TW202401102A - 包含用於改善光電效能之中間層的移相器及其製造方法 - Google Patents

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Abstract

一種光電裝置包含一中間層及一鐵電光電層。該中間層在該鐵電光電層中產生一應變，使得該鐵電光電層之一平面內晶格常數長於該鐵電光電層之一平面外晶格常數。

Description

包含用於改善光電效能之中間層的移相器及其製造方法
本文中之實施例大體上係關於製造諸如移相器及開關之光電裝置。
光電(EO)調變器及開關已用於光學領域。一些EO調變器在操作期間利用自由載子電折射、自由載子電吸收、普克爾效應或DC克爾效應來修改光學性質，舉例而言，改變傳播通過EO調變器或開關之光之相位。作為一實例，光學相位調變器可用於整合式光學系統、波導結構及整合光式電子器件。
儘管在EO調變器及開關領域取得進展，然此項技術需要改善與EO調變器及開關之製造及架構有關之方法及系統。
在一項實施例中，一種光電裝置包含一中間層及一鐵電光電層。該中間層在該光電層中產生一應變，使得該光電層之一平面內晶格常數長於該光電層之一平面外晶格常數。
本文中所描述之一些實施例係關於光子裝置及用於製造諸如光電開關及移相器之光子裝置之方法。
在一些實施例中，一種裝置包含一第一包覆層、一第一電極、一第二電極、包括一第一材料之一波導結構及一第二包覆層。該波導結構耦合至該第一電極及該第二電極。在一些實施例中，該第一電極及該第二電極由具有高於矽之一電子遷移率之一第二材料構成。
在一些實施例中，一種裝置包含一第一包覆層、一第一電極、一第二電極、一第二包覆層及一波導結構。該波導結構可包含由一第一材料構成之一光電層、由一第二材料構成之一第一帶狀波導部分，及由一第三材料構成之一第二帶狀波導部分。可將該光電層安置於該第一帶狀波導部分與該第二帶狀波導部分之間。該光電層可耦合至該第一電極及該第二電極。
在一些實施例中，描述一種用於製造一裝置之方法。
舉例而言，在一些實施例中，在一基板層上沈積一晶種層，在晶種層上沈積一光電層，在光電層上沈積一第一包覆層。在一些實施例中，可接收包括堆疊基板層、晶種層、光電層及/或第一包覆層之一預製第一晶圓作為進一步製造步驟之一起點。
在一些實施例中，第一包覆層經平坦化且接合至一第二晶圓。基板層經移除且晶種層經蝕刻以將晶種層分割成與一第二電極分離之一第一電極。在經蝕刻晶種層上沈積一第二包覆層。在一些實施例中，第二包覆層經蝕刻以曝露第一電極之一第一部分及第二電極之一第二部分。透過曝露第一部分將一第一引線沈積至第一電極上且透過曝露第二部分將一第二引線沈積至第二電極上。
在一些實施例中，在一基板層上沈積一晶種層，在晶種層上沈積一光電層，且在光電層上沈積一電極層。在一些實施例中，可接收包括堆疊基板層、晶種層、光電層及/或電極層之一預製第一晶圓作為進一步製造步驟之一起點。
在一些實施例中，電極層經蝕刻以曝露光電層之一部分且將電極層分割成與一第二電極分離之一第一電極。在光電層之曝露部分以及第一及第二電極上沈積一第一包覆層。第一包覆層經平坦化且接合至一第二晶圓。移除基板層及晶種層，且在移除基板層及晶種層之後，蝕刻光電層以產生具有一第一厚度之一脊形波導，其安置於具有小於該第一厚度之一第二厚度之第一與第二板片層之間。在第一及第二板片層以及脊形波導結構上沈積一第二包覆層。
在一些實施例中，在一基板層上沈積一晶種層，在晶種層上沈積一光電層，且在光電層上沈積一第一包覆層。在一些實施例中，可接收包括堆疊基板層、晶種層、光電層及/或第一包覆層之一預製第一晶圓作為進一步製造步驟之一起點。
在一些實施例中，第一包覆層經平坦化且接合至一晶圓。移除基板層及晶種層，且在移除基板層及晶種層之後，蝕刻光電層以產生安置於一第一板片層與一第二板片層之間之具有一第一厚度之一脊形波導，其中第一及第二板片層具有小於第一厚度之一第二厚度。第一及第二電極分別沈積於脊形波導結構之左側及右側上。接著，在第一及第二電極以及脊形波導結構上沈積一第二包覆層。
