CN117872544A - 硅-锆钛酸铅异质光电融合单片集成系统 - Google Patents
硅-锆钛酸铅异质光电融合单片集成系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117872544A CN117872544A CN202410275168.7A CN202410275168A CN117872544A CN 117872544 A CN117872544 A CN 117872544A CN 202410275168 A CN202410275168 A CN 202410275168A CN 117872544 A CN117872544 A CN 117872544A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- silicon
- film layer
- zirconate titanate
- lead zirconate
- optical path
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 229910052451 lead zirconate titanate Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 73
- ZGUQQOOKFJPJRS-UHFFFAOYSA-N lead silicon Chemical compound [Si].[Pb] ZGUQQOOKFJPJRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 25
- 230000004927 fusion Effects 0.000 title claims abstract description 19
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 135
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 80
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 80
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 79
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims abstract description 64
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 53
- HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N lead zirconate titanate Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ti+4].[Zr+4].[Pb+2] HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 48
- 239000010408 film Substances 0.000 claims abstract description 27
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims abstract description 27
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 claims abstract description 24
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 14
- VJJVVKGSBWRFNP-UHFFFAOYSA-N [O].[Si](=O)=O Chemical compound [O].[Si](=O)=O VJJVVKGSBWRFNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 35
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 35
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 12
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 12
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 12
- LEVVHYCKPQWKOP-UHFFFAOYSA-N [Si].[Ge] Chemical compound [Si].[Ge] LEVVHYCKPQWKOP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 6
