TW201333561A - 電子／光子積體電路架構及其製造方法 - Google Patents

電子／光子積體電路架構及其製造方法 Download PDF

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Abstract

一種器件包括一被動式光子層，該被動式光子層位於一基板上方且包括至少一個被動式光子元件，該至少一個被動式光子元件經組態以在其中傳播一光學信號。位於該基板與該被動式光子層之間的一電子層包括至少一個電子器件，該至少一個電子器件經組態以在其中傳播一電信號。位於該被動式光子層上方之一主動式光子層包括一主動式光子器件，該主動式光子器件光學地耦合至該被動式光子元件且經組態以在該電信號與該光學信號之間轉換。

Description

電子/光子積體電路架構及其製造方法
本申請案大體上係關於一種積體電路(IC)，且更具體言之，係關於電子/光子IC架構及其製造方法。
此章節介紹可有助於促進對本發明之較好理解之態樣。因此，應照此來閱讀此章節之陳述，且不應將此章節之陳述理解為承認含於先前技術中之內容或未含於先前技術中之內容。
光學組件及電子器件有時整合於單一器件中。此等整合式器件通常限於諸如波導及電-光調變器之光學組件，且經組態以光學地耦合至定位成與該器件分離之雷射。
一態樣提供一種器件，其包括一被動式光子層，該被動式光子層位於一基板上方且包括至少一個被動式光子元件，該至少一個被動式光子元件經組態以在其中傳播一光學信號。位於該基板與該被動式光子層之間的一電子層包括至少一個電子器件，該至少一個電子器件經組態以在其中傳播一電信號。位於該被動式光子層上方之一主動式光子層包括一主動式光子器件，該主動式光子器件光學地耦合至該被動式光子元件且經組態以在該電信號與該光學信號之間轉換。
另一態樣提供一種方法，該方法包括在一器件基板上形成一被動式光子層。該被動式光子層包括至少一個被動式 光子元件，該至少一個被動式光子元件經組態以在其中傳播一光學信號。形成位於該器件基板與該被動式光子層之間的一電子層，其中該電子層包括至少一個電子器件，該至少一個電子器件經組態以在其中傳播一電信號。形成位於該被動式光子層上方之一主動式光子層。該主動式光子層包括一主動式光子器件，該主動式光子器件光學地耦合至該被動式光子元件且經組態以在該電信號與該光學信號之間轉換。
現在參考在結合隨附圖式進行之以下描述。
愈來愈需要電子(例如，CMOS)與主動式(例如，被供電的)光子電路整合在單一整合式光子-電子電路上。此整合可藉由(例如)減少與習知系統解決方案之封裝相關聯的許多寄生效應而進行光子-電子系統之可能的顯著效能改良，且亦可減小器件佔據面積、電力消耗及製造成本。
本發明提供及描述用以將以半導體(例如，矽)為基礎之電子器件、被動式光子器件及以III-V為基礎之主動式光子元件集合於單一基板上從而允許此等組件在晶圓尺度上單體整合的整合方案。此整合允許在半導體製造工具集合上製造整合式光子-電子器件，從而實現規模經濟及高產出率以顯著地減小成本且增大此等器件之市場滲透。
雖然在過去已探索光子-電子整合之一些態樣，但每一做法已遭受致使彼做法不適於大尺度整合及/或實際器件之缺陷。舉例而言，將非晶矽波導與整合式電子器件整合 之嘗試已遭受光學波導中之過度損失，從而限制器件之大小及/或需要光學中繼器以放大經衰減之光學信號。此外，在整合式電子器件之形成之後對熱預算的限制會約束光學波導材料之形成，光學波導材料之形成可需要高處理溫度以達成較好光學性質，例如，較低損失。
本發明之實施例藉由使電子與光子器件之處理解耦、使用結構特徵以改良光學特徵之間的耦合或其兩者來實現光子與電子電路之整合。在一些實施例中，特徵之新穎配置提供充分光學耦合及低損失以實現實際光子-電子電路。
本文所描述之實施例可包括以矽為基礎之CMOS電子器件、被動式光子電路(例如，互連光學波導、分裂器、濾波器及多工器/解多工器)，及主動式光子元件(例如，雷射、光學放大器、調變器及偵測器)。主動式光學元件可包含以III-V化合物半導體為基礎之材料。此等器件可包括在共同半導體基板上與以矽為基礎之電子器件整合之雷射、放大器、調變器，等等。
