TW202123459A - 用於形成穩定化正方晶鈦酸鋇之方法及系統 - Google Patents

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Abstract

本案提供一種電光裝置，包括基板及基板上的波導。波導包括：層堆疊，包括與複數個間層交錯的複數個電光材料層；波導芯，鄰近於層堆疊；波導包覆層；以及一對電極，與複數個電光材料層電氣接觸。複數個間層在室溫及極冷溫度處維持第一晶格結構。複數個電光材料層在室溫及極冷溫度處維持第二晶格結構及結晶相。

Description

用於形成穩定化正方晶鈦酸鋇之方法及系統
其他申請案之交叉引用
本申請案主張2019年10月29日申請之用於「METHOD AND SYSTEM FOR FORMATION OF STABILIZED TETRAGONAL BARIUM TITANATE」之美國臨時專利申請案第62/927,373號之優先權，此美國臨時專利申請案藉此以引用方式整體併入本文以用於所有目的。
本揭示案係關於用於形成穩定化正方晶鈦酸鋇之方法及系統。
電光(EO)裝置諸如EO調變器及開關，已使用在諸如光學通訊及光學計算系統的各種光學系統中。例如，光學相調變器可使用在整合式光學系統、光學通訊發射器或收發機等等中。EO調變器或開關可利用諸如自由載子電致折射、自由載子電致吸收、勃克爾斯(Pockels)效應、克爾(Kerr)效應等等的各種EO效應，以在操作期間修改光性質，諸如改變穿過EO調變器或開關中的某些路徑傳播的光之相或振幅。使用具有較高EO效應之材料的EO裝置可以較低控制電壓、較低功率消耗，且通常以較高速度操作。
本文所揭示之技術一般而言係關於電光(EO)裝置。更具體而言，本文揭示之實施例係關於用於在諸如極冷溫度的低溫處達成EO裝置(例如，光學開關或光學調變器)中之高EO效應的技術。在一個特定實施例中，包括由低溫(例如，極冷溫度)處的高電光係數表徵的EO材料堆疊的EO裝置經利用來在低溫處改良EO裝置之調變及/或切換效能。EO材料堆疊可包括交錯及互鎖的薄EO材料層及間層。EO材料層中之EO材料當成塊地使用時，可在不同操作溫度處改變EO材料之晶體結構，而間層可具有在操作溫度處不改變的晶格結構。因而，當操作溫度改變時，互鎖至間層的薄EO材料層可維持其晶格結構及因此EO係數。本文揭示之技術可使用於在低溫處操作的各種光子及光電裝置中。
根據某些實施例，電光裝置可包括基板及基板上的波導。波導可包括層堆疊，層堆疊包括與複數個間層交錯的複數個電光材料層。波導可亦包括鄰近於層堆疊的波導芯、波導包覆層，及與複數個電光材料層電氣接觸的一對電極。複數個間層可經組配來在室溫及極冷溫度處維持第一晶格結構。複數個電光材料層可在室溫及極冷溫度處維持第二晶格結構及結晶相。在一些實施例中，複數個間層及複數個電光材料層可由極冷溫度處的正方晶晶格結構表徵。在一些實施例中，複數個電光材料層可由極冷溫度處的平面內極化表徵。
在電光裝置之一些實施例中，複數個電光材料層可包括鐵電晶體或鐵電薄膜。鐵電晶體可包括BaTiO3 、(Ba,Sr)TiO3 、Pb(Zr,Ti)O3 ，或(Pb,La)(Zr,Ti)O3 中之至少一個。在一些實施例中，複數個電光材料層可由在極冷溫度處大於300 pm/V的勃克爾斯係數表徵。複數個間層可包括MgO、LaAlO3 、(Ba,Sr)TiO3 、BaHfO3 、BaMoO3 、BaNbO3 、BaZrO3 、SrHfO3 、SrTiO3 、SrMoO3 、SrNbO3 ，或SrZrO3 中之至少一個。在一些實施例中，複數個電光材料層中之每一個之厚度與複數個間層中之每一個之厚度之間的比可等於或小於20:1。
在電光裝置之一些實施例中，波導芯可包括複數個電光材料層中之一或多個電光材料層。波導包覆層可與複數個電光材料層中之電光材料層實體接觸，且可由不同於電光材料層之熱膨脹係數及光折射指數的熱膨脹係數及光折射指數表徵。波導包覆層可包括例如Si3 N4 、SiO2 、Al2 O3 、MgO、SiCN、SiON、SiCO、SiOCN，或HfO2 中之至少一個。
在一些實施例中，EO裝置可進一步包括介於基板與波導之間的磊晶晶種層。磊晶晶種層可包括例如MgO、LaAlO3 、BaHfO3 、BaZrO3 、SrHfO3 、SrTiO3 、SrMoO3 ，或SrZrO3 中之至少一個。在一些實施例中，EO裝置可進一步包括介於磊晶晶種層與基板之間的緩衝層。此對電極中之每一個可與複數個電光材料層中之每一個實體接觸。在一些實施例中，波導包覆層可介於基板與層堆疊之間。波導可為馬赫-陳爾德干涉儀、共振器、光學開關、電光調變器等等之區段。
根據某些實施例，晶圓可包括基板及基板上的層堆疊。層堆疊可包括複數個電光材料層，及與複數個電光材料層交錯的複數個間層。複數個間層可在室溫及極冷溫度處維持第一晶格結構，且複數個電光材料層可在室溫及極冷溫度處維持第二晶格結構及結晶相。在一些實施例中，第一晶格結構及第二晶格結構可為相同晶格結構，諸如正方晶晶格結構。在一些實施例中，晶圓可亦包括介於基板與層堆疊之間的磊晶晶種層，其中磊晶晶種層可包括例如MgO、LaAlO3 、BaHfO3 、BaZrO3 、SrHfO3 、SrTiO3 ，或SrZrO3 中之至少一個。在一些實施例中，晶圓可亦包括介於磊晶晶種層與基板之間的基板之氧化層。
在晶圓之一些實施例中，複數個電光材料層可包括BaTiO3 、(Ba,Sr)TiO3 、Pb(Zr,Ti)O3 ，或(Pb,La)(Zr,Ti)O3 中之至少一個。複數個間層可包括MgO、LaAlO3 、(Ba,Sr)TiO3 、BaHfO3 、BaZrO3 、SrHfO3 、SrZrO3 ，或SrNbO3 中之至少一個。在一些實施例中，複數個電光材料層中之每一個之厚度與複數個間層中之每一個之厚度之間的比可等於或小於20:1。
根據某些實施例，方法可包括以下步驟：將晶種層沉積在基板上，將第一電光材料層磊晶地沉積在晶種層上，在氧環境中退火基板、晶種層，及第一電光材料層以在基板與晶種層之間形成氧化物緩衝層，將包括可在室溫及極冷溫度處維持第一晶格結構的材料的第一間層沉積在第一電光材料層上，將第二電光材料層沉積在第一間層上，及退火第二電光材料層及第一間層。第一電光材料層及第二電光材料層可包括由不同於室溫處之第三晶格結構的極冷溫度處之第二晶格結構表徵。在一些實施例中，第三晶格結構及第一晶格結構可為相同晶格結構，諸如正方晶晶格結構。在一些實施例中，第一電光材料層之厚度與第一間層之厚度之間的比可等於或小於20:1。
在一些實施例中，退火基板、晶種層，及第一電光材料層的步驟可包括在高於氧化物緩衝層之軟化溫度的溫度處退火。方法可亦包括以下步驟：將包括在室溫及極冷溫度處維持第一晶格結構的材料的第二間層沉積在第二電光材料層上，將第三電光材料層沉積在第二間層上，及退火第三電光材料層及第二間層。
在一些實施例中，方法可亦包括以下步驟：圖案化第三電光材料層以形成波導芯，及將介電包覆層沉積在波導芯上。圖案化第三電光材料層的步驟可包括使用第二間層作為蝕刻終止層來蝕刻第三電光材料層。在一些實施例中，方法可亦包括在第一、第二，及第三電光材料層以及第一間層及第二間層中蝕刻溝槽，及使此等溝槽充滿導電材料。蝕刻此等溝槽的步驟可包括使用氧化物緩衝層作為蝕刻終止層來蝕刻第一、第二，及第三電光材料層。
在一些實施例中，方法可包括在第三電光材料層上形成波導。在一些實施例中，在第三電光材料層上形成波導的步驟可包括在第三電光材料層上形成波導芯，及將介電包覆層沉積在波導芯上。在一些實施例中，在第三電光材料層上形成波導芯的步驟可包括將高折射指數材料之層沉積在第三電光材料層上，及圖案化高折射指數材料之層。在一些實施例中，在第三電光材料層上形成波導芯的步驟可包括將介電層沉積在第三電光材料層上，將高折射指數材料之層沉積在介電層上，及圖案化高折射指數材料之層。在一些實施例中，在第三電光材料層上形成波導的步驟可包括將包括波導的晶圓黏結至第三電光材料層。
在習知技術上藉由本揭示案達成許多利益。例如，本文揭示之方法、裝置，及系統之實例可在諸如極冷溫度的低溫處維持鐵電材料之晶格結構及因而EO係數(例如，BaTiO3 之正方晶相及勃克爾斯係數)，藉此在極冷溫度處改良諸如EO開關或EO調變器的EO裝置之效能。因而，降低的電場或偏壓訊號可用來達成用於光調變或切換之所要的折射指數調變及/或相調變，藉此降低功率消耗且增加裝置之效率及/或速度。此外，相較於使用習知技術，本文揭示之實施例致能低溫處的有效折射指數之較大變化。因此，可減少裝置長度，此繼而降低EO裝置之光學損失及實體尺寸。此等及其他實施例以及許多其優點及特徵結合以下正文及附圖更詳細地加以描述。