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 abstract description 16
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 abstract description 7
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 abstract description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 5
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 description 2
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000013473 artificial intelligence Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000000407 epitaxy Methods 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 1
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 1
- 239000000382 optic material Substances 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 239000002210 silicon-based material Substances 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Optical Integrated Circuits (AREA)
Abstract
本发明提供了一种硅‑锆钛酸铅异质光电融合单片集成系统，涉及光电集成技术领域，包括：硅‑锆钛酸铅晶圆和光电集成系统链路，硅‑锆钛酸铅晶圆包括的硅衬底、二氧化硅埋氧层、硅薄膜层和二氧化硅包埋层从下至上依次生长，锆钛酸铅薄膜层平行于硅薄膜层并内设于二氧化硅包埋层中部；光电集成系统链路包括第一光路器件、第二光路器件和电路器件，第一光路器件和电路器件设于硅薄膜层上，第二光路器件设于锆钛酸铅薄膜层上；第一光路器件与第二光路器件进行光信号传输，电路器件与第一光路器件、第二光路器件进行电信号传输。本发明能够解决现有纯硅CMOS兼容光电集成系统传输带宽受限的问题。
Description
技术领域
本发明涉及半导体光电集成技术领域，尤其涉及一种硅-锆钛酸铅异质光电融合单片集成系统。
背景技术
随着5G应用、互联网、物联网、人工智能等高速通信应用需求的快速爆发，传统电互连技术无法满足大流量通信在带宽、集成度和功耗等方面的需求，近年来，光子技术的突破表现出了高带宽、高集成度、低功耗、低延时的优势，片上光互连和光电集成技术的发展成为高速通信发展的重要解决方案。
在互补金属氧化物半导体兼容（CMOS）的工艺平台上，硅光子器件具备高集成度优势，并且可以和电学器件实现同平台共衬底单片互连集成，成为近年来前沿热门技术。然而，硅材料不具备高效的线性电光效应，因而需要采用载流子掺杂实现等离子体色散调制，受到载流子迁移速率和结电容等固有限制，无法实现高带宽的电光调制器，当前阶段实用型的硅基耗尽型马赫-曾德尔电光调制器带宽一般为30-50GHz，成为进一步提升系统带宽的技术瓶颈。
因此，如何解决无法进一步提升光电集成系统带宽的技术问题，实现CMOS兼容的光电融合单片集成系统，是一项极富挑战性的工作。
发明内容
鉴于上述问题，本发明提供了一种硅-锆钛酸铅异质光电融合单片集成系统，以解决无法进一步提升光电集成系统带宽的问题。
本发明提供了一种硅-锆钛酸铅异质光电融合单片集成系统，包括：硅-锆钛酸铅晶圆和光电集成系统链路，硅-锆钛酸铅晶圆包括硅衬底、二氧化硅埋氧层、硅薄膜层、二氧化硅包埋层和锆钛酸铅薄膜层，所述硅衬底、二氧化硅埋氧层、硅薄膜层和二氧化硅包埋层从下至上依次生长，所述锆钛酸铅薄膜层平行于所述硅薄膜层并内设于所述二氧化硅包埋层中部，所述锆钛酸铅薄膜层与所述硅薄膜层通过所述二氧化硅包埋层间隔设置；光电集成系统链路包括第一光路器件、第二光路器件和电路器件，所述第一光路器件和所述电路器件设于所述硅薄膜层上，所述第二光路器件设于所述锆钛酸铅薄膜层上；其中，所述第一光路器件与第二光路器件进行光信号传输，所述电路器件与所述第一光路器件、所述第二光路器件进行电信号传输。
可选地，所述二氧化硅包埋层上表面设有金属层，所述二氧化硅包埋层内设有金属波导连接层；所述金属层平行于所述锆钛酸铅薄膜层；所述金属波导连接层垂直于所述金属层；所述电路器件与所述第一光路器件、所述电路器件与所述第二光路器件通过所述金属层与所述金属波导连接层连接。
可选地，所述第一光路器件包括第一无源光波导器件和锗硅探测器，所述第一无源光波导器件为刻蚀所述硅薄膜层形成的器件，所述锗硅探测器为所述硅薄膜层上外延金属锗形成的器件。
可选地，所述第二光路器件包括第二无源光波导器件和电光调制器，所述第二无源光波导器件为刻蚀所述锆钛酸铅薄膜层形成的器件，所述电光调制器为所述锆钛酸铅薄膜层上外延形成的器件。