此[發明內容]意欲提供對本文件中所描述之一些標的物之一簡要概述。因此，將瞭解，上述特徵僅為實例且不應被解釋為以任何方式縮小本文中所描述之標的物之範疇或精神。將從以下[實施方式]、圖及發明申請專利範圍明白本文中所描述之標的物之其他特徵、態樣及優點。
現將詳細參考實施例，在隨附圖式中繪示實施例之實例。在以下[實施方式]中，闡述許多具體細節以提供對各項所描述實施例之透徹理解。然而，一般技術者將明白，可在無此等具體細節之情況下實踐各項所描述實施例。在其他例項中，並未詳細描述眾所周知的方法、程序、組件、電路及網路以免不必要地使實施例之態樣不清楚。
亦將瞭解，儘管在一些例項中，本文中使用術語第一、第二等來描述各種元件，然此等元件不應受此等術語限制。此等術語僅用於區分一個元件與另一元件。舉例而言，在不脫離各項所描述實施例之範疇之情況下，一第一電極層可被稱為一第二電極層，且同樣地，一第二電極層可被稱為一第一電極層。第一電極層及第二電極層兩者皆為電極層，但其等並非相同電極層。
出於說明之目的，已參考特定實施例描述前述描述。然而，上文闡釋性論述並不意欲為詳盡的或將發明申請專利範圍之範疇限於所揭示之精確形式。鑑於上文教示，許多修改及變動係可行的。選取實施例以最佳地說明發明申請專利範圍及其等之實際應用背後之原理，以藉此使熟習此項技術者能夠最佳地使用具有如適合於所考慮之特定用途之各種修改的實施例。
本發明之實施例係關於光學系統。更特定言之，本發明之實施例在光學調變器及開關中利用高介電常數材料(即，高κ材料)以降低操作期間之功率消耗。應注意，如本文中所使用，「高介電常數材料」意欲指代與光學調變器或開關之操作組件內之其他材料相比且特定言之與用於建構波導之材料相比具有一高介電常數之一材料。僅藉由實例，在包含主動光學裝置之整合式光學系統之內容背景中提供本發明之實施例，但本發明不限於此實例且可廣泛應用於多種光學及光電子系統。
根據一些實施例，本文中所描述之主動光子裝置利用光電效應(諸如半導體中之自由載子誘發之折射率變動、普克爾效應及/或DC克爾效應)來實施光學信號之調變及/或切換。因此，本發明之實施例適用於其中透射光經調變以接通或關斷或以透射百分比之部分變化調變光的調變器，以及其中在一第一輸出(例如，波導)或一第二輸出(例如，波導)上輸出透射光的光學開關，或具有兩個以上輸出以及一個以上輸入的一光學開關兩者。因此，本發明之實施例適用於包含利用本文中所論述之方法、裝置及技術之M(輸入) × N(輸出)系統的多種設計。一些實施例亦係關於可在開關或調變器內採用之光電移相器裝置，在本文中亦被稱為相位調整區段。
圖1係繪示根據本發明之一實施例之一光學開關之一簡化示意圖。參考圖1，開關100包含兩個輸入：輸入1及輸入2，以及兩個輸出：輸出1及輸出2。作為一實例，開關100之輸入及輸出可實施為可操作以支援單模或多模光束之光波導。作為一實例，開關100可實施為分別與一組50/50光束分離器105及107整合之一馬赫-詹德干涉儀。如圖1中所繪示，輸入1及輸入2光學耦合至一第一50/50光束分離器105 (亦被稱為一定向耦合器)，第一50/50光束分離器105接收來自輸入1或輸入2之光，且透過50/50光束分離器中之漸逝耦合，將來自輸入1之輸入光之50%引導至波導110中且將來自輸入1之輸入光之50%引導至波導112中。同時，第一50/50光束分離器105將來自輸入2之輸入光之50%引導至波導110中且將來自輸入2之輸入光之50%引導至波導112中。僅考量來自輸入1之輸入光，輸入光在波導110與112之間均勻地分離。
馬赫-詹德干涉儀120包含相位調整區段122。可跨相位調整區段122中之波導施加電壓V 0，使得其可在相位調整區段122中具有可控制地變化之一折射率。因為波導110及112中之光在傳播通過第一50/50光束分離器105之後仍具有明確定義的相位關係(例如，其等可同相、180°異相等)，所以相位調整區段122中之相位調整可在波導130及132中所傳播之光之間引入一預定相位差。如對於熟習此項技術者而言將顯而易見，在波導130及132中傳播之光之間的相位關係可導致在輸出1處(例如，光束同相)或輸出2處(例如，光束異相)存在輸出光，藉此提供開關功能性，因為依據施加於相位調整區段122處之電壓V 0將光引導至輸出1或輸出2。儘管圖1中繪示一單一主動臂，然將瞭解，馬赫-詹德干涉儀之兩個臂皆可包含相位調整區段。