本文所揭示之技術大體而言係關於電光(EO)裝置。更具體而言，本文所揭示之實施例係關於用於在諸如極冷溫度的低溫處達成EO材料(例如，鐵電材料)中之高EO效應，及利用諸如光學調變器及開關的EO裝置中之EO材料之高EO效應來在低溫處的EO裝置之操作期間降低功率消耗且改良效率及速度的技術。僅藉由實例之方式，實施例提供於包括主動光學裝置的整合式光學系統之上下文中，但本文所揭示之技術不限於此實例且具有對於各種光學及光電系統的廣泛適用性。本文描述各種發明性實施例，包括方法、製程、材料、晶圓、系統、裝置等等。
在與具有相對較低EO係數之材料的裝置相比時，使用具有較高EO效應之材料的EO裝置可以較低控制電壓、較低功率消耗，且以較高速度操作。在諸如線性光學量子計算應用的一些應用中，EO裝置可在諸如極冷溫度(例如，約4 K)的極低溫度處操作。諸如一些EO材料之勃克爾斯係數的EO效應可在低溫處顯著地降級。例如，BaTiO3 (BTO)可由於其高勃克爾斯係數(例如，在室溫處大於約900微微米/伏)及與矽CMOS製程之相容性而使用在EO開關中。然而，約4 K處的BTO之勃克爾斯係數可降級至小於室溫處的勃克爾斯係數之約三分之一。因而，EO開關之效率可在極冷溫度處顯著地降低。如本文中所限定，室溫為在近似20℃處的溫度且更具體而言限定為介於18℃與22℃之間的溫度。如本文中所限定，極冷溫度為低於-150℃的溫度且更具體而言限定為介於-150℃與-273℃之間的溫度。
根據某些實施例，決定低溫處的一些EO材料之EO效應(例如，勃克爾斯係數)之降級可藉由不同溫度處的EO材料晶格之結晶相變引起。例如，BTO可經歷自室溫處的正方晶相至低於室溫的斜方晶相，及隨後至朝向極冷溫度的菱形晶相的結晶相變。自正方晶相至菱形晶相的結晶相變可有助於自室溫至極冷溫度的勃克爾斯效應降級。因而，根據某些實施例，EO材料之EO效應可藉由在低溫處維持EO材料之正方晶晶格結構而在低溫處維持在高位準(例如，接近於室溫處的位準)處。在一些實施例中，此可藉由，例如，藉由將EO材料之薄層與間層互鎖達成，此等間層當操作溫度自室溫下降至極冷溫度時，不經歷晶格結構(或結晶相)及極化變化，或在不同於EO材料之彼等的溫度處經歷結晶相變，因而阻礙EO材料之結晶相變。間層可幫助維持EO材料中之應力，且當操作溫度降低時，防止EO材料層改變晶格結構及極化。因此，EO材料之EO係數可維持在接近於室溫處的EO係數的位準處。因而，包括交錯的結構的EO裝置可在極冷溫度處維持高效率及速度。
根據某些實施例，本文所描述之主動光子裝置可利用諸如勃克爾斯效應的高電光效應來在低溫處有效地調變且/或切換光學訊號。例如，本文所揭示之技術可適用於其中透射光之強度可根據例如正弦函數或平方函數加以調變的光學調變器，以及其中光可選自一或多個輸入埠中之一輸入埠(例如，波導)且輸出至一或多個輸出埠中之一輸出埠(例如，波導)的光學開關。
根據某些實施例，EO材料可經使用在具有不同波導結構及/或藉由不同製程製造的波導結構之裝置中。例如，EO材料可經用作波導結構中的波導芯、下包覆層，及/或上包覆層。在各種實施例中，波導芯可經沉積在EO材料層上或蝕刻於EO材料層中，或可經形成在半導體基板上且隨後黏結至包括EO材料層的晶圓或裝置。
現將關於形成本說明書之一部分的伴隨圖式描述若干例示性實施例。隨後描述僅提供實施例(多個)且不欲限制本揭示案之範疇、適用性，或組態。實情為，實施例(多個)之隨後描述將為熟習此項技術者提供用於實行一或多個實施例的致能描述。應理解，可在不脫離本揭示案之精神及範疇的情況下在元件之功能及佈置中做出各種變化。在以下描述中，出於解釋之目的，闡述特定細節，以便提供對某些發明性實施例之徹底理解。然而，將顯而易見，可在無此等特定細節的情況下實踐各種實施例。圖式及描述不欲為限制性的。字語「示例性」或「示範性」在本文中用來意味「充當一實例、例子，或說明」。本文描述為「示範性」或「示例性」的任何實施例或設計未必視為相對於其他實施例或設計較佳的或有利的。
矽光子積體電路(PIC)可提供相較於電氣積體電路(EIC)的較好效能(例如，較低損失、較高速度、較高頻寬，及熱絕緣)，且可經使用於量子通訊或量子計算，其中光子可由於其量子本性而經用作量子位元且光學互連件可用來提供用於極冷處理器與室溫環境之間的數位資料傳遞之較高頻寬。然而，極冷溫度處的PIC之效能可部分地由於缺乏用於低溫處的光切換及/或光調變的有效EO調變而需要改良。例如，在極冷溫度處操作的一些整合式光學開關可使用熱光移相器或電漿分散開關，此等熱光移相器或電漿分散開關可遭受一些本質限制。使用熱來改變材料之折射指數的熱光開關可需要顯著的冷卻功率且可具有低頻寬及低切換速度。電漿分散開關可使用高摻雜位準來補償低溫處的電荷載子凍結，且因而小共振器可經使用在電漿分散開關中，此等小共振器可具有高電阻、高插入損失，及低頻寬。
一些EO材料可展現線性電光效應，其中材料之折射指數可與施加至材料的電場之強度成比例地改變。此類線性電光效應稱為勃克爾斯效應且可發生在諸如例如鈮酸鋰(LiNbO3 )、鉭酸鋰(LiTaO3 )、磷酸二氘鉀(KDP)、β-硼酸鋇(BBO)、磷酸鈦氧鉀(KTP)之晶體材料的非中心對稱材料，及諸如砷化鎵(GaAs)及磷化銦(InP)的一些化合物半導體中。基於勃克爾斯效應的EO開關可在室溫處具有低傳播損失、高頻寬，及低靜態功率消耗。另外，基於EO勃克爾斯效應的EO開關可在極冷溫度處不遭受熱光及電漿分散效應之本質限制。
第 1A 圖 為例示根據某些實施例的包括馬赫-陳爾德干涉儀120的光學開關100之實例的簡化圖表。在第1圖中所示之實例中，光學開關100包括兩個輸入埠(輸入埠1及輸入埠2)及兩個輸出埠(輸出埠1及輸出埠2)。光學開關100之輸入埠及輸出埠可例如使用光波導加以實行，此等光波導可操作以支援單模或多模光束。光學開關100可使用馬赫-陳爾德干涉儀120加以實行，馬赫-陳爾德干涉儀與諸如第一50/50射束分離器105及第二50/50射束分離器107的一組50/50射束分離器(或定向耦合器)整合。如第1圖中所例示，輸入埠1及輸入埠2可光學地耦合至第一50/50射束分離器105，第一50/50射束分離器可接收來自輸入埠1或輸入埠2的光。第一50/50射束分離器105可藉由漸逝耦合將來自輸入埠1的輸入光之約50%導向至第一波導110中且將來自輸入埠1的輸入光之約50%導向至第二波導112中。類似地，第一50/50射束分離器105可將來自輸入埠2的輸入光之約50%導向至第一波導110中且將來自輸入埠2的輸入光之約50%導向至第二波導112中。因而，來自輸入埠的輸入光可經近似均勻地分裂且導向至第一波導110及第二波導112。
馬赫-陳爾德干涉儀120可包括相調整區段122，此相調整區段包括波導124及電極126。電壓訊號V0 可藉由相調整區段122中之電極126跨於波導124施加來調整波導124之折射指數及因而通過相調整區段122之後的光之相延遲。因為第一波導110及第二波導112中之光在穿過第一50/50射束分離器105傳播之後為同相，所以相調整區段122中之相調整可在波導130及132中傳播的光之間引入預定相差。如對於熟習此項技術者將為明顯的，在波導130及132中傳播的光之間的相關係可導致輸出光存在於輸出埠1處(例如，當光束為同相時)或存在於輸出埠2處(例如，當光束為異相時)，藉此在光基於施加在相調整區段122處的電壓訊號V0 經導向至輸出埠1或輸出埠2時，提供開關功能。儘管單個主動臂例示於第1圖中，但在一些其他實施例中，馬赫-陳爾德干涉儀120之兩個臂可包括相調整區段。
如第1圖中所例示，電光開關技術與全光學開關技術相比，跨於開關之主動區施加電偏壓(例如，第1圖中之電壓訊號V0 )以產生光學變化。由偏壓之施加產生的電場或電流可引起諸如折射指數或光吸收的主動區之一或多個光學性質之變化。除藉由電流流動(在電流由偏壓之施加產生的狀況下)散逸的功率之外，能量亦可藉由電場之創造散逸，此電場可具有E2 κ/8π(cgs單位)之能量密度，其中E為電場且κ為介電常數。
儘管馬赫-陳爾德干涉儀實行方案之一個實例例示於第1圖中，但其他開關架構及/或其他相調整裝置可經使用在各種實施例中，各種實施例包括環共振器設計、盤共振器設計、馬赫-陳爾德調變器、一般化馬赫-陳爾德調變器等等。此項技術中之一般技術者將認識許多變化、修改，及替代物。
以上所描述之相調整可使用諸如勃克爾斯效應及/或克爾效應的EO效應達成。勃克爾斯效應在經歷電場的光學介質中改變或產生雙折射，其中雙折射與所施加電場成比例。勃克爾斯效應可發生在諸如鈣鈦礦晶體、鐵電晶體的缺乏反轉對稱性的晶體，或諸如電場極化聚合物或玻璃的其他非中心對稱介質中。在克爾效應中，折射指數變化(或雙折射)與所施加電場之功率(例如，平方)成比例。所有材料可具有克爾效應，但一些材料可具有相較於其他材料的較高克爾效應。一般而言，勃克爾斯效應可為相較於克爾效應的高得多的EO效應。