可选地，所述第一无源光波导器件与所述第二无源光波导器件在与所述硅衬底平行的投影面存在部分重叠区域，所述重叠区域之间形成耦合结构。
可选地，所述第一无源光波导器件与所述第二无源光波导器件形成所述耦合结构的一端的宽度小于形成所述耦合结构的相对一端的宽度，在相对延伸方向上均为倒锥形结构。
可选地，所述第二无源光波导器件的宽度大于所述第一无源光波导器件的宽度。
可选地，所述硅薄膜层包括第一区域硅薄膜层和第二区域硅薄膜层，所述第一区域硅薄膜层的厚度大于所述第二区域硅薄膜层的厚度，所述第一光路器件设于所述第一区域硅薄膜层上，所述电路器件设于所述第二区域硅薄膜层上。
可选地，所述第一区域硅薄膜层的厚度为210nm~230nm，所述第二区域硅薄膜层的厚度为80nm~100nm。
可选地，所述锆钛酸铅薄膜层的厚度为200nm~500nm。
在本发明实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：
1、本发明提供的硅-锆钛酸铅晶圆作为集成工艺平台，将锆钛酸铅材料作为异质材料集成到SOI晶圆体系中，实现CMOS兼容的光电融合单片集成系统，基于硅基的光电融合集成片晶圆平台以及高速锆钛酸铅晶圆平台都具备切实可行性，因此通过在硅基平台上异质集成锆钛酸铅材料实现硅-锆钛酸铅异质光电融合单片集成系统具备商业化应用基础和前景；
2、本发明提供的硅-锆钛酸铅异质光电融合单片集成系统能够实现高速有源光子器件、低损耗无源光波导器件的光学元件和高性能晶体管、高品质射频无源器件的微电子元件的同平台共衬底集成，由于锆钛酸铅材料属于钙钛矿型晶体，拥有明显的线性电光效应，Pockels系数大于100pm/V，超铌酸锂电光材料的三倍多，可用于单通道200Gbps的信号传输，因此本发明在通信应用层面可以突破现有硅基等离子体色散调制器件的带宽受限问题，适用于下一代高带宽大容量通信应用需求，同时也能成为支撑传感、计算和激光雷达等光电集成应用领域的重要研发平台。
附图说明
为了更完整地理解本发明及其优势，现在将参考结合附图的以下描述，其中：
图1示意性示出了本发明实施例提供的硅-锆钛酸铅异质光电融合单片集成系统的光电集成系统链路的硅-锆钛酸铅晶圆的截面示意图；
图2示意性示出了本发明实施例提供的金属电极的截面示意图；
图3示意性示出了本发明实施例提供的一种第一无源光波导器件与第二无源光波导器件的俯视图；
图4示意性示出了本发明实施例提供的一种第一无源光波导器件与第二无源光波导器件的截面示意图；
图5示意性示出了本发明实施例提供的硅-锆钛酸铅异质光电融合单片集成系统的光电集成系统链路平面架构示意图。
附图标记：1-硅衬底；2-二氧化硅埋氧层；3-硅薄膜层；31-第一区域硅薄膜层；32-第二区域硅薄膜层；4-二氧化硅包埋层；5-锆钛酸铅薄膜层；6-金属层；7-金属波导连接层；8-第一无源光波导器件；9-第二无源光波导器件。
具体实施方式
以下，将参照附图来描述本发明的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本发明实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本发明。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。
在此使用的所有术语（包括技术和科学术语）具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。
图1示意性示出了本发明实施例提供的硅-锆钛酸铅异质光电融合单片集成系统的光电集成系统链路的硅-锆钛酸铅晶圆的截面示意图。
如图1所示，本发明提供的一种硅-锆钛酸铅异质光电融合单片集成系统，包括：硅-锆钛酸铅晶圆和光电集成系统链路，硅-锆钛酸铅晶圆包括硅衬底1、二氧化硅埋氧层2、硅薄膜层3、二氧化硅包埋层4和锆钛酸铅薄膜层5，硅衬底1、二氧化硅埋氧层2、硅薄膜层3和二氧化硅包埋层4从下至上依次生长，锆钛酸铅薄膜层5平行于硅薄膜层3并内设于二氧化硅包埋层4中部，锆钛酸铅薄膜层5与硅薄膜层3通过二氧化硅包埋层4间隔设置；光电集成系统链路包括第一光路器件、第二光路器件和电路器件，第一光路器件和电路器件设于硅薄膜层3上，第二光路器件设于锆钛酸铅薄膜层5上；其中，第一光路器件与第二光路器件进行光信号传输，电路器件与第一光路器件、第二光路器件进行电信号传输。
本发明在硅晶圆工艺平台上异质集成锆钛酸铅材料，将锆钛酸铅薄膜层5设于二氧化硅包埋层4中，锆钛酸铅薄膜层5与硅薄膜层3通过二氧化硅包埋层4间隔设置；在硅薄膜层3上集成第一光路器件和电路器件，在锆钛酸铅薄膜层5上集成第二光路器件，第一光路器件和第二光路器件包括无源光波导器件，能够实现光信号在第一无源光波导器件8和第二无源光波导器件9之间的低损耗传输，由于锆钛酸铅材料的线性电光效应明显，Pockels（普克尔斯效应，又称线性电光效应）系数大于100pm/V，在锆钛酸铅薄膜层5上集成的第二光路器件能够高效调制电光。本发明通过硅薄膜层3和锆钛酸铅薄膜层5能够实现光学器件和电学器件的同平台共衬底集成，避免后道工艺造成的信号传输损耗，具备CMOS工艺兼容优势和超高速、高效电光调制优势。
