TW202300964A - 光子積體電路及包含其之光電系統 - Google Patents

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Abstract

本發明係有關於一種光子積體電路(1)，其包含：一InP系基材(2)，其具有一第一InP系光波導(3)及一相鄰第二InP系光波導(4)；一介電平坦化層(5)，其至少配置在該第一光波導與該第二光波導之間。至少在該第一光波導與該相鄰第二光波導之間，該介電平坦化層具有一凹部(6)，該凹部係配置成減少或防止在該第一光波導與該第二光波導之間透過該介電平坦化層的光互動。在該凹部之位置，該介電平坦化層具有配置成朝向該第一光波導傾斜之一第一側壁(7)及配置成朝向該第二光波導傾斜之一第二側壁(8)。 本發明亦有關於一種包含該PIC之光電系統(20)。

Description

光子積體電路及包含其之光電系統
本發明係有關於可用於例如但不限於電信應用或感測器應用之磷化銦(InP)系光子積體電路(PIC)。本發明更有關於可用於例如但不限於電信應用或感測器應用之光電系統，其中該光電系統包含該InP系PIC。
在例如但不限於光電信應用之領域中，因為整合在較佳地具有儘可能小之一覆蓋區之一單一晶粒上的光與電功能數目不斷增加，所以PIC變得越來越複雜。用於PIC且特別是用於光電信應用之最多樣化技術平台使用包含InP系半導體材料之晶圓。InP系技術可在一單一晶粒上之一PIC中單石積體例如光產生及/或光吸收光學裝置之主動組件及例如光引導及/或光轉換光學裝置之被動組件。
有關具有一高組件密度之PIC的一常見問題係相鄰光波導間之光串擾或波導間干涉。在所屬技術領域中習知之用於減少光串擾或波導間干涉的解決方法產生例如有關內波導干涉之缺點，該內波導干涉係由反射返回該發端波導中之光輻射造成。特別在密封封裝該複合式PIC時本身又加入例如有關該等PIC之環境保護性的其他缺點的用於避免後者缺點之習知解決方法繁複且因此成本高。
依據上述者，需要提供比較不容易產生波導間及波導內干涉且獲得一較佳性能成本比的一PIC。
本發明之一目的係提供一種可用於例如但不限於電信應用或感測器應用之InP系PIC，其預先制止或至少減少與所屬技術領域中習知之複合式InP系PIC相關之上述及/或其他缺點中的至少一缺點。
本發明之另一目的係提供一種光電系統，其可用於例如但不限於電信應用或感測器應用且包含依據本發明之一PIC。
本發明之態樣係在附加獨立項及依附項中提出。來自該等依附項之特徵可與來自獨立項之特徵適當地組合且未單獨地在申請專利範圍中明白地提出。此外，全部特徵可用其他技術地等效之特徵來取代。
上述目的中之至少一者係由一種光子積體電路，PIC達成，其包含： 一磷化銦，InP系基材，其具有一第一InP系光波導及一相鄰第二InP系光波導； 一介電平坦化層，其至少配置在該第一光波導與該第二光波導之間，其中至少在該第一光波導與該第二光波導之間，該介電平坦化層具有： 一凹部，其配置成減少或防止在該第一光波導與該第二光波導之間透過該介電平坦化層的光互動； 其中在該凹部之位置，該介電平坦化層具有： 一第一側壁，其配置成朝向該第一光波導傾斜；及 一第二側壁，其配置成朝向該第二光波導傾斜。
藉由增加構成InP系光波導之一InP系PIC的InP系層折射率間的差，可減少該等InP系光波導之尺寸。這容許減少該PIC之晶粒面積且因此該PIC之整體成本。為利用該等InP系光波導之主動光學性質，它們必須具有電接點。為在具有小尺寸之光波導頂面準確地且可靠地製造電接點，通常施加一介電平坦化層。此外，該介電平坦化層可組配成提供該等光波導之鈍化及保護，藉此改善依據本發明之PIC的環境保護性。
應注意的是該介電平坦化層可捕捉及傳播來自一光波導之光學輻射。為至少減少在該PIC之第一光波導與第二相鄰光波導之間透過該介電平坦化層之例如波導間干涉或光串擾的光互動，至少在該第一光波導與該第二光波導之間，該介電平坦化層具有一凹部。
藉由為該介電平坦化層之第一側壁及第二側壁提供一傾斜，被該介電平坦化層捕捉之一相位前面可傾斜，藉此至少減少且最終防止入射在該第一側壁及該第二側壁上而分別地反射返回該發端光波導，即該第一光波導及/或該第二光波導中的光學輻射。因此，至少可減少且最終地防止分別在該第一光波導及/或該第二光波導中之波導內干涉。因此，依據本發明之PIC比較不容易產生波導間及波導內干涉。
此外，為該介電平坦化層提供由分別地朝向該第一光波導及該第二光波導傾斜之一第一側壁及一第二側壁界定的一凹部提供特別有關於金屬化程序、在可配置在該介電平坦化層頂面上之另外介電層中的機械應力減少及/或機械應力重分配及在例如該介電平坦化層之傾斜側壁與該InP系基材間之角落中的殘留物捕捉的另外優點。