鐵電晶體通常具有自發極化，自發極化可藉由電場或應力重新定向。自發極化可藉由非中心對稱晶體結構誘發，非中心對稱晶體結構可為在一定溫度範圍內穩定的。具有勃克爾斯效應的鐵電晶體之一些實例包括BaTiO3 (BTO)、(Ba,Sr)TiO3 (BST)、(Pb(Zr,Ti)O3 (PZT)、(Pb,La)(Zr,Ti)O3 (PLZT)、(Sr,Ba)Nb2 O6 (SBN)等等。例如，鈦酸鋇(BTO)在室溫處具有相對大的勃克爾斯係數。另外，BTO可經生長在大Si基板上，且可使用矽CMOS製程整合在Si光子平台中。因而，BTO可由於其優良的鐵電性質、高介電常數、低介電損失、化學及機械穩定性，及CMOS製程相容性而使用在各種電子應用中。
第 1B 圖 為根據某些實施例的第1A圖中所例示之光學開關100之實行方案中之相調整區段150 (例如，相調整區段122)之實例的橫截面圖。相調整區段150可使用EO效應，諸如以上所描述之勃克爾斯效應。相調整區段150可包括基板152、任擇的緩衝層154、晶種層156、EO材料層158、波導芯162、波導包覆層160，及電極164。EO材料層158可具有高勃克爾斯係數，且可包括例如鈣鈦礦鐵電體或其他鐵電晶體，諸如本文所描述之鈦酸鋇(BaTiO3 或BTO)。
基板152可包括半導體基板，諸如矽晶圓、鍺晶圓、矽上鍺晶圓、絕緣體上矽(SOI)晶圓等等。晶種層156可具有類似於EO材料層158之晶格結構的晶格結構，且可包括例如MgO、BaHfO3 、BaZrO3 、LaAlO3 、SrHfO3 、SrTiO3 、SrMoO3 ，或SrZrO3 。晶種層156可經沉積(例如，磊晶地生長)在基板152上。在一些實施例中，緩衝層154可定位在晶種層156與基板152之間。緩衝層154可包括例如基板之氧化層，諸如SiO2 層。在一個實例中，緩衝層154 (例如SiO2 )可藉由氧環境中的晶種層156 (例如，SrTiO3 )及基板152 (例如，Si)之高溫氧化退火形成。
EO材料層158可磊晶地沉積在晶種層156上。波導芯162可藉由例如沈積及光微影術直接形成在EO材料層158之頂部上，或在具有EO材料層158與波導芯162之間的緩衝層的情況下間接地形成在EO材料層158上。此緩衝層可用來防止EO材料層158與波導芯162之間的相互作用，且/或充當用於波導芯162之形成的蝕刻終止層。波導芯162可包括例如Si、SiN、SiGe、EO材料(例如，BTO)等等。波導包覆層160可包括具有低於波導芯162之折射指數的介電材料，諸如氧化物、氮化物，或氮氧化物、碳氧化物等等(例如，SiO2 、Si3 N4 、SiON、SiCO等)，且可沉積在波導芯162上。溝槽可經蝕刻於波導包覆層160中且充滿諸如金屬的導電材料以形成電極164。電極164可用來跨於EO材料層158施加偏壓及因而電場，以調變用於相調整的EO材料層之折射指數。
如以上所描述，諸如鈦酸鋇的一些鈣鈦礦鐵電體可在室溫處具有大勃克爾斯係數。鈣鈦礦鐵電材料之勃克爾斯係數可為對於不同晶格取向而不同的。另外，鈣鈦礦鐵電材料之勃克爾斯係數可為在不同操作溫度處不同的。例如，在低溫處，鐵電材料之勃克爾斯係數可顯著地降低。
第 2 圖 例示如在例如Felix Eltes等人，「An integrated Cryogenic Optical Modulator 」，J. App. Phys. (2019)中報告的在自約4 K至約340 K之溫度處的用於具有不同晶格取向之BaTiO3 的有效勃克爾斯係數。在第2圖中，x軸對應於介於4 K與340 K之間的操作溫度，且y軸對應於勃克爾斯係數(以pm/V為單位)。曲線210示出用於具有45°晶格取向之BTO層的在不同溫度處之對應勃克爾斯係數。曲線220示出用於具有22.5°晶格取向之BTO層的在不同溫度處之對應勃克爾斯係數。曲線230示出用於具有67.5°晶格取向之BTO層的在不同溫度處之對應勃克爾斯係數。曲線240示出用於具有90°晶格取向之BTO層的在不同溫度處之對應勃克爾斯係數。曲線210-240示出BTO之勃克爾斯效應為各向異性的，且因而EO效應可隨EO裝置中的BTO層中之晶格之取向而變。
曲線210-240亦示出勃克爾斯係數之溫度相依。例如，第2圖示出，當BTO層中之晶格之取向在約45°處時，勃克爾斯係數可為在約200 K與約260 K之間最高，諸如在約240 K處最高，其中勃克爾斯係數可大於700 pm/V。在約240 K以下，勃克爾斯係數之量級可逐漸降低至4 K處的約200 pm/V，此勃克爾斯係數小於室溫處的勃克爾斯係數之1/3。另外，在約140 K至約100 K處，可存在勃克爾斯係數之快速降低。
雖然BaTiO3之勃克爾斯係數與其在室溫處的勃克爾斯係數相比較可在4 K處顯著地降低，但值(例如，約200 pm/V)仍可大於室溫處的一些其他材料。降低的勃克爾斯係數對EO切換之能量效率之效應可藉由低溫處的BaTiO3 之介電係數之降低部分地補償。另外，BaTiO3 之傳導性可在低溫處降低，此可在極冷環境中幫助降低BaTiO3 裝置之靜態功率消耗。
為在極冷溫度處改良基於勃克爾斯效應之EO裝置的效能，可需要在極冷溫度處維持EO材料之高室溫勃克爾斯係數。根據某些實施例，決定勃克爾斯效應之降低可至少部分地由具有溫度變化的晶體之應變及極化之變化以及某些溫度處的晶體之結晶相及極化轉變引起，因為，如以上所描述，勃克爾斯效應可發生在缺乏反轉對稱性(例如，非中心對稱)的晶體中且勃克爾斯張量之非零元件可取決於晶體對稱性。因而，若EO材料可在極冷溫度處維持其室溫晶體結構，則極冷溫度處的EO材料之勃克爾斯係數可經改良。
第 3A 圖至第 3D 圖 例示在不同溫度處的ABO3 鈣鈦礦晶體(例如，BaTiO3 )之結晶相變。鈦酸鋇(BaTiO3)通常可處於在居里(Curie)溫度以上(例如，在約120℃處)無淨極化的順電相。第 3A 圖 示出居里溫度以上的BaTiO3中之立方晶體結構310。大小為大的鋇離子(A離子)通常佔據拐角部位。大小為小的鈦酸鹽離子(B離子)通常位於立方體之中心。氧陰離子通常在面中心上。不同於許多其他氧化物晶體，鈣鈦礦晶體中之氧陰離子可不形成緊密堆積結構。因此，鈣鈦礦晶體(例如，BaTiO3 )之晶體結構可由於鈣鈦礦晶體中之溫度變化及應力而改變。在約居里溫度處，晶體可經歷相變(亦稱為位移相變)且可在自約5℃至約120℃之溫度範圍內採用極性正方晶相。
第 3B 圖 示出在自約5℃至約120℃之溫度範圍內的BaTiO3 中之極性正方晶晶體結構320。當自居里溫度冷卻下來時，極性正方晶晶體結構320可經形成。正方晶結構之形成可使單位晶胞永久地極化，此可導致沿著c軸的自發極化，c軸可平行於立方晶體結構310中的六個等效＜100＞軸中之任何一個。因而，極性正方晶相可具有平行於單位晶胞之邊緣的6個穩定極化方向，從而導致6個相異晶體變體。
第 3C 圖 例示在自約-90℃至約5℃之溫度範圍內的BaTiO3 中之斜方晶晶體結構330。如第3C圖中所示，在約5℃以下進一步冷卻後，BaTiO3 之單位晶胞可藉由沿著面對角線(＜110＞)方向332拉長進一步扭曲，且正方晶晶體結構320可改變成斜方晶晶體結構330。在立方晶體結構310中可存在12個等效＜110＞方向，此可導致斜方晶相中的12個可能極性方向。斜方晶相可為自約5℃降至約-90℃穩定的。
第 3D 圖 例示低於約- 90℃之溫度處的BaTiO3 中之斜方六面體晶體結構340。如第3D圖中所示，在約-90℃以下進一步冷卻後，BaTiO3 之單位晶胞可經歷沿著體對角線(＜111＞)方向342的另一扭曲，從而導致斜方六面體對稱性結構。可存在沿著立方晶體結構310中之＜111＞方向的斜方六面體相中之8個等效極性方向。
因而，塊體BaTiO3晶體可自室溫處的正方晶相轉變成約270 K處或以下的斜方晶相，且隨後可轉變成約180 K處或以下的斜方六面體相。此類晶體結構及相變可見於許多鈣鈦礦鐵電體中。相變可改變勃克爾斯張量之元件且修改有效勃克爾斯係數之量級。
如以上所描述，晶體結構及相變亦可影響可利用的極化方向。在微結構層次，具有均勻電氣極化的區域可形成疇，其中每個疇為包括單個晶體變體的區域。疇之間的介面可稱為疇壁。鐵電晶體可採用疇及疇壁之穩定的最小能量配置。在許多狀況下，總體最小值不可達成且穩定狀態可為局部能量最小值，且能量最小化可導致具有多個疇之晶體，此等多個疇藉由疇壁分離，此等疇壁經定向以藉由跨於壁維持應變及極化之相容性來最小化能量。