图2示意性示出了本发明实施例提供的金属电极的截面示意图。
作为一种可选地实施例，如图2所示，二氧化硅包埋层4上表面设有金属层6，二氧化硅包埋层4内设有金属波导连接层7；金属层6平行于锆钛酸铅薄膜层5；金属波导连接层7垂直于金属层6并穿过二氧化硅包埋层4；电路器件与第一光路器件之间、电路器件与第二光路器件之间通过金属层6与金属波导连接层7连接进而第一光路器件、第二光路器件与电路器件之间通过金属层6实现电信号传输。
在一种示意性的实施例中，电路器件包括基于晶体管、射频无源器件的微电子元件构建的驱动器、跨阻放大器或时钟数据恢复器，用于对第一光路器件和第二光路器件传输的信号进行放大、均衡或控制反馈。
在一种示意性的实施例中，金属层6还作为金属电极用于外部电信号输入。
在一种示意性的实施例中，金属层6的材料为铜、铝或金。本发明对金属层6的材料不作具体的限制。
作为一种可选地实施例，第一光路器件包括第一无源光波导器件8和锗硅探测器，第一无源光波导器件8为刻蚀硅薄膜层3形成的器件，锗硅探测器为硅薄膜层3上外延金属锗形成的器件。
在一种示意性的实施例中，第一无源光波导器件8包括分束器、合束器、偏振器、端面耦合器、波分复用/解复用器、谐振器、模斑转换器、光路交叉器或光波导。
作为一种可选地实施例，第二光路器件包括第二无源光波导器件9和电光调制器，第二无源光波导器件9为刻蚀锆钛酸铅薄膜层5形成的器件，电光调制器为锆钛酸铅薄膜层5上外延形成的器件。
在一种示意性的实施例中，第二无源光波导器件9包括分束器、合束器、偏振器、端面耦合器、波分复用/解复用器、谐振器、模斑转换器、光路交叉器或光波导。
在一种示意性的实施例中，电光调制器包括马赫-曾德尔电光调制器或微环形调制器。
图3示意性示出了本发明实施例提供的一种第一无源光波导器件8与第二无源光波导器件9的俯视图。
作为一种可选地实施例，如图3所示，第一无源光波导器件8与第二无源光波导器件9在与硅衬底1平行的投影面存在部分重叠区域重叠区域之间形成耦合结构，以实现第一无源光波导器件8与第二无源光波导器件9的光信号传输。
在一种示意性的实施例中，第一无源光波导器件8与第二无源光波导器件9通过垂直模斑转换结构进行垂直倏逝波耦合以实现光信号的传输。
图4示意性示出了本发明实施例提供的一种第一无源光波导器件8与第二无源光波导器件9的截面示意图。
作为一种可选地实施例，如图4所示，第一无源光波导器件8与第二无源光波导器件9形成耦合结构的一端的宽度小于形成耦合结构的相对一端的宽度，在相对延伸方向上均为倒锥形结构。本发明对第一无源光波导器件8与第二无源光波导器件9的结构不作具体限制，可以为其他不同形状。
作为一种可选地实施例，第二无源光波导器件9的宽度大于第一无源光波导器件8的宽度。
作为一种可选地实施例，硅薄膜层3包括第一区域硅薄膜层31和第二区域硅薄膜层32，第一区域硅薄膜层31的厚度大于第二区域硅薄膜层32的厚度，第一光路器件设于第一区域硅薄膜层31上，电路器件设于第二区域硅薄膜层32上。
作为一种可选地实施例，第一区域硅薄膜层31的厚度为210nm~230nm，第二区域硅薄膜层32的厚度为80nm~100nm。
作为一种可选地实施例，锆钛酸铅薄膜层5的厚度为200nm~500nm。
在一种示意性的实施例中，硅薄膜层3与锆钛酸铅薄膜层5间隔厚度为0.2μm。
图5示意性示出了本发明实施例提供的硅-锆钛酸铅异质光电融合单片集成系统的光电集成系统链路平面架构示意图。
如图5所示，本发明提供了一种硅-锆钛酸铅异质光电融合单片集成系统的光电集成系统链路的实施例，其中光电集成系统链路包括发射端模块和接收端模块，第一光路器件为硅光波导和光电探测器阵列，第二光路器件为锆钛酸铅光波导和电光调制器阵列，电路器件为驱动器阵列和跨阻放大器阵列。在本实施例中，发射端模块包括：外接光源通过耦合结构传输光信号至硅光波导上，硅光波导与锆钛酸铅波导通过垂直模斑转换结构进行垂直倏逝波耦合实现光信号的低损耗传输，经由锆钛酸铅波导的光信号传输至电光调制器阵列中；电信号输入至驱动器阵列以实现对输入的电信号进行线性放大，通过金属层将电信号由驱动器阵列传输至电光调制器阵列，电光调制器阵列将电信号加载调制在光信号上，得到调制后光信号，输出调制后光信号。接收端模块包括：光信号输入至光电探测器阵列，输出电信号，电信号通过金属层传输至跨阻放大器阵列以实现对电信号进行均衡、放大。
在一种示意性的实施例中，外接光源为宽谱光源或脉冲光源。
在一种示意性的实施例中，电信号为任意波形发生器产生的NRZ（非归零码，nonreturn to zero code）信号或PAM4（四电平脉冲幅度调制，4-Level Pulse AmplitudeModulation）信号。
在一种示意性的实施例中，光信号输出通过端面耦合器或者光栅耦合器输出至光纤阵列。
在一种示意性的实施例中，电光调制器阵列为马赫-曾德尔电光调制器阵列，与驱动器阵列相互配合实现单波200Gbs的信号传输。
在一种示意性的实施例中，驱动器阵列、电光调制器阵列、光电探测器阵列和跨阻放大器阵列的阵列通道数一致。
在一种示意性的实施例中，驱动器阵列、电光调制器阵列、光电探测器阵列和跨阻放大器阵列的阵列通道数为4或8。本发明不对阵列通道数作具体的限定，阵列通道数可根据实际情况进行设置。