就金屬化程序而言，應注意的是朝上述方向傾斜的該介電平坦化層之第一側壁及該第二側壁使配置成與該介電平坦化層之這些傾斜側壁一致的金屬層及/或配置成與因為它們沈積在其頂面之介電平坦化層之傾斜側壁而傾斜的另外介電層側壁一致的其他金屬層獲得良好階梯覆蓋。由該介電平坦化層之傾斜側壁提供的該良好階梯覆蓋容許使用異向性金屬沈積及金屬蝕刻技術。
就沈積在具有一凹部之介電平坦化層頂面且該凹部係由該介電平坦化層之傾斜第一與第二側壁界定的另外介電層而言，應注意的是藉由容許該等另外介電層中之一第一另外介電層在該凹部之位置接觸配置在該介電平坦化層下方之一層的一區域，可在配置成至少覆蓋該凹部之另外介電層中減少機械應力集中及/或重分配機械應力。配置在該介電平坦化層下方之層可為任何適當介電層或InP系層。
就在例如該介電平坦化層之傾斜側壁與該InP系基材間之角落中的殘留物捕捉而言，應注意的是相較於相對該InP系基材配置成一90度之角度的側壁，該介電平坦化層之第一傾斜側壁及該第二傾斜側壁使較少殘留物被捕捉。
依據上述者，所屬技術領域中具有通常知識者可了解的是依據本發明之PIC的介電平坦化層可被視為一多功能層。所屬技術領域中具有通常知識者可了解的是藉由在為該等InP系光波導提供電接點後完全地移除該介電平坦化層，可防止波導間干涉及波導內干涉。但是，在此情形中無法獲得由依據本發明之PIC的多功能介電平坦化層提供的上述另外優點。
所屬技術領域中具有通常知識者可了解的是該InP系基材可具有任何適當數目之InP系光波導。藉由以上述方式為相鄰光波導間之介電平坦化層提供至少一凹部，可至少減少且最終地防止任何數目之相鄰光波導間的波導間干涉及/或波導內干涉。因此，依據該PIC之特定要求，可在某些或全部相鄰光波導間設置一個以上凹部。
依據上述者，所屬技術領域中具有通常知識者可了解的是依據本發明之InP系PIC預先制止或至少減少與波導間干涉及波導內干涉相關之上述及/或其他缺點中的至少一缺點。此外，依據本發明之PIC的多功能介電平坦化層提供例如有關於環境保護性、金屬化程序、在另外介電層中之機械應力減少及/或機械應力重分配及殘留物之捕捉的另外技術優點。因此，所屬技術領域中具有通常知識者可了解的是依據本發明之PIC提供一較佳整體性能及一較佳性能成本比。
在依據本發明之光子積體電路的一實施例中，在該凹部之位置，該介電平坦化層之第一側壁及第二側壁係相對該InP系基材呈小於85度之一傾斜角度。
依此方式，可減少且最終地防止入射在該介電平坦化層之第一傾斜側壁及第二傾斜側壁上的光學輻射分別地反射返回該發端光波導，即該第一光波導及/或該第二光波導中。因此，可至少減少且最終地防止分別在該第一光波導及/或該第二光波導中之波導內干涉。
應注意的是藉由將該傾斜角度調整在上述範圍內，例如藉由選擇該傾斜角度在30度與70度間之一範圍內，可使在配置成至少覆蓋設置在該介電平坦化層中之凹部的另外介電層中的上述機械應力減少及/或機械應力重分配最佳化。
在依據本發明之光子積體電路的一實施例中，該凹部係配置成可供進接該InP系基材。
依據該PIC之這實施例，該凹部係一貫穿孔，該貫穿孔可供進接以另外之方式至少部份地接觸該介電平坦化層的該InP系基材之一區域。所屬技術領域中具有通常知識者可了解的是在這情形中可完全地防止在該PIC之第一光波導及第二相鄰光波導之間透過該介電平坦化層的波導間干涉。該介電平坦化層之傾斜第一側壁及第二側壁容許減少且最終地防止上述波導間干涉。
關於沈積在該介電平坦化層頂面上之上述另外介電層，應注意的是容許該等另外介電層中之該第一另外介電層在該凹部之位置接觸該InP系基材之該區域。因此，可在配置成至少覆蓋該凹部之該等另外介電層中減少機械應力集中及/或重分配機械應力。
在依據本發明之光子積體電路的一實施例中，該凹部具有一長形狀且配置成在該第一InP系光波導與該第二InP系光波導之間縱向地延伸。
所屬技術領域中具有通常知識者可了解的是該凹部可具有任何適當形狀，只要它容許至少減少且最終地防止與該第一InP系光波導及該第二相鄰InP系光波導相關之波導間干涉及波導內干涉即可。該凹部具有例如一溝槽之一長形狀。
在依據本發明之光子積體電路的一實施例中，該介電平坦化層之第一側壁至少部份地具有一第一圖案，因此該第一側壁至少部份地配置成相對該第一InP系光波導呈一第一角度，及/或該介電平坦化層之第二側壁至少部份地具有一第二圖案，因此該第二側壁至少部份地配置成相對該第二InP系光波導呈一第二角度，該第一角度及該第二角度係在10與170度之間。