如圖1中所繪示，與全光學開關技術相比，光電開關技術利用跨開關之主動區施加電偏壓(例如，圖1中之V 0)以產生光學變動。源自施加此電壓偏壓之電場及/或電流導致主動區之一或多個光學性質(諸如折射率或吸光度)之變化。
儘管圖1中繪示一馬赫-詹德干涉儀實施方案，然本發明之實施例不限於此特定開關架構，且其他相位調整裝置(包含環形諧振器設計、馬赫-詹德調變器、一般化馬赫-詹德調變器及類似者)包含於本發明之範疇內。一般技術者將辨識許多變動、修改及替代例。
在一些實施例中，可在一量子運算系統(諸如圖10中展示之混合量子運算系統)內利用本文中所描述之光學移相器裝置。替代地，此等光學移相器裝置可用於其他類型之光學系統中。舉例而言，其他運算、通信及/或技術系統可利用光子移相器來引導一系統或網路內之光學信號(例如，單光子或連續波(CW)光學信號)，且在各項實施例中，本文中所描述之移相器架構可用於此等系統內。 圖 2 至圖 8 —光子移相器之橫截面
圖2至圖8係繪示根據各項實施例之一光子移相器之各種架構之簡化橫截面圖。注意，圖2至圖8中所展示之架構係示意性圖解，且不一定按比例繪製。雖然圖2至圖8中所展示之架構在若干重要設計特徵方面不同，但其等亦共用一些共同特徵。舉例而言，如下文更詳細地描述，圖2至圖8之各者展現兩個電接觸件，且各電接觸件包含連接至一電極(240、340、440、540、640、740及840，以及242、342、442、542、642、742及842)的一引線(230、330、430、530、630、730及830，以及232、332、432、532、632、732及832)。應注意，如本文中所使用，術語「電極」指代直接耦合至波導結構(例如，以更改跨波導結構之電壓降且致動一光子開關)之一裝置組件。此外，術語「引線」指代將電極耦合至裝置之其他組件之一後端結構(例如，引線可將電極耦合至一可控制電壓源)，但引線與波導結構隔離且未直接耦合至波導結構。在一些實施例中，引線可由一金屬(例如，銅、金等)或替代地一半導體材料構成。
電極經組態以緊鄰波導中之光學模式之位置延伸，且光子移相器經組態使得可跨兩個電極(例如，在一些實施例中，介電電極)引入一可控制電壓差以更改行進通過波導之一光子模式之累積相位。舉例而言，電極可經由引線耦合至強加可控制電壓差之一電壓源。
在一些實施例中，電極可由具有一大介電常數之一高κ介電材料構成，使得電極具有大於波導及/或板片層之材料之一介電常數。如本文中所使用，使用κ來表示介電常數，其指代相對介電常數 之實數分量，其中 係複值相對介電常數， 係材料之絕對介電常數，且 係介電常數自由空間。應注意，為清楚起見， 之虛數分量與材料之導電率有關，而實數分量κ與材料之介電極化率有關。
相較於一(AC)電壓，在存在一直流(DC)電壓之情況下，一材料之介電常數可具有一不同值，且在一AC電壓中，材料之介電常數可依據頻率 而變化。因此，在一些實施例中，在選擇電極、板片層及/或脊形波導之一材料時，可在光子移相器之操作頻率下考量材料之介電常數。
電極可由沿著分離第一及第二電極之方向(例如，圖2至圖5及圖7至圖8中之x方向，或圖6中之y方向)具有高於板片層之第一材料之一介電常數之一材料構成。舉例而言，在各向異性介質中，介電常數張量 可由使電場 E與電位移 D關聯之以下矩陣表達。
其中分量 、 等表示介電常數張量之個別分量。在一些實施例中，可選擇第一及第二電極之材料，使得沿著分離電極之方向之介電常數張量之對角線分量大於板片層及/或脊部分之材料之介電常數張量之對應對角線分量。
材料 χ (3)(m 2/W) 折射率 ( 在 1.55 μm 下 ) 介電常數
Si 2.2 x 10 -18 ~3.5 11.7
Si 3N 4 2 x 10 -19 2 7至8
1.6 x 10 -18 2.5
2 x 10 -18 2.7
Ta 2O 5 1 x 10 -18至4 x 10 -18 2.08 25至50