本发明不限于以上实施例选用的相关器件，第一光路器件、第二光路器件和电路器件可根据实际情况进行对应的设置。
本领域技术人员可以理解，本发明的各个实施例中记载的特征可以进行多种组合或/或结合，即使这样的组合或结合没有明确记载于本发明中。特别地，在不脱离本发明精神和教导的情况下，本发明的各个实施例中记载的特征可以进行多种组合和/或结合。所有这些组合和/或结合均落入本发明的范围。
尽管已经参照本发明的特定示例性实施例示出并描述了本发明，但是本领域技术人员应该理解，在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明进行形式和细节上的多种改变。因此，本发明的范围不应该限于上述实施例。
Claims (10)
1.一种硅-锆钛酸铅异质光电融合单片集成系统，其特征在于，包括：
硅-锆钛酸铅晶圆，包括硅衬底（1）、二氧化硅埋氧层（2）、硅薄膜层（3）、二氧化硅包埋层（4）和锆钛酸铅薄膜层（5），所述硅衬底（1）、二氧化硅埋氧层（2）、硅薄膜层（3）和二氧化硅包埋层（4）从下至上依次生长，所述锆钛酸铅薄膜层（5）平行于所述硅薄膜层（3）并内设于所述二氧化硅包埋层（4）中部，所述锆钛酸铅薄膜层（5）与所述硅薄膜层（3）通过所述二氧化硅包埋层（4）间隔设置；
光电集成系统链路，包括第一光路器件、第二光路器件和电路器件，所述第一光路器件和所述电路器件设于所述硅薄膜层（3）上，所述第二光路器件设于所述锆钛酸铅薄膜层（5）上；
其中，所述第一光路器件与第二光路器件进行光信号传输，所述电路器件与所述第一光路器件、所述第二光路器件进行电信号传输。
2.根据权利要求1所述的硅-锆钛酸铅异质光电融合单片集成系统，其特征在于，所述二氧化硅包埋层（4）上表面设有金属层（6），所述二氧化硅包埋层（4）内设有金属波导连接层（7）；
所述金属层（6）平行于所述锆钛酸铅薄膜层（5）；
所述金属波导连接层（7）垂直于所述金属层（6）；
所述电路器件与所述第一光路器件、所述电路器件与所述第二光路器件通过所述金属层（6）与所述金属波导连接层（7）连接。
3.根据权利要求1所述的硅-锆钛酸铅异质光电融合单片集成系统，其特征在于，所述第一光路器件包括第一无源光波导器件（8）和锗硅探测器，所述第一无源光波导器件（8）为刻蚀所述硅薄膜层（3）形成的器件，所述锗硅探测器为所述硅薄膜层（3）上外延金属锗形成的器件。
4.根据权利要求3所述的硅-锆钛酸铅异质光电融合单片集成系统，其特征在于，所述第二光路器件包括第二无源光波导器件（9）和电光调制器，所述第二无源光波导器件（9）为刻蚀所述锆钛酸铅薄膜层（5）形成的器件，所述电光调制器为所述锆钛酸铅薄膜层（5）上外延形成的器件。
5.根据权利要求4所述的硅-锆钛酸铅异质光电融合单片集成系统，其特征在于，所述第一无源光波导器件（8）与所述第二无源光波导器件（9）在与所述硅衬底（1）平行的投影面存在部分重叠区域，所述重叠区域之间形成耦合结构。
6.根据权利要求5所述的硅-锆钛酸铅异质光电融合单片集成系统，其特征在于，所述第一无源光波导器件（8）与所述第二无源光波导器件（9）形成所述耦合结构的一端的宽度小于形成所述耦合结构的相对一端的宽度，在相对延伸方向上均为倒锥形结构。
7.根据权利要求6所述的硅-锆钛酸铅异质光电融合单片集成系统，其特征在于，所述第二无源光波导器件（9）的宽度大于所述第一无源光波导器件（8）的宽度。
8.根据权利要求1所述的硅-锆钛酸铅异质光电融合单片集成系统，其特征在于，所述硅薄膜层（3）包括第一区域硅薄膜层（31）和第二区域硅薄膜层（32），所述第一区域硅薄膜层（31）的厚度大于所述第二区域硅薄膜层（32）的厚度，所述第一光路器件设于所述第一区域硅薄膜层（31）上，所述电路器件设于所述第二区域硅薄膜层（32）上。
9.根据权利要求8所述的硅-锆钛酸铅异质光电融合单片集成系统，其特征在于，所述第一区域硅薄膜层（31）的厚度为210nm~230nm，所述第二区域硅薄膜层（32）的厚度为80nm~100nm。
10.根据权利要求1所述的硅-锆钛酸铅异质光电融合单片集成系统，其特征在于，所述锆钛酸铅薄膜层（5）的厚度为200nm~500nm。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410275168.7A CN117872544B (zh) | 2024-03-12 | 2024-03-12 | 硅-锆钛酸铅异质光电融合单片集成系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410275168.7A CN117872544B (zh) | 2024-03-12 | 2024-03-12 | 硅-锆钛酸铅异质光电融合单片集成系统 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117872544A true CN117872544A (zh) | 2024-04-12 |
| CN117872544B CN117872544B (zh) | 2024-05-14 |
Family
ID=90584860