依此方式，可更進一步減少由於入射在該介電平坦化層上時反射返回該第一InP系光波導中之來自該第一InP系光波導的光學輻射在該第一InP系光波導中發生之任何波導內干涉。一類似之推論適用於進一步減少在依據本發明之第二InP系光波導中發生之任何波導內干涉。
應注意的是依據對該PIC之特定要求，該第一角度及該第二角度可相同或不同。同樣之情形適用於可相同或不同之第一圖案及第二圖案。
在依據本發明之光子積體電路的一實施例中，該第一圖案及/或該第二圖案包含一鋸齒圖案、一波狀圖案及一顫動圖案中之至少一圖案。
應注意的是該第一圖案及該第二圖案可同時為規則或不規則。該第一圖案可為規則且該第二圖案可為不規則且反之亦然。除了上述規則性或不規則性以外，當該第一圖案及/或該第二圖案包含例如一鋸齒圖案時，該鋸齒圖案可對稱、不對稱或部份地對稱且部份地不對稱。相同觀察適用於該波狀圖案及該顫動圖案。
在依據本發明之光子積體電路的一實施例中，該光子積體電路更包含配置成至少覆蓋該介電平坦化層之第一側壁及第二側壁的一第一介電保護層。
該第一介電層可為該PIC提供對抗例如灰塵粒子及水分等環境污染物之環境保護性。該第一介電保護層可具有0.5 μm與100 μm之間且較佳0.5 μm與10 μm之間的一厚度。依此方式，該第一介電保護層之厚度應足以限制環境污染物之擴散，藉此可為該PIC提供環境保護性。
在因此該InP系基材之一區域可透過設置在該介電平坦化層中之凹部進接的依據本發明之PIC的一示範實施例中，該第一介電保護層可配置成覆蓋該介電平坦化層、該介電平坦化層之第一傾斜側壁及第二相鄰傾斜側壁及可透過該凹部進接之該InP系基材的該區域。如上所述，依此方式可在該第一介電保護層及沈積在該第一介電保護層頂面上之任何可能其他介電層中減少機械應力集中及/或重新分配機械應力。
在依據本發明之光子積體電路的一實施例中，該光子積體電路更包含一金屬層，該金屬層係配置成與該第一InP系光波導及/或該第二InP系光波導電接觸及/或覆蓋該介電平坦化層及/或該第一介電保護層之至少一部份。
藉由為該第一光波導及該第二光波導中之至少一者提供一金屬層，可為它們中之至少一者提供至少一電接點。依此方式，可完全地利用該等光波導之主動光學性質。所屬技術領域中具有通常知識者可了解的是可在為該介電平坦化層提供該凹部前或後施加該金屬層成與該第一光波導及該第二光波導中之任一者接觸。
藉由配置該金屬層成覆蓋該介電平坦化層及/或該第一介電保護層之至少一部份，可提供具有一減少寄生電容之金屬軌跡。所屬技術領域中具有通常知識者可了解的是藉由增加該介電平坦化層之厚度及/或該第一介電保護層之厚度，可進一步減少與該金屬軌跡相關之寄生電容。
當該第一介電保護層配置成覆蓋設置在下方介電平坦化層中之凹部時產生的該第一介電保護層之傾斜第一側壁及傾斜第二側壁為金屬軌跡提供良好邊緣覆蓋性。由於對金屬軌跡之較佳良好覆蓋性，依據本發明之PIC比較不容易因金屬軌跡在高度改變時中斷而失效。因此，可改善金屬軌跡之可靠性且因此可改善該PIC整體之性能。
在依據本發明之光子積體電路的一實施例中，該第一介電保護層包含：一矽氧化物、一矽氮化物、一矽氧氮化物、一鋁氧化物及一鉭氧化物中之一者；或包含一聚丙烯酸酯、一聚碳酸酯、一聚醯亞胺、一聚胺甲酸乙酯、一聚伸二甲苯、一苯環丁烯及一聚矽氧烷中之一者的一聚合物系材料。
應注意的是前述種類之聚合物系材料中的任一者可藉由旋塗、浸塗、網版印刷及蒸氣沈積中之一者施加在包含複數PIC之一全晶圓上。或者，該聚合物系材料可藉由浸塗、網版印刷、分配及蒸氣沈積中之一者施加在透過切割獲得之一單粒化PIC上。所屬技術領域中具有通常知識者可了解的是在施加該聚合物系材料成一液相之這些情形中，在其施加後該聚合物系材料藉由在真空中或在包括氧(O 2)、氬(Ar)及氮(N 2)中之至少一者的一特定環境中將它暴露於一熱處理及/或一紫外線(UV)處理而固化或交聯。由於該固化，獲得適用於為該PIC提供對抗例如灰塵粒子及水分等環境污染物之保護的一強化或硬化聚合物系材料。
所屬技術領域中具有通常知識者可了解的是可施加該聚合物系材料之鹵化以調整該聚合物系材料之透明窗口使得具有例如1300 nm至1600 nm範圍內之波長的光學輻射傳播減少。
此外，所屬技術領域中具有通常知識者可了解的是需要一底漆來活化例如可透過該介電平坦化層中之凹部進接的該介電平坦化層之表面或該InP系基材之表面及增加該第一介電保護層與前述層之活化表面間的黏著力。可了解的是可考慮該第一介電保護層之組成、該InP系基材及/或該介電平坦化層之組成來選擇一適當底漆。