轉向圖1，以剖面圖示意性地說明器件100，例如，整合式光子-電子器件。器件100包括基板110，下文所描述之各種結構定位於基板110上。在一些實施例中，基板110為諸如矽、鍺或GaAs之半導體基板。除非本文另有陳述，否則當描述半導體材料時，該材料可包括半導體之摻雜或純質形式。在一些其他實施例中，基板110為諸如石英或藍寶石之介電材料。在一些實施例中，基板為絕緣體上半導體基板，例如，絕緣體上矽(SOI)。無關於材料類型，在 各種實施例中，較佳的是，基板110為適於在半導體製造工具中大量生產的較大基板之部分。此一形式可為(例如)150毫米、200毫米或300毫米直徑之晶圓。
電子器件層120位於基板110上方。電子器件層120包括可用於習知整合式電子電路中之各種元件，例如，諸如電晶體122之主動式電子器件；諸如接點、介層孔及互連件124之被動式電子元件；及各種擴散障壁及介電層126。可由電子器件層120(例如，驅動器、電放大器及數位信號處理)來提供各種電功能。熟習此項技術者熟悉製造此等器件之方法。
整合式光子器件層130係在電子器件層120上方。光子器件層130包括一包覆層140、一被動式光子層130p及一主動式光子層130a。包覆層140包含具有適於支援波導及與包覆層140接觸之其他光子元件中之光學信號傳播模式的折射率之介電介質，例如，氧化矽(矽石)。被動式光子層130p及主動式光子層130a各自包括包覆介質及光學導引介質，如下文所描述。包覆層140以及光子層130a及130p亦可包括與其光學角色不相關之層，例如，障壁層、終止蝕刻層及其類似者。
被動式光子層130p包括被動式光學元件150。該元件150在本文被稱作「被動的」，此係因為其不在電域與光學域之間轉換。元件150可包括各種特徵，諸如(例如)用以控制(諸如)在熱-光學移相器或熱-光學開關中之光學路徑長度且仍被視為被動之電極。被動式光學元件150表示任何數 目個波導結構或形成於光子器件層130之同一層處之其他被動式光子元件。舉例而言，光子器件層130可包括(但不限於)波導150、分裂器、濾波器及多工器/解多工器之多個例項。為便於此描述，被動式光學元件可在本文中稱作(但不限於)介電波導150。介電波導150及任何此等其他被動式光子元件具有大於包覆層140之折射率的折射率，使得光學信號被限制在介電波導150周圍且傳播於其中。舉例而言，介電波導150可由氮化矽、氮氧化矽或摻雜矽石形成，以具有大於未摻雜矽石之折射率的折射率。
包覆層155位於鄰近於介電波導150之處。包覆層155可為折射率小於介電波導150之折射率的介電材料。下文更詳細地論述此態樣。
主動式光子層130a位於被動式光子層130p上方。該層130a包括主動式光子器件160。主動式光子器件160可(例如)產生、放大、調變或偵測光學信號。介層孔結構170將主動式光子器件160導電地耦接至電子器件層120內之未加參考數字之電器件。主動式光子器件160可被視為經組態以將自電器件接收之電信號轉換成光學信號或將自介電波導150接收之光學信號轉換成電信號之電光轉換器。在一非限制性實例中，在一些實施例中，主動式光子器件160可為經組態以回應於藉由介層孔結構170接收到之電信號而產生窄光譜光學信號且將該信號耦合至介電波導150之雷射。本文中，術語「電信號」包括可造成主動式光子器件160發射連續波(CW)光信號之未經調變電流，或可造成 主動式光子器件160發射經調變光信號之經調變電流。在其他非限制性實施例中，主動式光子器件160可為經組態以將自介電波導150接收之經調變或CW光學信號轉換成各別經調變或未經調變電信號之二極體，例如，光電二極體。