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202410275168.7A Active CN117872544B (zh) | 2024-03-12 | 2024-03-12 | 硅-锆钛酸铅异质光电融合单片集成系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117872544B (zh) |
Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20030021520A1 (en) * | 2001-07-25 | 2003-01-30 | Motorola, Inc. | Structure and method of fabrication for an optical switch |
| CN1544963A (zh) * | 2003-11-20 | 2004-11-10 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 锆钛酸铅铁电膜非对称平板光波导 |
| CN105829957A (zh) * | 2013-12-11 | 2016-08-03 | 住友大阪水泥股份有限公司 | 电光元件 |
| JP2021149103A (ja) * | 2020-03-16 | 2021-09-27 | 日本碍子株式会社 | 接合体、光導波路基板および光変調器 |
| CN113885229A (zh) * | 2020-07-03 | 2022-01-04 | 富士通光器件株式会社 | 多层膜、光学器件、光子集成电路器件和光收发器 |
| CN115427855A (zh) * | 2020-03-03 | 2022-12-02 | 普赛昆腾公司 | 光子设备的制造方法 |
| US20230152611A1 (en) * | 2020-04-01 | 2023-05-18 | PsiQuantum Corp. | WAFER STACK WITH MgO DIRECTLY ON INSULATING LAYER |
| CN116360033A (zh) * | 2023-03-15 | 2023-06-30 | 浙江大学绍兴研究院 | 一种基于玻璃基板的单模光纤与锆钛酸铅波导的耦合方式 |
| CN117055152A (zh) * | 2022-05-06 | 2023-11-14 | 上海交通大学 | 基于硅-氧化硅-掺铒铌酸锂异质晶圆的光电融合集成芯片及方法 |
| CN117348281A (zh) * | 2022-06-28 | 2024-01-05 | 武汉万集光电技术有限公司 | 光学调制器 |
| CN117406337A (zh) * | 2022-07-04 | 2024-01-16 | 上海交通大学 | 基于晶片到晶圆键合的异质光电融合集成系统 |
| CN117501159A (zh) * | 2021-06-08 | 2024-02-02 | Ihp有限责任公司/莱布尼茨创新微电子研究所 | 用于改进beol器件集成的具有光学互连结构的集成光电器件 |
-
2024
- 2024-03-12 CN CN202410275168.7A patent/CN117872544B/zh active Active
Patent Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20030021520A1 (en) * | 2001-07-25 | 2003-01-30 | Motorola, Inc. | Structure and method of fabrication for an optical switch |
| CN1544963A (zh) * | 2003-11-20 | 2004-11-10 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 锆钛酸铅铁电膜非对称平板光波导 |
| CN105829957A (zh) * | 2013-12-11 | 2016-08-03 | 住友大阪水泥股份有限公司 | 电光元件 |
| CN115427855A (zh) * | 2020-03-03 | 2022-12-02 | 普赛昆腾公司 | 光子设备的制造方法 |
| JP2021149103A (ja) * | 2020-03-16 | 2021-09-27 | 日本碍子株式会社 | 接合体、光導波路基板および光変調器 |
| US20230152611A1 (en) * | 2020-04-01 | 2023-05-18 | PsiQuantum Corp. | WAFER STACK WITH MgO DIRECTLY ON INSULATING LAYER |
| CN113885229A (zh) * | 2020-07-03 | 2022-01-04 | 富士通光器件株式会社 | 多层膜、光学器件、光子集成电路器件和光收发器 |
| CN117501159A (zh) * | 2021-06-08 | 2024-02-02 | Ihp有限责任公司/莱布尼茨创新微电子研究所 | 用于改进beol器件集成的具有光学互连结构的集成光电器件 |