因而，極冷溫度處的EO材料之勃克爾斯係數可藉由在極冷溫度處維持室溫晶體結構及極化方向加以改良。例如，根據某些實施例，EO材料層可包括交錯及互鎖的薄EO材料層及間層。間層可具有在操作溫度處不改變的晶格結構。因而，當操作溫度如以上關於第3A圖至第3D圖所描述地改變時，互鎖至間層的薄EO材料層可維持其晶格結構及極化方向及因此EO係數，而不經歷相變。
第 4 圖 為例示根據某些實施例的用於製造包括EO材料層之EO裝置之方法之實例的簡化流程圖400，EO材料層由自室溫至極冷溫度的大體上恆定EO係數表徵。儘管第4圖以順序流程描述操作，但操作中之一些可平行地或並行地執行。一些操作可按不同次序執行。操作可具有未包括在圖中的額外步驟。一些操作可為任擇的，且因而可在各種實施例中省略。一些操作可與另一操作一起執行。
在方塊410處，可將晶種層(例如，晶種層156)沉積在基板(例如，基板152)上。如以上所描述，基板可為半導體晶圓，諸如單晶矽晶圓、鍺晶圓、矽上鍺晶圓、絕緣體上矽(SOI)晶圓等等。基板可包括各種大小的半導體晶圓，諸如4吋、6吋、8吋、10吋、12吋，或更大。一般而言，希望使用大晶圓來改良生產力。例如，12吋矽晶圓可經用作基板。
晶種層可具有類似於使用在EO裝置中的EO材料之晶格結構的晶格結構，且可包括例如SrTiO3 (STO)、MgO，或LaAlO3 。晶種層可使用例如分子束磊晶(MBE)磊晶地沉積或生長在基板上。在一個實施例中，Sr及Ti可在氧環境中沉積於矽晶圓之表面上以形成非晶SrTiO3 層，且非晶SrTiO3 層可在較高溫度處結晶以形成磊晶結晶SrTiO3 層。Si與STO之間的晶格失配可為約2%，且當STO層之厚度小於例如約5 nm時，高品質STO可與矽最同調。
第 5A 圖 例示根據某些實施例的具有磊晶晶種層520之基板510 (例如，半導體晶圓)之實例。在第5圖中所示之實例中，基板510可包括矽或SOI晶圓。磊晶晶種層520可包括同調磊晶STO層，此同調磊晶STO層可具有例如幾奈米或幾十奈米之厚度，諸如小於約8 nm或小於約5 nm的厚度。
參考回第4圖，在方塊420處，可藉由例如磊晶沉積將第一薄EO材料層沉積在晶種層上。第一薄EO材料層可包括例如鐵電或鈣鈦礦鐵電材料，諸如BaTiO3 (BTO)、(Ba,Sr)TiO3 (BST)、(Pb(Zr,Ti)O3 (PZT)、(Pb,La)(Zr,Ti)O3 (PLZT)等等。第一薄EO材料層可具有小於例如100 nm的厚度。BTO與矽之間的晶格失配可為約4%，且當BTO層之厚度小於約100 nm時，BTO層可與Si/STO部分同調，此可導致BTO層中的壓縮應力。因而，沉積在晶種層上的第一薄EO材料層(例如，BTO)可由於壓縮應力而具有平面外極化。
第 5B 圖 例示根據某些實施例的磊晶地沉積在晶種層520上的EO材料之層530之內應力及晶格取向。如以上所描述，EO材料可包括例如BaTiO3 (BTO)、(Ba,Sr)TiO3 (BST)、(Pb(Zr,Ti)O3 (PZT)、(Pb,La)(Zr,Ti)O3 (PLZT)等等。如所沉積，EO材料(例如，STO/Si上的BTO)之層530可主要包括具有正方晶結構525的疇，其中正方晶結構525之c方向由於如所第5B圖中所例示之壓縮應力而垂直於層530 (亦即，平面外極化)。層530可為薄層，諸如小於100 nm或較薄，以便層530中的鐵電材料鎖定至在低溫處具有正方晶結構的間層。
在第4圖中的方塊430處，基板、晶種層，及第一薄EO材料層可在較高溫度處，諸如在SiO2 之熔點以上的溫度處，在氧環境中經退火。例如，退火溫度可高於600℃，諸如750℃或更高。高溫退火可幫助釋放應力且形成基板(例如，Si)與晶種層(例如，STO)之間的介面處的緩衝層。緩衝層可包括氧化物層，諸如SiO2 層。例如，基板與晶種(例如，STO)層之間的介面處的矽可在高溫退火溫度及氧環境處氧化以形成SiO2 層。當退火溫度高於緩衝層之熔點(例如，約600℃)時，緩衝層(例如，SiO2 )可軟化，且因而晶種層及第一薄EO材料層可自基板去耦且可經允許釋放晶種層及第一薄EO材料層中之應力。因此，EO材料(例如，BTO)中之應力可在高溫退火期間由於SiO2 軟化而自壓縮應力改變成固有應力，且晶種層及第一薄EO材料層之品質可經改良。
可存在高溫處的BTO (例如，約3.5E-6/℃)與矽(例如，約2.6E-6/℃)之間的熱膨脹係數(CTE)之大差異。因而，當緩衝層(例如，SiO2 )在冷卻期間在低於550℃處硬化時，矽與BTO之間的大CTE差異可使BTO中之應力經歷固有應力至拉伸應力轉變。因而，在室溫處，BTO中之淨或佔優勢的應力可已自壓縮應力改變成拉伸應力，此可使極化自平面外極化改變成平面內取向。因此，退火溫度可經選擇，使得BTO可在拉伸應力下且可由於由BTO與矽之間的CTE之大差異引起的應力而在冷卻之後具有平面內極化。
第 5C 圖 例示根據某些實施例的在高溫氧化退火之後磊晶地沉積在晶種層520上的EO材料之層530之內應力及晶格取向。如所例示，由於如以上所描述之退火之後的層530中之拉伸應力，鐵電材料(例如，STO/Si上的BTO)之層530可主要包括具有正方晶結構535之疇，其中正方晶結構535之c方向平行於層530 (亦即，平面內極化)。第5C圖亦示出緩衝層540，諸如在高溫氧化退火期間藉由基板之氧化形成的氧化物層(例如，SiO2 )。
第 6 圖 例示根據某些實施例的藉由使用拉塞福回散射頻譜學(RBS)量測的離子通道/用於退火之前及之後的磊晶層(例如，SrTiO3 磊晶層)之實例的通道所示的退火之後的晶體品質改良。在RBS/通道中，自原子之晶格部位位移的原子可與通道束相互作用，從而導致散射產率之增加。第6圖中之曲線610示出在退火之前藉由SrTiO3 磊晶層回散射的不同通道中之所偵測回散射粒子(例如，離子)之總數(回散射粒子之能量)。如所例示，在退火之前，SrTiO3 磊晶層包括許多位移的Sr及Ti原子。第6圖中之曲線620示出在退火之後藉由SrTiO3 磊晶層回散射的不同通道中之所偵測回散射粒子之總數。曲線620示出位移Sr及Ti原子之數目或百分比顯著地降低且因而結晶SrTiO3 磊晶層之品質經顯著地改良。儘管在第6圖中未示出，但BTO磊晶層之品質可類似地藉由退火製程改良。
第 7 圖 例示示出高溫處的磊晶層(例如，SrTiO3 磊晶層)之實例之異相晶格常數鬆馳的x射線繞射資料之實例。SrTiO3 磊晶層可使用例如MBE沉積在矽晶圓上。第7圖示出，在低於約600℃的溫度處，異相熱晶格膨脹可為溫度之線性函數。異相晶格常數可在約600℃處開始鬆馳，此指示STO在約600℃以下處於壓縮應力下，且壓縮應力可在高於600℃的溫度處經釋放。
參考回第4圖，在方塊440處，薄間層可經沉積在第一EO材料層(例如，BTO層)上，且薄EO材料層(例如，另一BTO層)可經沉積在間層上。間層及EO材料層亦可使用如以上所描述之高溫氧化退火加以退火以使BTO鬆馳，改良晶體品質，且確保薄BTO層中之平面內極化。薄間層及薄EO材料層可在多個製程週期中之每一個中交替地沉積且退火以形成交錯及互鎖的間層及EO材料層之堆疊，直至EO材料層之總厚度達到目標厚度。
在各種實施例中，間層可包括類似於EO材料之晶體結構的晶體結構且可在低溫處不經歷相變。因而，在極冷溫度處，間層可具有類似於EO材料之室溫晶體結構的晶體結構。間層可包括某些氧化物，諸如，例如MgO、BST、BaHfO3 、BaZrO3 、SrHfO3 、SrNbO3 、SrZrO3 ，或具有接近於BTO之正方晶結晶結構之晶格常數之晶格常數的其他氧化物。間層可限制BTO自其室溫處的正方晶相至較低溫度處的其他相之轉變。
第 5D 圖 例示根據某些實施例的與工程晶圓500之實例中的間層交錯的EO材料層之內應力及晶格取向。在第5D圖中所示之實例中，工程晶圓500可包括基板510 (例如，矽晶圓)、緩衝層540 (例如，SiO2 緩衝層)、晶種層520 (例如，具有小於約8 nm之厚度的STO層)，及複數個薄EO材料層530、532、534等等，諸如各自具有小於約100 nm之厚度的薄BTO層。在複數個薄EO材料層530、532，及534之間的是複數個間層550、552等等，諸如MgO、BST、BaHfO3 、BaZrO3 、SrHfO3 、SrZrO3 、SrNbO3 ，或其他氧化物之層。每個間層550或552可具有小於例如約10 nm的厚度，且可用來將薄BTO層彼此分離且將拉伸應力強加於薄BTO層上。在一些實施例中，每個EO材料層之厚度與每個間層之厚度之間的比可小於約20:1、10:1、8:1、5:1，或更低。EO材料之層中的淨或佔優勢的應力可為拉伸應力。如以上所描述，包括交錯的間層及薄EO材料層的層之堆疊可已在高溫退火中退火以使EO材料鬆馳，改良材料品質，且確保如藉由正方晶結構535所示的EO材料層中的平面內極化(例如，晶體結構之c軸平行於EO材料層)。