在依據本發明之PIC的一示範實施例中，該第一介電保護層可為一保形塗層或一平面化塗層。依此方式，可藉由該第一介電保護層達成該PIC之適當密封。此外，該第一介電保護層可為依據本發明之PIC提供一較佳環境保護性。因此，可依靠非密封封裝而不是密封封裝。
在依據本發明之光子積體電路的一實施例中，該光子積體電路更包含配置成覆蓋該金屬層及/或該第一介電保護層之至少一部份的一第二介電保護層。
藉由施加該第二介電保護層，可進一步改善該PIC對抗例如灰塵粒子及/或水分之環境污染物的環境保護性。因此，可更加地依靠非密封封裝而不是密封封裝。
在依據本發明之光子積體電路的一實施例中，該第二介電保護層包含：一矽氧化物、一矽氮化物、一矽氧氮化物、一鋁氧化物及一鉭氧化物中之一者；或包含一聚丙烯酸酯、一聚碳酸酯、一聚醯亞胺、一聚胺甲酸乙酯、一聚伸二甲苯、一苯環丁烯及一聚矽氧烷中之一者的一聚合物系材料。
所屬技術領域中具有通常知識者可了解的是關於可用於該第一介電保護層之材料的上述觀察準用於可用於該第二介電保護層之材料。
在依據本發明之光子積體電路的一實施例中，該介電平坦化層包含：一矽氧化物、一矽氮化物、一矽氧氮化物、一鋁氧化物及一鉭氧化物中之一者；或包含一聚丙烯酸酯、一聚碳酸酯、一聚醯亞胺、一聚胺甲酸乙酯、一聚伸二甲苯、一苯環丁烯及一聚矽氧烷中之一者的一聚合物系材料。
所屬技術領域中具有通常知識者可了解的是關於可用於該第一介電保護層之材料的上述觀察準用於可用於該介電平坦化層之材料。
應注意的是在該介電平坦化層包含一標準聚合物系材料之情形中，所屬技術領域中具有通常知識者可了解的是該標準聚合物系材料可具有一凹部，該凹部係由具有一正斜率之側壁，即藉由施加光微影及蝕刻之一組合而朝最靠近之光波導之方向傾斜的側壁界定。首先，用於界定該凹部之光阻的側壁可具有一圓形輪廓。所屬技術領域中具有通常知識者可了解的是該圓形輪廓可藉由對該光阻施加曝光條件及熱處理之一適當組合來獲得。為該光阻提供具有一圓形輪廓側壁之另一方式包括使用一灰階遮罩。在該光阻之側壁具有一適當圓形輪廓後，可使用例如反應離子蝕刻(RIE)或感應耦合電漿蝕刻(ICP)來乾式蝕刻該光阻。藉由小心地選擇及調整製程條件及蝕刻速度，該光阻之側壁的圓形輪廓可轉變成該標準聚合物層之側壁的一直線傾斜輪廓。
所屬技術領域中具有通常知識者可了解的是可使用一類似方法來為包含一矽氧化物、一矽氮化物、一矽氧氮化物、一鋁氧化物及一鉭氧化物中之一者的一介電平坦化層提供具有一直線傾斜輪廓之側壁。
但是，在該介電平坦化層包含聚合物系材料之情形中，應注意的是可使用一可光界定聚合物材料，該可光界定聚合物材料可藉由光微影及一濕式顯影步驟直接地圖案化。所屬技術領域中具有通常知識者可了解的是可再藉由對該可光界定聚合物材料施加曝光條件及熱處理之一適當組合來獲得一傾斜側壁。
在依據本發明之光子積體電路的一實施例中，該聚合物系材料包含一有機添加劑及一無機添加劑中之至少一者。
藉由包括例如可為一填充劑、一吸氣劑或一穩定劑的該等添加劑中之至少一者，可強化可用於該介電平坦化層、該第一介電保護層及該第二介電保護層中之至少一者之聚合物系材料的環境保護性、機械穩定性及化學穩定性中之至少一者。特別是所提供之環境保護性可藉由強化其抑制化學反應之能力來或藉由強化其對水分之疏水性來進一步改善。後者可藉由利用原子層沈積或分子蒸氣沈積施加鹵化聚合物或聚對二甲苯之薄層來達成。因此，可將該PIC對抗例如灰塵粒子及/或水分之環境污染物的環境保護性改善至可使用非密封封裝而不是密封封裝的程度。這對依據本發明之PIC的總成本是有利的。
在依據本發明之光子積體電路的一實施例中，該光子積體電路具有一非密封封裝體及一密封封裝體中之一者。
該PIC之環境保護性及因此使用壽命可藉由將該PIC包含在一非密封封裝體中來改善。所屬技術領域中具有通常知識者可了解的是該PIC之環境保護性及因此使用壽命可藉由將該PIC包含在一密封封裝體中來更進一步改善。
在依據本發明之InP系PIC的一示範實施例中，該PIC係一單石光子積體電路。
力本發明之另一態樣，提供一種包含依據本發明之光子積體電路的光電系統。該光電系統可例如但不限於用於電信應用。在此情形中，該等光電系統可為一發射器、一接收器、一收發器、一同調發射器、一同調接收器及一同調收發器中之一者。依據上述者，可了解因為依據本發明之PIC的較佳性能成本比，所以可減少用於依據本發明之光電系統的成本。
應注意的是雖然依據本發明之具環境保護性PIC1的所示示範非限制實施例包括一介電平坦化層5、一第一介電保護層11、一金屬層12及一第二介電保護層13，但所屬技術領域中具有通常知識者可在無不當負擔之情形下想到落在本發明範圍內之PIC1的實施例，該等實施例包括上述層中之一層以上，上述層包含：一矽氧化物、一矽氮化物、一矽氧氮化物、一鋁氧化物及一鉭氧化物中之一者，或包含一聚丙烯酸酯、一聚碳酸酯、一聚醯亞胺、一聚胺甲酸乙酯、一聚伸二甲苯、一苯環丁烯及一聚矽氧烷中之一者的一聚合物系材料。