在各種實施例中，主動式光子器件160包含基於諸如GaAs、InP、GaAsxP1-x、InxGa1-xAsyP1-y及其類似者之III-V化合物的半導體。在各種實施例中，主動式光子器件160包括若干摻雜區，在該等摻雜區之間有一關聯耗盡區。在一些狀況下，主動式光子器件160亦可包括一或多個純質半導體區。在一些實施例中，主動式光子器件160包括夾層結構，該夾層結構包括具有交替化學計量之多個InxGa1-xAsyP1-y層。
在所說明實施例中，被動式光子層130p亦包括光學過渡元件180。過渡元件180經組態以促進介電波導150與主動式光子器件160之間的耦合。介電波導150可包括一光學模式耦合器，或具有相比於不存在過渡元件180之狀況在介電波導150與主動式光子器件160之間較有效地耦合光之效應之其他結構特徵。在一些實施例中，過渡元件180包含半導體。在一些實施例中，半導體為摻雜或未摻雜矽，其可另外為單晶的或多晶的。「單晶」意謂供形成過渡元件180之半導體層之原子實質上位於單一晶格之晶格部位處。介層孔結構190可將過渡元件180導電地耦接至電子器件層120內之偏壓電壓源。偏壓電壓可(例如)諸如藉由耗盡 過渡元件180之大部分電荷載流子(例如，電子)來修改過渡元件180之光學特性。
圖1之實施例說明主動式光子器件160位於過渡元件180上方，且過渡元件180與介電波導150重疊。在不存在過渡元件180之實施例中，主動式光子器件160可至少部分地位於介電波導150上方。
現在轉向圖2A至圖21，在不限於特定方法的情況下描述形成器件100之方法。在以下描述之背景中描述器件100之額外態樣。圖2A至圖2I中之類似參考數字指代圖1之類似特徵。
在圖2A中，該方法以提供基板110開始。在本文中及申請專利範圍中，「提供」及相似術語意謂器件、基板、結構元件等等可由個人或商業實體執行所揭示方法來製造或藉此自除了個人或實體以外的來源(包括另一個人或商業實體)獲得。基板110可為任何先前所描述之材料中的一者，且可較佳為晶圓。
圖2A展示在電子器件層120形成於基板110上方之後的器件100。熟習此項技術者應瞭解，介電層126及互連件124之形成可包括通常在清潔室中所進行之眾多製程步驟。電子器件層120之形成可包括任何習知或新穎製程及/或製程序列。當電子器件層120完成時，電子器件層120通常包括如部分地藉由電晶體122及互連件124之組態而決定之功能電子器件。互連件124可包括(例如)鎢插塞、銅或鋁介層孔及銅或鋁跡線，以及障壁層及終止層。可藉由(例如)化學 機械拋光(CMP)來平坦化電子器件層120。
在電子器件層120上方形成包覆層140。包覆介質部分地操作以提供待形成有上覆主動式光子層130a及被動式光子層130p之基底。可藉由任何習知或新穎製程來形成包覆層140，例如，電漿沈積製程，諸如，電漿增強型化學氣相沈積(PE-CVD)。在一非限制性實例中，包覆層140包含氧化矽、氮化矽或氮氧化矽。在一些實施例中，使包覆層140在沈積期間摻雜，(例如)以降低折射率n cladding。舉例而言，可用(例如)碳或氟來摻雜包覆層140。在一非限制性實例中，包覆介質為摻碳或摻氟氧化矽型材料。在一些狀況下，包覆介質為低k介電材料，諸如，氟化氧化矽或Black DiamondTM。在一些狀況下，包覆介質為有機材料，諸如，BCB。
圖2B展示在介電波導150形成於包覆層140上方之後的器件100。在此形成階段之器件100被指定為子總成200以供稍後參考。藉由任何習知或新穎製程來形成介電波導150，其中毯覆式介電層首先形成於包覆層140上方，且接著經圖案化以界定介電波導150之橫向範圍。當光子器件層130經組態以用近紅外之光(例如，波長在約1200 nm至約2000 nm之範圍內)操作時，毯覆式層可具有(例如)在約200 nm至約2000 nm之範圍內的厚度。介電波導150係由具有折射率n core>n cladding之材料形成。當包覆層140經摻雜以具有小於氧化矽之折射率的折射率時，介電波導150層可(例如)由未摻雜氧化矽形成。在一些實施例中，介電波導 150層係由氮氧化矽形成。在一些實施例中，包覆層140及介電波導150層兩者為氮氧化矽，其中包覆層140相比於介電波導150具有較低氮濃度。在一些實施例中，介電波導150係由氮化矽形成。