亦如以上所描述，交錯及互鎖的薄EO材料層及間層之堆疊(例如，BTO/MgO堆疊)可在低溫處維持EO材料中的拉伸應力，因而由於拉伸應力而在低溫(例如，極冷溫度)處維持EO材料之正方晶結構535。因而，極冷溫度處的EO材料之諸如勃克爾斯效應的EO效應可接近於室溫處的EO材料之勃克爾斯效應。
在方塊450處，波導可經形成於交錯的薄EO材料層及間層之堆疊上或黏結至交錯的薄EO材料層及間層之堆疊。例如，在一些實施例中，諸如矽、SiGe，或Si3 N4 層的波導層可直接沉積在堆疊上，矽、SiGe，或Si3 N4 層可使用光微影術加以圖案化以形成波導芯，且包覆層(亦稱為封蓋層)隨後可經沉積在波導芯上以形成波導。矽、SiGe，或Si3 N4 層可在具有中間的緩衝層的情況下間接地沉積在堆疊上。緩衝層可防止波導芯與EO材料之間的相互作用，且/或充當用於圖案化波導層的蝕刻終止層。在一些實施例中，波導芯及上包覆層及/或下包覆層可經形成於第二基板上且隨後可黏結至交錯的薄EO材料層及間層之堆疊(例如，工程晶圓500)，其中工程晶圓500之基板稍後可藉由例如水平濕式蝕刻(例如，使用犧牲層)或諸如雷射升離技術的其他升離技術移除。在一些實施例中，薄EO材料層中之一些可用來形成波導芯。
波導之包覆層可包括介電材料或EO材料，介電材料或EO材料具有低於波導芯之折射指數的折射指數。包覆層可包括例如Si3 N4 、氧化物(例如，SiO2 、Al2 O3 及MgO)、高κ材料(例如，氧化鉿(HfO2 )等等。在一些實施例中，具有壓縮應力的非晶介電包覆層(例如，Si3 N4 、SiO2 、Al2 O3 等)可在低於約550℃的溫度處沉積在交錯的薄EO材料層及間層之堆疊上。包覆層可將拉伸應力施加在交錯的薄EO材料層及間層之堆疊上以進一步維持EO材料之正方晶相。包覆層亦可用作用於晶圓至晶圓黏結或晶粒至晶圓黏結的介電層。在一些實施例中，包覆層可用作用於某些蝕刻製程的蝕刻終止層。以下詳細地描述使用交錯的薄EO材料層及間層之堆疊的波導結構及EO裝置組態之一些實例。
第 5E 圖 例示根據某些實施例的與波導結構505之間層交錯的EO材料之層之內應力及晶格取向。如所例示，波導芯560可鄰近於工程晶圓500且可藉由波導包覆層570覆蓋。波導包覆層570可包括非晶介電包覆層(例如，Si3 N4 、SiO2 、Al2 O3 等)且可將拉伸應力施加在薄EO材料層之堆疊上以在低溫處維持EO材料之正方晶相。例如，SiO2 及BTO可具有在低溫(例如，極冷溫度)處的非常不同的CTE特性，其中SiO2 之CTE可在低溫處變為負(亦即，在溫度降低時膨脹)。因而，當冷卻至極冷溫度時，SiO2 包覆層可由於BTO層與SiO2 包覆層之間的CTE之大差異而將拉伸應力施加在BTO層上。因此，EO材料之層中的佔優勢的應力可在自室溫至極冷溫度的溫度處為拉伸應力。因而，EO材料之層可維持正方晶結晶結構及平面內極化，其中晶體結構之c軸可平行於EO材料層。
在方塊460處，可對堆疊中之EO材料層做出電氣連接以便將電壓訊號施加至EO材料層。例如，溝槽可經蝕刻在包覆層中且貫穿堆疊中之EO材料層，諸如TiN或Ti及TiN的薄導電襯裡材料之層可首先經塗佈在溝槽側壁處以促進黏合且防止擴散，且隨後導電電極材料(例如，W或Co)可填充溝槽以形成用於EO裝置之電極。替代地，導電障壁材料(例如，TaN)及襯裡(例如，Ta、Co，或Ru)首先經塗佈在溝槽側壁處以沉積Cu導電電極。以此方式，EO材料層中之每一個可與電極接觸且可接收電壓訊號以由於藉由電壓訊號誘發的電場而改變此EO材料層之折射指數。
第 8 圖 為根據某些實施例的包括可在極冷溫度處維持正方晶相的EO材料層的波導結構800之實例的簡化橫截面圖。波導結構800可包括藉由例如晶圓至晶圓熔合黏結黏結在一起的第一部分802及第二部分804。第一部分802可包括與薄間層840、842，及844交錯的薄EO材料層830、832、834，及836之堆疊。如以上關於第4圖及第5B圖至第5D圖所描述，EO材料層830、832、834，及836可包括鐵電晶體，諸如BaTiO3 (BTO)、(Ba,Sr)TiO3 (BST)、(Pb(Zr,Ti)O3 (PZT)、(Pb,La)(Zr,Ti)O3 (PLZT)等等。間層840、842，及844可包括例如MgO、BST、BaHfO3 、BaZrO3 、SrHfO3 、SrNbO3 、SrTiO3 、SrZrO3 ，或其他氧化物。
EO材料層及間層可經交替地形成，使得EO材料層及間層可彼此交錯且互鎖以形成交錯的層之堆疊。EO材料層及間層可為薄層，其中每個EO材料層之厚度與每個間層之厚度之間的比可小於約20:1、10:1、8:1、5:1，或更低。在一個實例中，每個EO材料層之厚度可為約100 nm或更薄，且每個間層之厚度可為約10 nm或更薄。堆疊中的多個EO材料層之總厚度可大於一定值，諸如大於約300 nm。交錯的層之堆疊可經形成於晶種層820上，此晶種層繼而可經沉積在例如半導體基板(例如，矽基板) (第8圖中未示出)上，如以上所描述。緩衝層810可使用例如以上所描述之高溫氧化退火製程形成在晶種層820與半導體基板之間。
第二部分804可包括形成在基板860上的波導，此基板可為半導體基板(例如，矽處置晶圓)或玻璃、石英、陶瓷，或金屬基板。波導可包括波導芯870及波導包覆層880。波導芯870可包括具有高折射指數的材料，諸如矽、SiN、SiGe等等。波導包覆層880可包括可具有低於波導芯870之折射指數的折射指數之介電材料。波導包覆層880可包括例如Si3 N4 、SiO2 、Al2 O3 、MgO、SiON、SiCN、SiCON、SiCO等等之非晶介電包覆層。波導包覆層880可經用作用於晶圓至晶圓黏結及晶粒傳遞的介電層。當黏結至第一部分802時，波導包覆層880可將拉伸應力施加在交錯的薄EO材料層及間層之堆疊上，以在如以上所描述的低溫處維持EO材料之正方晶相。波導結構800之第二部分804亦可包括形成在基板860之頂部上的其他被動或主動裝置。
在第一部分802及第二部分804黏結在一起之後，薄EO材料層830、832、834，及836之堆疊及薄間層840、842，及844形成在上面的半導體基板可藉由例如背拋光、背研磨、水平濕式蝕刻，剝離技術(例如，雷射剝離技術)等等薄化或移除。溝槽之後可在第一部分802中自緩衝層810側向下蝕刻至第一部分802與第二部分804之間的介面，其中波導包覆層880可用作用於蝕刻製程之蝕刻終止層。諸如Ti、TiN，及TaN的導電材料與電極金屬(例如，Cu、W、Co等)一起可沉積或以其他方式填充溝槽且形成電極850。
電極850可用來藉由邊緣觸點而非表面觸點將電壓訊號施加至薄EO材料層830、832、834，及836。邊緣觸點可直接將電壓訊號施加至EO材料層而不通過間層，此等間層可具有不同於EO材料之介電常數的介電常數。例如，MgO可具有相較於BTO的較低介電常數。因而，邊緣觸點可幫助消除由於介電常數之差異而藉由間層引起的場干涉。在一些實施例中，間層(例如，BST層)可具有類似於EO材料(例如，BTO)之介電常數的介電常數，且表面觸點可用來將電壓訊號施加至EO材料層。
第 9 圖 為根據某些實施例的包括可在極冷溫度處維持正方晶相的EO材料層的波導結構900之另一實例的簡化橫截面圖。波導結構900可包括基板910，此基板可類似於以上所描述之基板152或510。在一個實例中，基板910包括大(例如，12’’)矽晶圓。波導結構900亦可包括基板910上的緩衝層922及晶種層920。緩衝層922可類似於以上所描述之緩衝層154、540，或810。緩衝層922之一個實例為SiO2 層。晶種層920可類似於以上所描述之晶種層156、520，或820。晶種層920之一個實例為STO層。如以上所描述，緩衝層922可藉由沉積在基板910 (例如，矽晶圓)上的晶種層920之高溫氧化退火形成，其中基板910可在晶種層920與基板910之間的介面處氧化以在晶種層920與基板910之間形成緩衝層922。
波導結構900可包括多個EO材料層930、932、934等等，及多個間層940、942等等。如以上所描述，EO材料層930、932，及934可包括鐵電晶體，諸如BaTiO3 (BTO)、(Ba,Sr)TiO3 (BST)、(Pb(Zr,Ti)O3 (PZT)、(Pb,La)(Zr,Ti)O3 (PLZT)等等。間層940及942可包括例如MgO、BST、BaHfO3 、BaZrO3 、SrHfO3 、SrNbO3 、SrTiO3 、SrZrO3 或其他氧化物。EO材料層及間層可交替地沉積在晶種層920之頂部上，使得EO材料層及間層可彼此交錯且互鎖以形成交錯的層之堆疊。EO材料層及間層可為薄層，其中每個EO材料層之厚度與每個間層之厚度之間的比可小於約20:1、10:1、8:1、5:1，或更低。在一個實例中，每個EO材料層之厚度可為約100 nm或更薄，且每個間層之厚度可為約10 nm或更薄。堆疊中的多個EO材料層之總厚度可大於一定值，諸如大於約300 nm。
包括波導芯950及包覆層960的波導可如以上關於例如第4圖之方塊450及第5E圖所描述地形成在交錯的層之堆疊上。波導芯950可包括例如Si、SiGe，或SiN，且包覆層960可包括例如Si3 N4 、SiO2 、Al2 O3 、MgO、SiCN、SiON、SiCO、HfO2 等等。
溝槽隨後可在包覆層960及交錯的層之堆疊中自包覆層960向下蝕刻至晶種層920或緩衝層922，此緩衝層可用作用於蝕刻製程的蝕刻終止層。諸如金屬(例如，Cu、W、Co等)的導電材料可沉積或以其他方式填充溝槽且形成電極970。如以上關於第8圖所描述，電極970可用來藉由邊緣觸點而非表面觸點將電壓訊號施加至EO材料層930、932，及934，以避免藉由間層940及942引起的場干涉，此等間層可具有不同於EO材料層930、932，及934之介電常數的介電常數。
第 10 圖 為根據某些實施例的包括可在極冷溫度處維持正方晶相的EO材料層的波導結構1000之又一實例的簡化橫截面圖。波導結構1000可包括基板1010，此基板可類似於以上所描述之基板152、510，或910。波導結構1000可亦包括基板1010上的緩衝層1022及晶種層1020。緩衝層1022可類似於以上所描述之緩衝層154、540、810，或922。緩衝層1022之一個實例為SiO2 層。晶種層1020可類似於以上所描述之晶種層156、520、820，或920。晶種層1020之一個實例為STO層。如以上所描述，緩衝層1022可藉由沉積在基板1010 (例如，矽晶圓)上的晶種層1020之高溫氧化退火形成，其中基板1010可在晶種層1020與基板1010之間的介面處氧化以在晶種層1020與基板1010之間形成緩衝層1022。
波導結構1000可包括多個EO材料層1030、1032、1034、1036等等，及多個間層1040、1042、1044等等。如以上所描述，EO材料層1030、1032、1034，及1036可包括鐵電晶體，諸如BaTiO3 (BTO)、(Ba,Sr)TiO3 (BST)、(Pb(Zr,Ti)O3 (PZT)、(Pb,La)(Zr,Ti)O3 (PLZT)等等。間層1040、1042，及1044可包括例如MgO、BST、BaHfO3 、BaZrO3 、SrHfO3 、SrNbO3 、SrTiO3 、SrZrO3 ，或其他氧化物。EO材料層及間層可交替地沉積在晶種層1020之頂部上，使得EO材料層及間層可彼此交錯且互鎖以形成交錯的層之堆疊。EO材料層及間層可為薄層，其中每個EO材料層之厚度與每個間層之厚度之間的比可小於約20:1、10:1、8:1、5:1，或更低。在一個實例中，每個EO材料層之厚度可為約100 nm或更薄，且每個間層之厚度可為約10 nm或更薄。堆疊中的多個EO材料層之總厚度可大於一定值，諸如大於約300 nm。
波導結構1000可進一步包括波導，波導包括包覆層1050及波導芯，波導芯包括交錯的層中之一些。在第10圖中所示之實例中，波導芯可包括EO材料層1034及1036及間層1042及1044，其可藉由例如光微影術圖案化。在一些實施例中，間層1044及1042可用作用於蝕刻EO材料層1034及1036的蝕刻終止層。例如，間層1044可用作用於使用第一配方蝕刻EO材料層1036的蝕刻終止層，間層1044隨後可使用第二配方加以蝕刻，且間層1042可用作用於使用第一配方蝕刻EO材料層1034的蝕刻終止層。以此方式，波導芯可經形成為包括一些EO材料層及間層的平台式結構。
包覆層1050可如以上關於例如第4圖之方塊450及第5E圖所描述地形成於波導芯上。包覆層1050可包括例如Si3 N4 、SiO2 、Al2 O3 、MgO、SiCN、SiON、SiCO、SiOCN、HfO2 等等。溝槽可在包覆層1050及交錯的層之堆疊中的一些層中自包覆層1050向下蝕刻至晶種層1020或緩衝層1022，此緩衝層可用作用於蝕刻溝槽的蝕刻終止層。諸如金屬(例如，Cu、W、Co等)的導電材料可沉積或以其他方式填充溝槽且形成電極1060。如以上所描述，電極1060可用來藉由邊緣觸點將電壓訊號施加至EO材料層1030及1032，且/或將電壓訊號施加至EO材料層1034及1036。
以上所描述之波導結構800、900，及1000可各自包括交錯層之堆疊，交錯的層之堆疊包括交替的EO材料層及間層。EO材料層及間層可為薄的，且可在室溫處具有類似的晶格結構，且因而可在製造製程之後互鎖。間層可包括當操作溫度改變時可不經歷相變的材料。因而，當操作溫度例如改變至極冷溫度時，薄EO材料層與間層之間的互鎖可防止EO材料層相變。因而，EO材料層可在極冷溫度處大體上維持其室溫晶格結構(例如，正方晶相)及極化(例如，同相極化)及因而EO效應(例如，勃克爾斯係數)。波導結構800、900，及1000可使用在諸如以上所描述之馬赫-陳爾德干涉儀120或光學開關100的光學開關、EO調變器，或使用相調整或折射指數調變在低溫處操作的其他主動光子裝置中。
在本文所揭示之波導結構及EO裝置之各種實施例中，可利用單個橫向模式波導(例如，具有在亞微米至微米範圍內之波導芯之寬度)或多模波導(具有支援二或更多個橫向模式的較寬波導芯)。各種材料、層，及結構可使用例如磊晶生長、沈積、層傳遞等加以形成，以製造EO裝置。儘管在一些實施例中描述用於在極冷溫度處改良勃克爾斯效應的技術，但本文所揭示之技術可用來在不同溫度處改良其他EO效應。此項技術中之一般技術者將認識許多變化、修改，及替代者。
第 11 圖 為例示根據某些實施例的用於製造包括由自室溫至極冷溫度之大體上恆定EO係數表徵之EO材料層的工程晶圓及/或EO裝置之方法之實例的簡化流程圖1100。儘管第11圖以順序流程描述操作，但操作中之一些可平行地或並行地執行。一些操作可按不同次序執行。操作可具有未包括在圖中的額外步驟。一些操作可為任擇的，且因而可在各種實施例中省略。一些操作可與另一操作一起執行。
在方塊1110處，操作可包括將晶種層沉積在基板上。基板可包括例如半導體基板(例如，矽晶圓)、玻璃基板、石英基板、陶瓷基板等等，如以上所描述。晶種層可使用例如MBE技術磊晶地生長在基板上，且可包括例如SrTiO3 (STO)、MgO，或LaAlO3 。
在方塊1120處，操作可包括使用例如MBE技術將第一電光材料層磊晶地沉積在晶種層上。晶種層可具有類似於第一EO材料層之晶格結構及/或基板之晶格結構的晶格結構，且可包括例如鐵電或鈣鈦礦鐵電材料，諸如BTO、BST、PZT、PLZT等等。第一EO材料層中之材料可在室溫處具有正方晶晶格結構，且當成塊地使用時，可在低溫處改變其晶格結構及結晶相。第一EO材料層可具有小於例如100 nm的厚度。
在方塊1130處，操作可包括在氧環境中退火基板、晶種層，及第一電光材料層以在基板與晶種層之間形成氧化物緩衝層。退火可在例如高於氧化物緩衝層之軟化溫度，諸如高於600℃的溫度(例如，如750℃或更高)處執行。高溫退火可幫助在基板(例如，Si)與晶種層(例如，STO)之間的介面處形成氧化物緩衝層(例如，SiO2 )。當退火溫度高於氧化物緩衝層之軟化溫度時，氧化物緩衝層可軟化，且因而晶種層及第一EO材料層可自基板去耦且可經允許以釋放晶種層及第一EO材料層中的應力。
在方塊1140處，操作可包括將第一間層沉積在第一電光材料層上。第一間層可包括類似於第一EO材料層之晶體結構的晶體結構且可在低溫處不經歷相變。因而，第一間層可包括可在室溫及極冷溫度處(例如，在約4 K處)維持第一晶格結構的材料。第一間層可包括例如MgO、(Ba,Sr)TiO3、BaHfO3 、BaZrO3 、SrHfO3 、SrNbO3 、SrTiO3 、SrZrO3 等等中之至少一個。
在方塊1150處，操作可包括將第二電光材料層沉積在第一間層上。第二電光材料層可類似於第一電光材料層。在方塊1160處，操作可包括在高溫退火中將第二電光材料層及第一間層退火以使第二EO材料層鬆馳，改良材料品質，且確保第二EO材料層中的平面內極化。
在一些實施例中，額外間層及EO材料層可經交替地沉積，直至EO材料層之總厚度大於所要的值。在一些實施例中，包括交錯的間層及EO材料層的額外層可在高溫退火中退火。第一、第二，及額外間層可具有小於例如約10 nm的厚度，且可用來將EO材料層彼此分離且將拉伸應力強加於EO材料層上以限制EO材料層之相變。在一些實施例中，每個EO材料層之厚度與每個間層之厚度之間的比可小於約20:1、10:1、8:1、5:1，或更低。因為間層可在較低溫度(例如，極冷溫度)處不改變晶格結構及結晶相，所以間層可限制EO材料層以免在較低溫度處改變其室溫晶格結構及結晶相。因而，EO材料層可在較低溫度處具有高EO效應(例如，勃克爾斯效應)。例如，EO材料層可包括BTO且可具有在極冷溫度處大於300 pm/V的勃克爾斯係數。
任擇地，在方塊1170處，波導可經形成於交錯的間層及EO材料層之堆疊上。波導可為馬赫-陳爾德干涉儀、共振器、光學開關、電光調變器等等之區段。在一些實施例中，波導可包括波導芯，波導芯包括介電材料或半導體材料，或電光材料層中之一或多個電光材料層。在一些實施例中，波導可包括波導包覆層，波導包覆層與複數個電光材料層中之一電光材料層實體接觸，且可由不同於電光材料層之熱膨脹係數的熱膨脹係數表徵。波導包覆層可包括例如Si3 N4 、SiO2 、AI2 O3 、MgO、SiCN、SiON、SiCO、SiOCN，或HfO2 中之至少一個。
在一些實施例中，形成波導的步驟可包括圖案化一或多個電光材料層以形成波導芯，及將介電包覆層沉積在波導芯上。圖案化一或多個電光材料層的步驟可包括使用間層作為蝕刻終止層來蝕刻一或多個電光材料層。在一些實施例中，形成波導的步驟可包括將高折射指數材料之層沉積在包括間層及EO材料層的層之堆疊上，圖案化高折射指數材料之層以形成波導芯，及將介電包覆層沉積在波導芯上。在一些實施例中，形成波導的步驟可包括將包括波導的晶圓黏結至包括間層及EO材料層的層之堆疊。在一些實施例中，方法可亦包括在包括間層及EO材料層的層之堆疊中蝕刻溝槽，及使溝槽充滿導電材料。在一些實施例中，在層之堆疊中蝕刻溝槽的步驟可包括使用氧化物緩衝層作為蝕刻終止層。
第 12 圖 為根據某些實施例的包括電光裝置(例如，開關)的混合量子計算系統1200之實例的簡化系統方塊圖。為在例如液氦溫度的低溫處操作，本發明之實施例將本文所論述之電光開關整合至包括冷卻系統的系統中。因而，本發明之實施例提供混合計算系統，例如，如第12圖中所例示。混合量子計算(QC)系統1200包括使用者介面裝置1204，此使用者介面裝置通訊地耦接至混合量子計算子系統1206。使用者介面裝置1204可為任何類型的使用者介面裝置，例如，包括顯示器、鍵盤、滑鼠、觸控螢幕等等的終端。另外，使用者介面裝置自身可為諸如個人電腦(PC)、膝上型電腦、平板電腦等等的電腦。
在一些實施例中，使用者介面裝置1204提供使用者可藉以與混合QC子系統1206互動的介面。例如，使用者介面裝置1204可運行諸如正文編輯器、交談式發展環境(IDE)、命令提示、圖形使用者介面等等的軟體，使得使用者可程式設計或以其他方式與QC子系統互動以運行一或多個量子演算法。在其他實施例中，混合QC子系統1206可經預先程式設計且使用者介面裝置1204可簡單地為使用者可引發量子計算、監視進展，且接收來自混合QC子系統1206之結果的介面。混合QC子系統1206進一步包括經典計算系統1208，此經典計算系統耦接至一或多個量子計算晶片1210。在一些實例中，經典計算系統1208及量子計算晶片1210可耦接至其他電子組件1212，例如，脈衝式泵雷射、微波振盪器、電源、網路連接硬體等。
在利用極冷操作的一些實施例中，量子計算系統1209可容置在極冷恆溫器內，例如，極冷恆溫器1214內。在一些實施例中，量子計算晶片1210可包括一或多個構成晶片，例如，混合電子晶片1216及整合式光子晶片1218，此等構成晶片可包括本文所揭示的各種波導結構及/或EO裝置。訊號可以許多方式，例如經由光學互連件1220及經由其他電子互連件1222在晶片上及在晶片外路由。另外，混合量子計算系統1200可利用量子計算過程，例如利用量子位元之一或多個叢集狀態的基於量測之量子計算(MBQC)。
熟習此項技術者將顯而易見，可根據特定實行方案做出實質變化。例如，定製硬體亦可經使用，且/或特定元件可實行於硬體、軟體(包括可攜式軟體，諸如小型應用程式等等)，或兩者中。此外，可利用至諸如網路輸入/輸出裝置的其他計算裝置之連接。
參考附圖，可包括記憶體的組件可包括非暫時性機器可讀媒體。如本文所使用的術語「機器可讀媒體」及「電腦可讀媒體」代表參與提供使機器以特定方式操作的資料的任何儲存媒體。在上文提供之實施例中，各種機器可讀媒體可涉及將指令/碼提供至處理器及/或其他裝置(多個)以用於執行。另外或替代地，機器可讀媒體可用來儲存且/或攜帶此類指令/碼。在許多實行方案中，電腦可讀媒體為實體及/或有形儲存媒體。此媒體可採取許多形式，包括但不限於，非揮發性媒體、揮發性媒體，及傳輸媒體。電腦可讀媒體之常見形式包括例如磁性及/或光學媒體、打孔卡、紙帶、具有孔圖案之任何其他實體媒體、RAM、可程式化唯讀記憶體(PROM)、可抹除可程式化唯讀記憶體(EPROM)、快閃EPROM、任何其他記憶體晶片或匣、如下文中所描述之載波，或電腦可從其讀取指令及/或碼的任何其他媒體。
本文所論述之方法、系統，及裝置為實例。各種實施例可在適當時省略、置換，或添加各種程序或組件。例如，關於某些實施例描述的特徵可在各種其他實施例中經組合。實施例之不同態樣及元件可以類似方式組合。本文所提供的圖之各種組件可體現於硬體及/或軟體中。另外，技術發展，且因而許多元件為不使本揭示案之範疇限於彼等特定實例的實例。
已證明，有時，主要出於常見用途的考慮，將此類訊號稱為位元、資訊、值、元件、符號、特性、變數、項、數、數字等等為便利的。然而，應理解，此等或類似術語中之全部將與適當的物理量相關聯且僅為便利標記。除非另外具體陳述，否則如自以上論述顯而易見的，將瞭解，貫穿本說明書，利用諸如「處理」、「運算」、「計算」、「決定」、「確定」、「識別」、「關聯」、「量測」、「執行」等等之術語的論述涉及諸如特殊用途電腦或類似特殊用途電子計算裝置的特定設備之動作或過程。因此，在本說明書之上下文中，特殊用途電腦或類似特殊用途電子計算裝置能夠操縱或變換訊號，此等訊號通常表示為特殊用途電腦或類似特殊用途電子計算裝置之記憶體、暫存器，或其他資訊儲存裝置、傳輸裝置，或顯示裝置內的物理電子、電氣，或磁性量。
熟習此項技術者將瞭解，用來傳達本文所描述之訊息的資訊及訊號可使用各種不同工藝及技術中之任何者加以表示。例如，可貫穿以上描述參考的資料、指令、命令、資訊、訊號、位元、符號，及晶片可藉由電壓、電流、電磁波、磁場或粒子、光場或粒子，或其任何組合表示。
如本文所使用之術語「及」、「或」及「及/或」可包括各種意義，此等意義亦預期至少部分地信賴於使用此類術語的上下文。通常，「或」若用來關聯諸如A、B，或C的列表，則意欲意味在此以包括在內的意義使用的A、B，及C，以及在此以不包括在內的意義使用的A、B，或C。另外，如本文所使用之術語「一或多個」可用來以單數形式描述任何特徵、結構，或特性或可用來描述特徵、結構，或特性之一些組合。然而，應注意，此僅為例示性實例且所主張標的不限於此實例。此外，術語「……中之至少一個」若用來關聯諸如A、B，或C的列表，則可解釋為意味A、B，及/或C之任何組合，諸如A、B、C、AB、AC、BC、AA、AAB、ABC、AABBCCC等。
貫穿本說明書對「一個實例」、「一實例」、「某些實例」或「示範性實例」之參考意味，結合特徵及/或實例所描述的特定特徵、結構，或特性可包括在所主張標的之至少一個特徵及/或實例中。因而，片語「在一個實例中」、「一實例」、「在某些實例中」、「在某些實行方案中」或其他類似語貫穿本說明書在各種位置的出現未必全部涉及相同特徵、實例，及/或限制。此外，特定特徵、結構，或特性可在組合一或多個實例及/或特徵中。
在一些實行方案中，操作或處理可涉及物理量之物理操縱。通常，儘管不一定，但此類量可採取能夠儲存、傳遞、組合、比較，或以其他方式操縱的電氣或磁性訊號之形式。已證明，有時，主要出於常見用途的考慮，將此類訊號稱為位元、資料、值、元件、符號、特性、項、數、數字等等為便利的。然而，應理解，此等或類似術語中之全部將與適當的物理量相關聯且僅為便利標記。除非另外具體陳述，否則如自本文論述顯而易見的，將瞭解，貫穿本說明書，利用諸如「處理」、「運算」、「計算」、「決定」等等之術語的論述涉及諸如特殊用途電腦、特殊用途計算設備或類似特殊用途電子計算裝置的特定設備之動作或過程。因此，在本說明書之上下文中，特殊用途電腦或類似特殊用途電子計算裝置能夠操縱或變換訊號，此等訊號通常表示為特殊用途電腦或類似特殊用途電子計算裝置之記憶體、暫存器，或其他資訊儲存裝置、傳輸裝置，或顯示裝置內的物理電子、電氣，或磁性量。