圖1A顯示依據本發明之一InP系PIC1之一第一示範非限制實施例的一部份的示意橫截。該PIC1包含具有一第一InP系光波導3及一相鄰第二InP系光波導4之一InP系基材2。一介電平坦化層5係設置成配置在該第一光波導3與該第二光波導4之間。該介電平坦化層5係施加成使一金屬層12可準確地且可靠地製造在該第一光波導3及該第二光波導4之各光波導頂面上。該等電接點容許完全地利用該第一光波導3及該第二光波導4之主動光學性質。該介電平坦化層5亦可組配成提供該等光波導3、4之鈍化及保護，藉此改善本發明之PIC1的環境保護性。
該介電平坦化層5可捕捉及傳播來自該等光波導3、4中之任一光波導的光學輻射。為至少減少且最終地防止該第一光波導3與該相鄰第二光波導4之間透過該介電平坦化層5的波導間干涉或光串擾，該介電平坦化層5在該第一光波導3與該第二光波導4之間具有一凹部6。
在該凹部6之位置，該介電平坦化層5具有配置成朝向該第一光波導3傾斜之一第一側壁7及配置成朝向該第二光波導4傾斜之一第二側壁8。該凹部6可供進接由該第一側壁7及該第二側壁8界定的該InP系基材2之一區域。
藉由為該介電平坦化層5之第一側壁7及第二側壁8提供一傾斜，被該介電平坦化層5捕捉之一相位前面可傾斜，藉此至少減少且最終防止入射在該第一側壁7及該第二側壁8上而分別地反射返回該發端光波導，即該第一光波導3及/或該第二光波導4中的光學輻射。因此，至少可減少且最終地防止分別在該第一光波導3及/或該第二光波導4中之波導內干涉。因此，依據本發明之PIC1比較不容易產生波導間及波導內干涉。
此外，為該介電平坦化層5提供由具有一正斜率，即由分別地朝向該第一光波導3及該第二光波導4傾斜之該第一側壁7及該第二側壁8界定的一凹部6提供特別有關於金屬化程序、可配置在該介電平坦化層5頂面上之另外介電層中的機械應力減少及/或機械應力重分配及在例如該介電平坦化層5之傾斜側壁7、8與該InP系基材2間之角落中的殘留物捕捉的上述另外優點。因此，所屬技術領域中具有通常知識者可了解的是依據本發明之PIC1的介電平坦化層5可被視為一多功能層。
依據上述者，所屬技術領域中具有通常知識者可了解的是圖1A所示之InP系PIC1的示範實施例預先制止或至少減少與波導間干涉及波導內干涉相關之上述及/或其他缺點中的至少一缺點。此外，依據本發明之PIC1的多功能介電平坦化層5提供上述另外技術優點。因此，所屬技術領域中具有通常知識者可了解的是圖1A所示之PIC1的示範實施例提供一較佳整體性能及一較佳性能成本比。
在該凹部6之位置，該介電平坦化層5之第一側壁7及第二側壁8係相對該InP系基材2呈小於85度之一傾斜角度α。依此方式，可減少且最終地防止入射在該介電平坦化層5之第一傾斜側壁7及第二傾斜側壁8上的光學輻射分別地反射返回該發端光波導，即該第一光波導3及/或該第二光波導4中。因此，至少可減少且最終地防止分別在該第一光波導3及/或該第二光波導4中之波導內干涉。
在圖1A所示之PIC1的示範實施例中，該凹部6係一貫穿孔且因此可供進接在該等光波導3、4間接觸該介電平坦化層5之該InP系基材2。所屬技術領域中具有通常知識者可了解的是在這情形中可完全地防止該PIC1之第一光波導3及第二相鄰光波導4之間透過該介電平坦化層5的波導間干涉。該介電平坦化層5之傾斜第一側壁7及第二側壁8容許減少且最終地防止上述波導內干涉。
圖1B顯示圖1A所示之InP系PIC1之第一示範非限制實施例的該部份的示意俯視圖。依據圖1A與1B所示之PIC的示範實施例，該凹部6具有一長形狀且配置成在該第一InP系光波導3與該第二InP系光波導4之間縱向地延伸。所屬技術領域中具有通常知識者可了解的是該凹部6可具有任何適當形狀，只要它容許至少減少且最終地防止與該第一InP系光波導3及該第二相鄰InP系光波導4相關之波導間干涉及波導內干涉即可。圖1B所示之凹部6係一溝槽。
圖2顯示依據本發明之一InP系PIC1之一第二示範非限制實施例的一部份的示意橫截面，其包含一第一介電保護層11，該第一介電保護層係配置成覆蓋該介電平坦化層5、該介電平坦化層5之第一傾斜側壁7及第二相鄰傾斜側壁8以及可透過該凹部6進接的該InP系基材2之該區域。如上所述，依此方式可在該第一介電保護層11及沈積在該第一介電保護層11頂面上之任何可能其他介電層中減少機械應力集中及/或重分配機械應力。