TiO 2 5 x 10 -18至6 x 10 -17 2.27至2.6 10至85
氧化石墨烯 4.5 x 10 -14 2.2 (在1.2 µm下) 2至50
STO    ~2.3 10,000至24,000 (低於10K)
BTO r42 ＞150pm/V    ~2.3 150至200 (低於10K) 1000至3000 (在300K)
表 1 - 各種材料之 χ (3) 、折射率及介電常數值
表1繪示各種材料之χ (3)、折射率及介電常數值。如表1中所展示，STO針對低於10K之溫度具有一極高介電常數，使得STO可為用於電極之一所要材料，而在一些實施例中，BTO可用於波導之板片層及/或脊部分。
如所繪示，圖2至圖8之各者中所展示之架構展現包括第一及第二包覆層之一光子裝置。舉例而言，標記為210、310、410、510、610、710及810之區表示在波導之一個側上之第一包覆層，而標記為212、312、412、512、612、712及812之區表示在波導之另一側上之第二包覆層。應注意，術語「第一」及「第二」僅意在區分兩個包覆層，且舉例而言，術語「第一包覆層」可指代在波導之任一側上之包覆層。在一些實施例中，第一及第二包覆層之折射率可低於波導結構之折射率。
圖2至圖8進一步展現包含耦合至一第一電極(240、340、440、540、640、740及840)之一第一引線(230、330、430、530、630、730及830)之一第一電接觸件，及包含耦合至一第二電極(242、342、442、542、642、742及842)之一第二引線(232、332、432、532、632、732及842)之一第二電接觸件。第一及第二引線可由諸如一金屬之一導電材料構成或替代地，其等可由一半導體材料構成。在各項實施例中，第一電極及第二電極由以下一或多者構成：砷化鎵(GaAs)、砷化鋁鎵(Al xG 1-xAs)/GaAs異質結構、砷化銦鎵(InGaAs)/GaAs異質結構、氧化鋅(ZnO)、硫化鋅(ZnS)、氧化銦(InO)、摻雜矽、鈦酸鍶(STO)、摻雜STO、鈦酸鋇(BTO)、鈦酸鍶鋇(BST)、氧化鉿、鈮酸鋰、氧化鋯、氧化鈦、氧化石墨烯、氧化鉭、鋯鈦酸鉛(PZT)、鈦酸鉛鑭鋯(PLZT)、鈮酸鍶鋇(SBN)、氧化鋁、氮化鋁、其等之摻雜變體或固溶體，或二維電子氣體。對於其中第一及第二電極由摻雜STO構成之實施例，根據各項實施例，STO可經鈮摻雜、鑭摻雜，或空位摻雜。
圖2至圖8繪示包含包括一第一材料之一板片層(220、320、420及520、651、754以及851)的一波導結構，其中板片層耦合至第一電接觸件之第一電極及第二電接觸件之第二電極。在一些實施例中，波導結構進一步包含由第一材料(或一不同材料)構成且耦合至板片層的一脊部分(251、351、451及551)，其中脊部分安置於第一電接觸件與第二電接觸件之間。在各項實施例中，第一材料係鈦酸鍶(STO)、鈦酸鋇(BTO)、鈦酸鍶鋇(BST)、氧化鉿、鈮酸鋰、氧化鋯、氧化鈦、氧化石墨烯、氧化鉭、鋯鈦酸鉛(PZT)、鈦酸鉛鑭鋯(PLZT)、鈮酸鍶鋇(SBN)、氧化鋁、氮化鋁，或其等之摻雜變體或固溶體之一者。在一些實施例中，第一材料可為具有大於第一及第二包覆層之一折射率的一折射率之一透明材料。
在一些實施例中，可基於構成板片層及/或波導結構之第一材料來選擇構成第一及第二電極之一第二材料。舉例而言，可選擇第二材料使得第二材料具有比第一材料之介電常數大之一介電常數。作為一個實例，若第一材料係BTO，則第二材料可選擇為STO，在光子裝置意欲依其操作之低溫(例如，4K)下，STO具有比BTO大之一介電常數。有利地，針對自波導至電極中之一給定可接受位準之損耗，相較於金屬電極，電極之大介電常數可使電極能夠放置成更緊鄰於波導。舉例而言，在與波導之相同離距下，相較於一電極之吸收，一金屬電極之高導電率將導致自波導之一更大程度之光子吸收(即，損耗)。因此，對於一給定損耗容限，電極可放置成比金屬電極更緊鄰於波導。電極之高介電常數對應於介電材料之一高極化率，此繼而導致用於調整波導結構內之電場之一節能控制機制。