在介電波導150上方且圍繞介電波導150來形成包覆層155。包覆層155可為關於包覆層140所描述之材料中之任一者。在一些實施例中，包覆層140及155係由相同材料類型形成，例如，兩者包含氧化矽且具有相同折射率。然而，器件100不限於此等實施例。可在包覆層155上方形成額外材料層之前(例如)藉由CMP來平坦化包覆層155。
在圖2C中，可選半導體層210已形成於包覆層155上方。半導體層210可為(例如)非晶或多晶矽層。當光子器件層130經組態以用近紅外光操作時，半導體層210可具有(例如)在約200 nm至約500 nm之範圍內的厚度。較佳藉由不超過電子器件層120之熱預算之製程來形成半導體層210。如熟習電子技術者應瞭解，電子器件層120通常包括經謹慎地修整以產生位於其中之電子器件之所要電子效能的摻雜劑剖面，以及具有各種介層孔及跡線之金屬化物。若電子器件層120暴露至過高溫度或暴露至高溫過長時間，則電子器件層120內之摻雜劑剖面及金屬化物可改變，藉此變更電子器件之效能。
因此，可使用例如不超過450℃之相對低溫度之製程來形成半導體層210。在一非限制性實施例中，使用PECVD製程在約400℃或低於約400℃的溫度下形成半導體層 210。熟習此項技術者熟悉此等製程。
在圖2D中，已使用(例如)習知製程來圖案化半導體層210，以形成過渡元件180。過渡元件180定位成光學地耦合至介電波導150，且因此與介電波導150重疊達長度L1。當過渡元件180包含非晶矽(n i 3.5)且介電波導150包含氮化矽(其中n i 2.0)時，重疊長度L1可為(例如)約50 μm。此外，可將過渡元件180限制至長度L2，其將過渡元件180內之光學損失限制至最大值。舉例而言，在一些狀況下，非晶矽可對其中傳播之光學信號強加10 dB/cm至20 dB/cm之損失。在一些實施例中，限制長度L2以將光學損失限制至約0.5 dB或0.5 dB以下。因此，長度L2可較佳小於約250 μm，且更佳小於約200 μm。
圖2E說明在包覆層185形成於過渡元件180上方之後的器件。包覆層185可包含折射率小於過渡元件180之折射率及介電波導150之折射率的材料。包覆層185可選自包括二氧化矽、氮氧化矽之材料或具有適當折射率之另一介電材料。亦可平坦化包覆層185，如所說明。
圖2E亦展示將過渡元件180連接至電子器件層120之介層孔結構190。介層孔結構190提供導電路徑以在必要時將偏壓施加至過渡元件180。可使用偏壓(例如)以修改過渡元件180之光學透射特性。此修改可為靜態的，例如，DC偏壓；或可為動態的，例如，交換的。在一些實施例中，加熱器元件(圖中未展示)可由半導體層210形成。加熱器元件可經定位以加熱被動式光子元件之部分，藉此(諸如)在該 元件為熱-光學移相器時修改該元件之光學透射特性。加熱器元件可由電子器件層120內之電子器件經由類似於介層孔結構190的兩個或兩個以上介層孔結構來供電。
圖2F說明在子總成300接合至包覆層185之後的器件100。子總成300包括一處置晶圓310及附著至該處置晶圓310之一主動式光子層320。為清晰起見，圖3隔離地說明子總成300。處置晶圓310可為可形成有主動式光子層320之任何基板。在一說明性而非限制性實例中，處置晶圓310包含InP。可使用(例如)磊晶製程而在處置晶圓上形成主動式光子層320，以形成適合於主動式光子器件160之預期光學功能之層。舉例而言，當主動式光子器件160為雷射時，主動式光子層320可包括多個InxGa1-xAsyP1-y層，其中交替層具有交替化學計量。熟習此項技術者熟悉此等分層結構。或者，主動式光子層320可適於形成用於主動式光子器件160之二極體。在此狀況下，主動式光子層320可包含InGaAs。主動式光子層320亦可包括用於不同器件之獨立層，例如，用於相位調變、電吸收調變及增益/吸收之層。例如氧化矽之介電層330可視情況形成於主動式光子層320上以輔助將子總成300接合至包覆層185之製程。