該第一介電層11c可為該PIC1提供對抗例如灰塵粒子及水分之環境污染物的環境保護性。該第一介電保護層11可具有在0.5 μm與100 μm之間且較佳在0.5 μm與10 μm之間的一厚度。依此方式，該第一介電保護層11之厚度應足以限制環境污染物之擴散，藉此可為該PIC1提供環境保護性。
圖3A顯示依據本發明之一InP系PIC1之一第三示範非限制實施例的一部份的示意橫截面，其包含一金屬軌跡12，該金屬軌跡係配置成接觸設置在該第二光波導4上之一電接點且係配置成與沈積在該介電平坦化層5頂面上之該第一介電保護層11的一傾斜側壁一致。
在圖3A所示之PIC1的示範實施例中，該金屬層12覆蓋該第一介電保護層11之一部份。依此方式，可設置具有一減少寄生電容之一金屬軌跡12。所屬技術領域中具有通常知識者可了解的是藉由增加該介電平坦化層5之厚度及/或該第一介電保護層11之厚度，可進一步減少與該金屬軌跡12相關之寄生電容。
圖3B顯示依據本發明之一InP系PIC1之一第四示範非限制實施例的一部份的示意橫截面，其包含一金屬軌跡12，該金屬軌跡係配置成接觸設置在該等光波導3、4上之一電接點且係配置成與沈積在該介電平坦化層5頂面上之該第一介電保護層11的該等傾斜側壁一致。
由於該第一介電保護層11覆蓋設置在該下方介電平坦化層5中之凹部6的事實而產生的該第一介電保護層11之傾斜第一側壁及傾斜第二側壁為該金屬軌跡12提供良好邊緣覆蓋性。由於對該金屬軌跡12之較佳良好覆蓋性，依據本發明之PIC1比較不容易因該金屬軌跡12在下方層，在這情形中係該介電平坦化層5及該第一介電保護層11的高度變化而失效。因此，可改善該金屬軌跡12之可靠性且因此可改善該PIC1整體之性能。
圖3C顯示依據本發明之一InP系PIC1之一第五示範非限制實施例的一部份的示意橫截面，其包含沈積在一金屬軌道12頂面上之一第二介電保護層13，該金屬軌道係配置成接觸設置在該等光波導3、4上之電接點且係配置成與沈積在具有該凹部6之該介電平坦化層5頂面上之該第一介電保護層11的該等傾斜側壁一致。
藉由施加該第二介電保護層13，可進一步改善該PIC1對抗例如灰塵粒子及/或水分之環境污染物的環境保護性。因此，可更加地依靠非密封封裝而不是密封封裝。
圖4A顯示依據本發明之一InP系PIC1之一第六示範非限制實施例的一部份的示意橫截面，其中一介電平坦化層5具有由具有一鋸齒圖案9、10之傾斜側壁7、8界定的一凹部6。該凹部6可供進接一InP系基材2之一區域。
圖4B顯示圖4A所示之InP系PIC1之第六示範非限制實施例的該部份的示意俯視圖。該介電平坦化層5之第一側壁7具有一規則鋸齒圖案9，因此該第一側壁7係至少部份地配置成相對該第一InP系光波導3呈一第一角度β。該介電平坦化層5之第二側壁8亦具有一規則鋸齒圖案10，因此該第二側壁8係至少部份地配置成相對該第二InP系光波導4呈一第二角度γ。該第一角度β及該第二角度γ可在10與170度之間。應注意的是依據對該PIC1之特定要求，該第一角度β及該第二角度γ可相同或不同。在圖4B所示之PIC1的示範實施例中，該第一角度β及該第二角度γ相同。一類似觀察適用於可相同或不同之第一圖案9及第二圖案10。在圖4B所示之PIC1的示範實施例中，該第一圖案9及該第二圖案10相同。
如上所述，該第一圖案9及該第二圖案10容許更進一步減少由於入射在該介電平坦化層5之第一側壁7上時反射返回該第一InP系光波導3中的來自該第一InP系光波導3之光學輻射而在該第一InP系光波導3中發生的任何波導內干涉。一類似推論適用於進一步減少發生在依據本發明之PIC1的第二InP系光波導4中的任何波導內干涉。
圖4C顯示依據本發明之一InP系PIC1之一第七示範非限制實施例的一部份的示意俯視圖，其中一介電平坦化層5具有由具有一波狀圖案9、10之傾斜側壁7、8界定的一凹部6。該凹部6可供進接一InP系基材2之一區域。如以上關於圖4B所示之PIC1之示範實施例所述的類似觀察適用於圖4C所示之PIC1的示範實施例。
圖5顯示依據本發明之一InP系PIC1之一第八示範非限制實施例的示意橫截面，其中該PIC1具有一密封封裝體14。如上所述，該密封封裝體14可改善該PIC1之環境保護性及因此使用壽命。所屬技術領域中具有通常知識者可了解的是該PIC1亦可具有一非密封封裝體(未圖示)。在後者之情形中，亦可改善該PIC1之環境保護性及因此使用壽命，但改善程度較少。
圖6顯示可用於例如但不限於電信應用或感測器應用之一光電系統20的一第一示範非限制實施例的示意圖，該光電系統20包含依據本發明之一PIC1。該光電系統20可為例如一發射器、一接收器、一收發器、一同調發射器、一同調接收器及一同調收發器中之一者。