在先前詳細描述中，許多特定細節已經闡述來提供對所主張標的之透徹理解。然而，熟習此項技術者將理解，所主張標的可在無此等特定細節的情況下經實踐。在其他實例中，未詳細描述一般技術者將已知的方法及設備以便不模糊所主張標的。因此，意圖在於，所主張標的不限於所揭示之特定實例，但此所主張標的亦可包括所附申請專利範圍，及其等效物之範疇內的所有態樣。
100:光學開關 105:第一50/50射束分離器 107:第二50/50射束分離器 110:第一波導 112:第二波導 120:馬赫-陳爾德干涉儀 122:相調整區段 124:波導 126:電極 130:波導 132:波導 150:相調整區段 152:基板 154:任擇的緩衝層 156:晶種層 158:EO材料層 160:波導包覆層 162:波導芯 164:電極 210～240:曲線 310:立方晶體結構 320:極性正方晶晶體結構 330:斜方晶晶體結構 332:面對角線(＜110＞)方向 340:斜方六面體晶體結構 342:體對角線(＜111＞)方向 400:簡化流程圖 410～460:方塊 500:工程晶圓 510:基板 520:磊晶晶種層 525:正方晶結構 530:層/薄EO材料層 532,534:薄EO材料層 535:正方晶結構 540:緩衝層 550,552:間層 560:波導芯 570:波導包覆層 610:曲線 800:波導結構 802:第一部分 804:第二部分 810:緩衝層 820:晶種層 830,832,834,836:薄EO材料層 840,842,844:薄間層 850:電極 860:基板 870:波導芯 880:波導包覆層 900:波導結構 910:基板 920:晶種層 922:緩衝層 930,932,934:EO材料層 940,942:間層 950:波導芯 960:包覆層 970:電極 1000:波導結構 1010:基板 1020:晶種層 1022:緩衝層 1030,1032,1034,1036:EO材料層 1040,1042,1044:間層 1050:包覆層 1060:電極 1100:簡化流程圖 1110～1170:方塊 1200:混合量子計算系統 1204:使用者介面裝置 1206:混合量子計算子系統 1208:經典計算系統 1210:量子計算晶片 1212:其他電子組件 1214:極冷恆溫器 1216:混合電子晶片 1218:整合式光子晶片 1220:光學互連件 1222:其他電子互連件 V0 :電壓訊號
第1A圖為例示根據某些實施例的包括馬赫-陳爾德(Mach-Zehnder)干涉儀的光學開關之實例的簡化圖表。第1B圖為根據某些實施例的第1A圖中所例示之光學開關之實行方案中的相調整區段之實例的橫截面圖；
第2圖例示根據某些實施例的在自約4 K至約340 K之溫度處的用於具有不同晶格取向之ABO3 鈣鈦礦晶體(例如，BaTiO3 晶體)之有效勃克爾斯(Pockels)係數；
第3A圖至第3D圖例示根據某些實施例的在不同溫度處的BaTiO3 之相變；
第4圖為例示根據某些實施例的用於製造包括EO材料層之EO裝置之方法之實例的簡化流程圖，此EO材料層由自室溫至極冷溫度的大體上恆定EO係數表徵；
第5A圖例示根據某些實施例的具有生長在上面的晶種層之基板之實例；
第5B圖例示根據某些實施例的磊晶地沉積在晶種層上的鐵電材料之層之內應力及晶格取向；
第5C圖例示根據某些實施例的在高溫氧化退火之後磊晶地沉積在晶種層上的鐵電材料之層之內應力及晶格取向；
第5D圖例示根據某些實施例的與工程晶圓中之間層交錯的鐵電材料之層之內應力及晶格取向；
第5E圖例示根據某些實施例的與波導結構中之間層交錯的鐵電材料之層之內應力及晶格取向；
第6圖例示根據某些實施例的藉由用於退火之前及之後的磊晶層之實例之離子通道所示的退火之後的晶體品質改良；
第7圖例示根據某些實施例的示出高溫處的磊晶層之實例中之異相晶格常數鬆馳的x射線繞射資料之實例；
第8圖為根據某些實施例的包括在極冷溫度處維持正方晶相的EO材料層的波導結構之一實例的簡化橫截面圖；
第9圖為根據某些實施例的包括在極冷溫度處維持正方晶相的EO材料層的波導結構之另一實例的簡化橫截面圖；
第10圖為根據某些實施例的包括在極冷溫度處維持正方晶相的EO材料層的波導結構之又一實例的簡化橫截面圖；
第11圖為例示根據某些實施例的用於製造包括EO材料層的工程晶圓及/或EO裝置之方法之實例的簡化流程圖，EO材料層由自室溫至極冷溫度的大體上恆定EO係數表徵；且
第12圖為根據某些實施例的包括電光裝置的混合量子計算系統之實例的簡化系統方塊圖。
國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
100:光學開關
105:第一50/50射束分離器
107:第二50/50射束分離器
110:第一波導
112:第二波導
120:馬赫-陳爾德干涉儀
122:相調整區段
124:波導
126:電極
130:波導
132:波導
V0:電壓訊號

Claims (20)

  1. 一種晶圓，包含： 一基板；以及 該基板上的一層堆疊，該層堆疊包括： 複數個電光材料層；以及 複數個間層，與該等複數個電光材料層交錯， 其中該等複數個間層在一室溫及在一極冷溫度維持一第一晶格結構；且 其中該等複數個電光材料層在該室溫及該極冷溫度維持一第二晶格結構及結晶相。
  2. 如請求項1所述之晶圓，進一步包含一磊晶晶種層，該磊晶晶種層在該基板與該層堆疊之間。
  3. 如請求項2所述之晶圓，其中該磊晶晶種層包括SrTiO3、LaAlO3 ，或MgO中之至少一者。
  4. 如請求項2所述之晶圓，進一步包含該磊晶晶種層與該基板之間的該基板之一氧化層。
  5. 如請求項1所述之晶圓，其中該等複數個電光材料層由該極冷溫度的一正方晶晶格結構表徵。
  6. 如請求項1所述之晶圓，其中該等複數個電光材料層包括BaTiO3 、(Ba,Sr)TiO3 、Pb(Zr,Ti)O3 ，或(Pb,La)(Zr,Ti)O3 中之至少一者。
  7. 如請求項1所述之晶圓，其中該等複數個間層包括MgO、(Ba,Sr)TiO3 、BaHfO3 、BaZrO3 、SrHfO3 、SrZrO3 ，或SrNbO3 中之至少一者。
  8. 如請求項1所述之晶圓，其中該等複數個電光材料層中之每一者之一厚度與該等複數個間層中之每一者之一厚度之間的一比等於或小於20:1。
  9. 一種方法，包含以下步驟： 將一晶種層沉積在一基板上； 將一第一電光材料層磊晶地沉積在該晶種層上； 在一氧環境中退火該基板、該晶種層，及該第一電光材料層，藉此在該基板與該晶種層之間形成一氧化物緩衝層； 將一第一間層沉積在該第一電光材料層上，其中該第一間層包括在室溫及一極冷溫度維持一第一晶格結構的一材料； 將一第二電光材料層沉積在該第一間層上；以及 退火該第二電光材料層及該第一間層。
  10. 如請求項9所述之方法，其中該第一電光材料層及該第二電光材料層包括一電光材料，該電光材料由不同於該室溫的一第三晶格結構的該極冷溫度的一第二晶格結構表徵。
  11. 如請求項10所述之方法，其中該第三晶格結構為與該第一晶格結構相同的一晶體結構。
  12. 如請求項9所述之方法，其中退火該基板、該晶種層，及該第一電光材料層之步驟包括以下步驟：在高於該氧化物緩衝層之一軟化溫度的一溫度退火。
  13. 如請求項9所述之方法，進一步包含以下步驟： 將一第二間層沉積在該第二電光材料層上，其中該第二間層包括在該室溫及該極冷溫度維持該第一晶格結構的該材料； 將一第三電光材料層沉積在該第二間層上；以及 退火該第三電光材料層及該第二間層。
  14. 如請求項13所述之方法，進一步包含以下步驟： 圖案化該第三電光材料層以形成一波導芯；以及 將一介電包覆層沉積在該波導芯上。
  15. 如請求項14所述之方法，其中圖案化該第三電光材料層之步驟包括以下步驟：使用該第二間層作為一蝕刻終止層來蝕刻該第三電光材料層。
  16. 如請求項13所述之方法，進一步包含以下步驟：在該第三電光材料層上形成一波導。
  17. 如請求項16所述之方法，其中在該第三電光材料層上形成該波導之步驟包括以下步驟： 在該第三電光材料層上形成一波導芯；以及 將一介電包覆層沉積在該波導芯上。
  18. 如請求項16所述之方法，其中在該第三電光材料層上形成該波導之步驟包括以下步驟：將包括該波導的一晶圓黏結至該第三電光材料層。
  19. 如請求項16所述之方法，進一步包含以下步驟： 在該第一電光材料層、該第二電光材料層及該第三電光材料層以及該第一間層及該第二間層中蝕刻溝槽；以及 使該等溝槽充滿一導電材料。
  20. 如請求項9所述之方法，其中該第一電光材料層之一厚度與該第一間層之一厚度之間的一比等於或小於20:1。
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