返回至圖2F，將子總成300置放成與包覆層185接觸且藉由直接晶圓結合而接合。接著藉由例如背面研磨及/或濕式化學蝕刻之習知方法來移除處置晶圓310。圖2G說明所得總成。介電層330在使用時在功能上變成包覆層185之一部分。
圖2H說明在(例如)以習知方式來圖案化主動式光子層320以產生主動式光子器件160之後的器件100。在一些實施例中，可按引起主動式光子器件160與過渡元件180之間的所要光學耦合之方式將主動式光子器件160至少部分地定位於過渡元件180上方。在一些實施例中，主動式光子器件160可完全地位於過渡元件180上方，使得過渡元件180為主動式光子器件160中之波導結構之一部分。主動式光子器件160之尺寸根據需要可為任何值以產生所要光學功能。在一說明性而非限制性實例中，主動式光子器件160在組態為雷射時可具有約2 μm之厚度T1、約200 μm之長度L3及垂直於T1及L3的約5 μm之寬度W。當主動式光子器件160組態為二極體時，T1、L3及W可分別為約2 μm、約20 μm及約5 μm。
主動式光子器件160以重疊長度L4與過渡元件180重疊。該長度L4可選擇成允許慢且絕熱光學模式演變，以實現最大化之耦合效率。在如所說明之一些實施例中，當使用過渡元件180以避免光學信號繞過過渡元件180時，主動式光子器件160與介電波導150不重疊。
在圖2I中，已藉由習知處理形成介層孔結構170，以提供在電子器件層120與主動式光子器件160之間的導電路徑。當主動式光子器件160為例如二極體之接收元件時，介層孔結構170可將由主動式光子器件160產生之電信號傳導至電子器件層120以用於電處理。另一方面，當主動式光子器件160為諸如雷射之發射元件時，介層孔結構170可 將經調變信號或CW信號自電子器件層120傳導至主動式光子器件160。
圖4A及圖4B分別說明自器件100省略過渡元件180以使得主動式光子器件410與介電波導150直接光學地耦合之實施例的剖面圖及平面圖。在此實施例中，主動式光子器件410之半導體材料與介電波導150之介電材料之間的折射率對比度可引起顯著耦合損失。為了減少此等損失，可使主動式光子器件410之剖面形成為包括所說明之階梯高度過渡。
主動式光子器件410可包括任何數目個階梯，例如，該所說明實例中為四個。主動式光子器件410之厚度在自主動式光子器件410至介電波導150之信號傳播方向上減小，且在自介電波導150至主動式光子器件410之信號傳播方向上增大。主動式光子器件410之最薄部分可為最厚部分之厚度的十分之一。因此，舉例而言，主動式光子器件410之部分420可為約2 μm厚，且部分430可為約0.2 μm厚。據信，厚度減小可將主動式光子器件410之模式折射率充分地減小成與介電波導150之模式折射率相當，因此改良主動式光子器件410與介電波導150之間的光學耦合。
在由圖5A至圖5L例示之另一實施例中，可使被動式光子層130p與支撐電子器件層120之基板110分離地形成。此等實施例確保電子器件層120不會暴露至與形成介電波導150、主動式光子層320、半導體層210或各種包覆層相關聯的高溫。在圖5A至圖5L中，類似參考數字指代圖1、圖 2A至圖2I及圖3中之類似特徵。
圖5A說明子總成500，其包括處置晶圓310與位於其上方之主動式光子層320及介電層330。半導體層510形成於介電層330上方。由於不存在電子器件層120，可使用相比用以形成半導體層210之製程較高溫度之製程來形成半導體層510。必要時，可使用退火製程以使半導體層510再結晶。退火製程可包括將子總成500加熱至在約400℃至約600℃之範圍內的溫度。此等溫度通常在例如電子器件層120之已完成積體電路之允許溫度範圍之外。當過渡元件180由層510形成時，預期過渡元件之光學單位損失將減小達至少約50%，例如，減小至5 dB/cm或5 dB/cm以下。