本發明可總結為關於一光子積體電路1，其包含：一InP系基材2，其具有一第一InP系光波導3及一相鄰第二InP系光波導4；一介電平坦化層5，其至少配置在該第一光波導3與該第二光波導4之間。至少在該第一光波導3與該相鄰第二光波導4之間，該介電平坦化層5具有一凹部6，該凹部係配置成減少或防止在該第一光波導3與該第二光波導4之間透過該介電平坦化層5的光互動。在該凹部6之位置，該介電平坦化層5具有配置成朝向該第一光波導3傾斜之一第一側壁7及配置成朝向該第二光波導4傾斜之一第二側壁8。本發明亦有關於包含該PIC1之一光電系統20。
所屬技術領域中具有通常知識者可了解的是本發明之範圍不限於前述說明之例子且在不偏離由附加申請專利範圍所界定之本發明範圍的情形下可有數種修正及修改。詳而言之，可組合本發明之各種態樣的特定特徵。本發明之一態樣可藉由添加關於本發明之另一態樣所述的一特徵而更有利地加強。雖然已在圖及說明中詳細地顯示及說明了本發明，該顯示及說明應被視為只是用於說明或示範而非限制。
本發明不限於揭露之實施例。按照該等圖、說明及附加申請專利範圍之研究，所屬技術領域中具有通常知識者在實施請求發明時可理解及實現對揭露之實施例的改變。在申請專利範圍中，該用語「包含」不排除其他步驟或元件且不定冠詞「一」不排除複數。僅僅在互不相同之依附項中列舉某些手段的事實不表示這些手段之組合無法被用來獲利。申請專利範圍中之任何符號不應被視為限制本發明之範圍。
1:光子積體電路；PIC；InP系PIC 2:InP系基材 3:第一光波導；第一InP系光波導 4:第二系光波導；第二InP系光波導 5:介電平坦化層 6:凹部 7:第一側壁；第一傾斜側壁 8:第二側壁；第二傾斜側壁；第二相鄰傾斜側壁 9:鋸齒圖案；第一圖案 10:鋸齒圖案；第二圖案 11:第一介電保護層 12:金屬層；金屬軌跡 13:第二介電保護層 14:密封封裝體 20:光電系統 α:傾斜角度 β:第一角度 γ:第二角度
本發明之其他特徵及優點可由依據本發明之一InP系PIC及包含該PIC之一光電系統的示範且非限制實施例的說明來了解。
所屬技術領域中具有通常知識者可了解的是該PIC及該光電系統之所述實施例在本質上只是示範且無論如何不應被視為限制保護之範圍。所屬技術領域中具有通常知識者可了解的是在不偏離本發明之保護範圍的情形下可想到該PIC及該光電系統之替代例及等效實施例並付諸實施。
以下請參照添附圖式上之圖。該等圖本質上係示意圖且因此不一定依比例繪製。此外，相同符號表示相同或類似部件。在該等附加圖式上， 圖1A顯示依據本發明之一InP系PIC之一第一示範非限制實施例的一部份的示意橫截面，其中一介電平坦化層具有由傾斜側壁界定之一凹部，該凹部可供進接一InP系基材之一區域； 圖1B顯示圖1A所示之InP系PIC之第一示範非限制實施例的該部份的示意俯視圖； 圖2顯示依據本發明之一InP系PIC之一第二示範非限制實施例的一部份的示意橫截面，其包含一第一介電保護層，該第一介電保護層在設置在該介電平坦化層中之該凹部的位置接觸該InP系基材； 圖3A顯示依據本發明之一InP系PIC之一第三示範非限制實施例的一部份的示意橫截面，其包含一金屬軌跡，該金屬軌跡係配置成接觸設置在一光波導上之一電接點且係配置成與沈積在該介電平坦化層頂面上之該第一介電保護層的一傾斜側壁一致； 圖3B顯示依據本發明之一InP系PIC之一第四示範非限制實施例的一部份的示意橫截面，其包含一金屬軌跡，該金屬軌跡係配置成接觸設置在該等光波導上之電接點且係配置成與沈積在該介電平坦化層頂面上之該第一介電保護層的該等傾斜側壁一致； 圖3C顯示依據本發明之一InP系PIC之一第五示範非限制實施例的一部份的示意橫截面，其包含沈積在一金屬軌道頂面上之一第二介電保護層，該金屬軌道係配置成接觸設置在該等光波導上之電接點且係配置成與沈積在該介電平坦化層頂面上之該第一介電保護層的該等傾斜側壁一致； 圖4A顯示依據本發明之一InP系PIC之一第六示範非限制實施例的一部份的示意橫截面，其中一介電平坦化層具有由具有一鋸齒圖案之傾斜側壁界定的一凹部，該凹部可供進接一InP系基材之一區域； 圖4B顯示圖4A所示之InP系PIC之第六示範非限制實施例的該部份的示意俯視圖； 圖4C顯示依據本發明之一InP系PIC之一第七示範非限制實施例的一部份的示意俯視圖，其中一介電平坦化層具有由具有一波狀圖案之傾斜側壁界定的一凹部，該凹部可供進接一InP系基材之一區域； 圖5顯示依據本發明之一InP系PIC之一第八示範非限制實施例的示意橫截面，其中該PIC具有一密封封裝體；及 圖6顯示依據本發明之一光電系統之一第一示範非限制實施例的示意圖，其可用於例如但不限於電信應用或感測器應用，該光電系統包含依據本發明之一InP系PIC。