| CN117055152A (zh) * | 2022-05-06 | 2023-11-14 | 上海交通大学 | 基于硅-氧化硅-掺铒铌酸锂异质晶圆的光电融合集成芯片及方法 |
| CN117348281A (zh) * | 2022-06-28 | 2024-01-05 | 武汉万集光电技术有限公司 | 光学调制器 |
| CN117406337A (zh) * | 2022-07-04 | 2024-01-16 | 上海交通大学 | 基于晶片到晶圆键合的异质光电融合集成系统 |
| CN116360033A (zh) * | 2023-03-15 | 2023-06-30 | 浙江大学绍兴研究院 | 一种基于玻璃基板的单模光纤与锆钛酸铅波导的耦合方式 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN117872544B (zh) | 2024-05-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10274687B1 (en) | Highly integrated multi-channel optical transceiver module and active optical cable based on silicon photonic chip | |
| KR101157374B1 (ko) | Ｐｎ 다이오드를 사용하는 고속 실리콘 광 변조를 위한 방법 및 장치 | |
| US8548281B2 (en) | Electro-optic modulating device | |
| US9978890B1 (en) | Germanium multi-directional detector | |
| CN102487046A (zh) | 一种适用于芯片内光互连系统的硅基光电异质集成方法 | |
| CN113540063B (zh) | 兼容锗硅探测器和薄膜铌酸锂调制器的硅光集成芯片 | |
| JP2019215488A (ja) | 電気光学変調器 | |
| US6522799B1 (en) | Optical planar waveguide device and method of fabrication | |
| US10866487B1 (en) | Monolithically integrated wavelength converted photonic integrated circuit (PIC) and hybrid fabrication thereof | |
| CN114167555B (zh) | 一种面向高速光通信的6.4 Tbps硅基光引擎收发芯片组件 | |
| CN115718381A (zh) | 铌酸锂光收发器及其形成方法 | |
| CN110941108A (zh) | 一种掺杂结构及光调制器 | |
| US11675126B1 (en) | Heterogeneous integration of an electro-optical platform | |
| WO2021227357A1 (zh) | 光学相控阵、其制备方法及移相控制系统 | |
| CN117872544B (zh) | 硅-锆钛酸铅异质光电融合单片集成系统 | |
| Feng et al. | A compact high-performance germanium photodetector integrated on 0.25 um thick silicon-on-insulator waveguide | |
| CN111276562A (zh) | 基于铌酸锂-氮化硅晶圆的光电单片集成系统 | |
| CN117055152A (zh) | 基于硅-氧化硅-掺铒铌酸锂异质晶圆的光电融合集成芯片及方法 | |
| WO2023060412A1 (zh) | 一种面向高速光通信的6.4Tbps硅基光引擎收发芯片组件 | |
| CN115755442A (zh) | 一种基于波导上硫化锑的o波段多模干涉型硅基光开关 | |
| US11934007B2 (en) | Assembly of an active semiconductor component and of a silicon-based passive optical component | |
| CN117059631A (zh) | 基于晶圆到晶圆键合的异质光电融合集成芯片及方法 | |
| WO2021142588A1 (zh) | 一种电光调制器及其制造方法、芯片 | |
| Zhang et al. | Towards subvolt and half-mm scale silicon MOS-capacitor MZI modulators | |
| CN211454149U (zh) | 一种掺杂结构及光调制器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant |