以及脊波导结构上沉积第二包覆层。
16.如权利要求15所述的方法，该方法还包括：
在将第一包覆层键合到第二晶片之前，平坦化第一包覆层。
17.如权利要求15所述的方法，该方法还包括：
蚀刻穿过第二包覆层以暴露第一电极的第一部分；
蚀刻穿过第二包覆层以暴露第二电极的第二部分；
通过暴露的第一部分将第一引线沉积到第一电极上；以及
通过暴露的第二部分将第二引线沉积到第二电极上。
18.如权利要求15所述的方法，
其中衬底层包括绝缘体上硅(SOI)晶片，该方法还包括：
氧化与种子层接触的SOI晶片的顶部硅层。
19.如权利要求15所述的方法，
其中第二晶片包括光学中介层。
20.如权利要求16所述的方法，
其中种子层包括以下之一：
钛酸锶；
钛酸锶钡；
氧化铪；
氧化锆；
氧化钛；
氧化石墨烯；
氧化钽；
锆钛酸铅；
锆钛酸铅镧；
氧化镁；
锗；或者
铌酸锶钡，以及
其中电光层包括以下之一：
钛酸钡；
钛酸锶钡；
铌酸锂；
锆钛酸铅；
锆钛酸铅镧；
氧化铝；
亚硝酸铝；或者
铌酸锶钡。
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