1:光子積體電路；PIC；InP系PIC
2:InP系基材
3:第一光波導；第一InP系光波導
4:第二光波導；第二InP系光波導
5:介電平坦化層
6:凹部
7:第一側壁；第一傾斜側壁
8:第二側壁；第二傾斜側壁；第二相鄰傾斜側壁
12:金屬層；金屬軌跡

Claims (20)

  1. 一種光子積體電路，其包含： 一磷化銦(InP)系基材，其具有一第一磷化銦系光波導及一相鄰第二磷化銦系光波導； 一介電平坦化層，其至少配置在該第一光波導與該第二光波導之間，其中至少在該第一光波導與該第二光波導之間，該介電平坦化層具有： 一凹部，其配置成減少或防止在該第一光波導與該第二光波導之間透過該介電平坦化層的光互動； 其中在該凹部之位置，該介電平坦化層具有： 一第一側壁，其配置成朝向該第一光波導傾斜；及 一第二側壁，其配置成朝向該第二光波導傾斜。
  2. 如請求項1之光子積體電路，其中在該凹部之位置，該介電平坦化層之該第一側壁及該第二側壁係相對該磷化銦系基材呈小於85度之一傾斜角度(α)。
  3. 如請求項1之光子積體電路，其中該凹部係配置成可供進接該磷化銦系基材。
  4. 如請求項2之光子積體電路，其中該凹部係配置成可供進接該磷化銦系基材。
  5. 如請求項1之光子積體電路，其中該凹部具有一長形狀且配置成在該第一磷化銦系光波導與該第二磷化銦系光波導之間縱向地延伸。
  6. 如請求項1之光子積體電路，其中： 該介電平坦化層之該第一側壁至少部份地具有一第一圖案，依此，該第一側壁至少部份地配置成相對該第一磷化銦系光波導呈一第一角度(β)；及/或 該介電平坦化層之該第二側壁至少部份地具有一第二圖案，依此，該第二側壁至少部份地配置成相對該第二磷化銦系光波導呈一第二角度(γ)； 該第一角度及該第二角度係在10度與170度之間。
  7. 如請求項6之光子積體電路，其中該第一圖案及/或該第二圖案包含一鋸齒圖案、一波狀圖案及一顫動圖案中之至少一圖案。
  8. 如請求項1之光子積體電路，更包含配置成至少覆蓋該介電平坦化層之該第一側壁及該第二側壁的一第一介電保護層。
  9. 如請求項8之光子積體電路，更包含一金屬層，該金屬層係配置成： 與該第一磷化銦系光波導及/或該第二磷化銦系光波導電接觸；及/或 覆蓋該介電平坦化層及/或該第一介電保護層之至少一部份。
  10. 如請求項8之光子積體電路，其中該第一介電保護層包含： 一矽氧化物、一矽氮化物、一矽氧氮化物、一鋁氧化物及一鉭氧化物中之一者；或 包含一聚丙烯酸酯、一聚碳酸酯、一聚醯亞胺、一聚胺甲酸乙酯、一聚伸二甲苯、一苯環丁烯及一聚矽氧烷中之一者的一聚合物系材料。
  11. 如請求項9之光子積體電路，其中該第一介電保護層包含： 一矽氧化物、一矽氮化物、一矽氧氮化物、一鋁氧化物及一鉭氧化物中之一者；或 包含一聚丙烯酸酯、一聚碳酸酯、一聚醯亞胺、一聚胺甲酸乙酯、一聚伸二甲苯、一苯環丁烯及一聚矽氧烷中之一者的一聚合物系材料。
  12. 如請求項9之光子積體電路，更包含配置成覆蓋該金屬層及/或該第一介電保護層之至少一部份的一第二介電保護層。
  13. 如請求項10之光子積體電路，更包含配置成覆蓋該金屬層及/或該第一介電保護層之至少一部份的一第二介電保護層。
  14. 如請求項12之光子積體電路，其中該第二介電保護層包含： 一矽氧化物、一矽氮化物、一矽氧氮化物、一鋁氧化物及一鉭氧化物中之一者；或 包含一聚丙烯酸酯、一聚碳酸酯、一聚醯亞胺、一聚胺甲酸乙酯、一聚伸二甲苯、一苯環丁烯及一聚矽氧烷中之一者的一聚合物系材料。
  15. 如請求項1之光子積體電路，其中該介電平坦化層包含： 一矽氧化物、一矽氮化物、一矽氧氮化物、一鋁氧化物及一鉭氧化物中之一者；或 包含一聚丙烯酸酯、一聚碳酸酯、一聚醯亞胺、一聚胺甲酸乙酯、一聚伸二甲苯、一苯環丁烯及一聚矽氧烷中之一者的一聚合物系材料。
  16. 如請求項10之光子積體電路，其中該聚合物系材料包含一有機添加劑及一無機添加劑中之至少一者。
  17. 如請求項13之光子積體電路，其中該聚合物系材料包含一有機添加劑及一無機添加劑中之至少一者。
  18. 如請求項15之光子積體電路，其中該聚合物系材料包含一有機添加劑及一無機添加劑中之至少一者。
  19. 如請求項1之光子積體電路，其中該光子積體電路具有一非密封封裝體及一密封封裝體中之一者。
  20. 一種光電系統，其包含如請求項1之光子積體電路，其中該等光電系統係一發射器、一接收器、一收發器、一同調發射器、一同調接收器及一同調收發器中之一者。
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