圖5B說明在圖案化半導體層510以形成過渡元件180之後的子總成500。再次，圖案化製程可為習知的。包覆層185已形成於過渡元件180上方且經拋光以形成平坦表面。
圖5C說明在介電波導150及包覆層155之形成之後的子總成。如前所述，可藉由圖案化毯覆式介電層而形成介電波導150。用以形成毯覆式介電層之製程溫度可高於用以形成圖2B中之介電層之製程溫度，從而實現在形成介電波導150之介電材料方面之較大自由度。包覆層155已形成於介電波導150上方且經拋光以形成平坦表面。
在圖5D中，子總成500已(例如)藉由直接晶圓結合而接合至子總成200(圖2B)，其中包覆層155結合至包覆層140。該組合總成可經處理(如先前所描述)以移除處置晶圓310(圖5E)、形成主動式光子器件160(圖5F)且形成介層孔 結構170(圖5G)。說明圖5G中之器件100，其中介層孔結構190予以省略。在此狀況下，可在不對過渡元件180加偏壓的情況下操作器件100。
圖6A至圖6G說明用於形成器件100之方法的另一實施例，其中使用SOI晶圓以提供供形成過渡元件180之結晶半導體層。圖6A說明在形成之早期階段之總成600，其包含絕緣體上矽(SOI)基板605。SOI基板包括例如矽晶圓之矽基板610(第一處置晶圓)、位於矽基板610上方之結晶矽層620，及位於矽基板610與結晶矽層620之間的例如氧化矽之介電(絕緣體)層630。
圖6B說明在已圖案化結晶半導體層620以形成光學過渡元件180之後的總成600。亦已如先前所描述而形成被動式光學元件150以及包覆層155及185。此實施例中之過渡元件180由於由結晶半導體層620形成而為單晶的。
在圖6C中，已(例如)藉由直接晶圓結合而將總成600接合至總成200。此組態類似於圖5D中所說明之組態，但圖6C之實施例不存在主動式光子層。可藉由背面研磨及/或濕式化學蝕刻來移除半導體基板610，而終止於介電層630，如圖6D所說明。
在圖6E中，已藉由直接晶圓結合而將總成640接合至介電層630。總成640包括半導體基板650(第二處置晶圓)、主動式光子層660及用以促進晶圓結合製程之可選介電層670。
在圖6F中，已再次藉由背面研磨及/或濕式化學蝕刻來 移除半導體基板650，以暴露主動式光子層660。處理可接著繼續(如以圖5F開始所描述)以完成形成器件100。
因為半導體層620係結晶的，所以預期到由結晶半導體層620形成之光學過渡元件180強加之光學損失將顯著地低於由(例如)非晶或多晶矽強加之損失。舉例而言，相比於非晶或多晶矽之約10 dB/cm至20 dB/cm之光學損失，預期來自以此方式形成之光學過渡元件180之光學損失小於約2 dB/cm。且，由於在被動式光學元件之處理期間不存在III-V主動式光子層及電子層，所以吾人可使用顯著較高的溫度(例如，高達1200℃)，以進一步減少被動式元件中之損失。應預期，較低損失將使(例如)光子-電子器件設計需要較少增益級，且提供顯著改良之效能。
熟習本申請案相關技術者應瞭解，可對所描述實施例進行其他及進一步添加、刪除、替代及修改。
100‧‧‧整合式光子-電子器件
110‧‧‧基板
120‧‧‧電子器件層
122‧‧‧電晶體
124‧‧‧互連件
126‧‧‧介電層
130‧‧‧整合式光子器件層
130a‧‧‧主動式光子層
130p‧‧‧被動式光子層
140‧‧‧包覆層
150‧‧‧被動式光學元件/介電波導
155‧‧‧包覆層
160‧‧‧主動式光子器件
170‧‧‧介層孔結構
180‧‧‧光學過渡元件
185‧‧‧包覆層
190‧‧‧介層孔結構
200‧‧‧子總成/總成
210‧‧‧半導體層
300‧‧‧子總成
310‧‧‧處置晶圓
320‧‧‧主動式光子層
330‧‧‧介電層
410‧‧‧主動式光子器件
420‧‧‧部分
430‧‧‧部分
500‧‧‧子總成
510‧‧‧半導體層
600‧‧‧子總成/總成
605‧‧‧絕緣體上矽(SOI)基板
610‧‧‧矽基板/半導體基板
620‧‧‧結晶矽層/結晶半導體層
630‧‧‧介電層
640‧‧‧總成
650‧‧‧半導體基板
660‧‧‧主動式光子層
670‧‧‧介電層
圖1示意性地說明根據一實施例的整合式光子-電子器件100之剖面圖，該整合式光子-電子器件100包括一主動式光子器件160、一被動式光學元件150、一光學過渡元件180、一電子器件層120及一光子器件層130；圖2A至圖2I說明根據一實施例的在形成器件100時之步驟；圖3說明根據一實施例在處置晶圓上形成包括主動式光子器件層之子總成，該主動式光子器件層稍後接合至部分形成之光子-電子器件100； 圖4A及圖4B說明圖1之光子器件中之過渡元件180被省略且主動式光子器件160經組態以增加至被動式光學元件150之直接光學耦合的一實施例；圖5A至圖5G示意性地說明藉由形成包括過渡元件180及被動式光學元件150之子總成500且將該子總成500接合至部分形成之器件100而形成光子-電子器件100；及圖6A至圖6F示意性地說明藉由形成包括具有位於介電層上方之結晶半導體層之SOI基板的子總成600而形成光子-電子器件100。
100‧‧‧整合式光子-電子器件
110‧‧‧基板
120‧‧‧電子器件層
122‧‧‧電晶體
124‧‧‧互連件
126‧‧‧介電層
130‧‧‧整合式光子器件層
130a‧‧‧主動式光子層
130p‧‧‧被動式光子層
140‧‧‧包覆層
150‧‧‧被動式光學元件/介電波導
155‧‧‧包覆層
160‧‧‧主動式光子器件
170‧‧‧介層孔結構
180‧‧‧光學過渡元件
185‧‧‧包覆層
190‧‧‧介層孔結構

Claims (10)

  1. 一種器件，其包含：一基板；一被動式光子層，其位於該基板上方且包括至少一個被動式光子元件，該至少一個被動式光子元件經組態以在其中傳播一光學信號；一電子層，其位於該基板與該被動式光子層之間，且包括至少一個電子器件，該至少一個電子器件經組態以在其中傳播一電信號；一主動式光子層，其位於該被動式光子層上方且包括一主動式光子器件，該主動式光子器件光學地耦合至該被動式光子元件且經組態以在該電信號與該光學信號之間轉換。
  2. 如請求項1之器件，其中該主動式光學層包括一雷射，該雷射經組態以回應於該電信號而產生該光學信號。
  3. 如請求項1之器件，其中該主動式光學層包括一個二極體，該二極體經組態以回應於該光學信號而產生該電信號。
  4. 如請求項1之器件，其中該主動式光子器件包括一調變器，該調變器經組態以回應於該電信號而調變該光學信號。
  5. 如請求項1之器件，其進一步包含一介層孔結構，該介層孔結構定位成在該主動式光子器件與該電子器件之間傳導該電信號。
  6. 如請求項1之器件，其進一步包含一光學過渡元件，該光學過渡元件在該主動式光子器件與該被動式光子元件之間光學地耦合。
  7. 如請求項6之器件，其進一步包含在該整合式電子電路層及該光學過渡層內之一介層孔結構，該介層孔結構經組態以對該光學過渡元件加偏壓。
  8. 一種方法，其包含：在一器件基板上形成一被動式光子層，該被動式光子層包括至少一個被動式光子元件，該至少一個被動式光子元件經組態以在其中傳播一光學信號；形成位於該器件基板與該被動式光子層之間的一電子層，該電子層包括至少一個電子器件，該至少一個電子器件經組態以在其中傳播一電信號；在該被動式光子層上方形成一主動式光子層，該主動式光子層包括一主動式光子器件，該主動式光子器件光學地耦合至該被動式光子元件且經組態以在該電信號與該光學信號之間轉換。
  9. 如請求項8之方法，其中形成該主動式光子層包括將一半導體層自一處置基板轉移至該器件基板。
  10. 如請求項8之方法，其中形成該被動式光子層包括首先在一處置基板上形成該被動式光子層，且接著將該被動式光子層接合至該整合式電子電路層。
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