在一些實施例中，用於電極及波導結構之材料可基於其等有效介電常數進行選擇。舉例而言，雖然一材料之介電常數(或各向異性材料之介電張量)係一固有材料性質，但一結構之有效介電常數與其介電常數成比例但亦取決於結構之形狀及尺寸。在此等實施例中，可選擇用於第一及第二電極之材料使得第一及第二電極之有效介電常數大於波導結構之一有效介電常數。
在一些實施例中，諸如圖10中所展示之低溫恆溫器1113之一低溫裝置可經組態以將第一電接觸件、第二電接觸件及波導結構維持在一低溫溫度下(例如，處於或低於凱氏77度)。
在一些實施例中，第一電接觸件及第二電接觸件經組態以沿著一或多個方向(例如，沿著波導結構中之x方向)產生一電場，且波導結構可藉由具有沿著電場之方向對準之一非零值之一光電係數(例如，χ (2)普克爾係數或χ (3)克爾係數)特性化。舉例而言，引線可耦合至強加一可控制(例如，可程式化)電壓差之一電壓源，藉此在波導結構中產生一電場，如圖10中所繪示。額外地或替代地，由波導結構支援之一導引模式可具有與x方向對準之一偏振方向。
在一些實施例中，第一電極及第二電極組態為與板片層共面且安置成鄰近於板片層之一第一側的一第二層。舉例而言，第一及第二電極可(例如，使用磊晶或諸如金屬有機化學氣相沈積、分子束磊晶、物理氣相沈積、溶膠-凝膠等之另一方法)生長至板片層之第一側上，使得第一及第二介電層直接耦合至板片層。替代地，在一些實施例中，一中介層可安置於板片層與第一及第二介電層之間，使得板片層及第一及第二介電層間接地耦合。在一些實施例中，中介層可由氧化物材料構成。
第一電極及第二電極可藉由一間隙區(例如，間隙區243或343)分離。在一些實施例中，間隙區可已被蝕刻掉，且可填充有一包覆材料。在一些實施例中，第一及第二電極兩者可在板片層上方生長為一單一第二層，且隨後可蝕刻掉一區以分離第一及第二電極。此蝕刻區隨後可填充有一包覆材料。替代地，蝕刻區可保持為空(即，可填充有空氣或真空)。
在一些實施例中，在分離第一及第二電極之方向上，第一電極及第二電極具有大於第一材料之一介電常數的一介電常數。在大於1 mK、小於77 K、小於150 K及/或在另一溫度範圍內之一第一溫度下，第一電極及第二電極之介電常數可大於波導結構之介電常數。在一些實施例中，第一材料係具有大於第一及第二包覆層之一折射率的一折射率之一透明材料。在一些實施例中，第一及第二電極之介電常數與第一材料之介電常數之間之一比率係2或更大。 透明電極
一材料之導電率與其載子遷移率(例如，電子遷移率或電洞遷移率)及載子濃度(例如，其自由電子密度或電洞密度)兩者成比例。一光子移相器裝置之電極之增加的導電率可係所要的，此係因為其可實現在較高頻率下及/或在減少電極之加熱之情況下增加對裝置之控制。然而，電極之大自由電子密度可係非所要的，此係因為具有大自由電子密度之一電極可為波導結構內之光子提供一大吸收貯集器以供電極之自由電子吸收(例如，藉此逸出波導結構且至電極中)。換言之，藉由增加針對電極選擇之材料之自由電子密度而增加電極之導電率可係非所要的，此係因為此可增加裝置之光子損耗率。
為解決此等及其他問題，在一些實施例中，電極可由一第二材料構成，該第二材料經選擇以憑藉其高載子遷移率而非歸因於其高載子濃度而具有一高導電率。有利地，高載子遷移率材料可在未引入高光子吸收之情況下產生一成比例地高導電率。一高載子遷移率材料可憑藉其相對較低載子濃度(例如，相對於具有一類似導電率及一低載子遷移率之一材料較低)而展現所要導電率性質，同時維持對波導內之光學模式之透明度。經典德汝德(Drude)理論預測自由載子吸收與摻雜位準成比例且與光學遷移率成反比。因此，具有高遷移率之材料可展現降低電阻及自由載子吸收兩者。
舉例而言，在一些實施例中，第一電極及第二電極由一第二材料構成，其中第二材料具有一高載子遷移率(例如，一高電子遷移率或一高電洞遷移率)。作為一個實例，可選擇第二材料使得其電子遷移率高於矽。在一些實施例中，可選擇第二材料使得其具有大於裝置之一操作頻率之一帶隙。
在一些實施例中，第二材料包括砷化鎵(GaAs)、砷化鋁鎵(Al xG 1-xAs)/GaAs異質結構、砷化銦鎵(InGaAs)/GaAs異質結構、氧化鋅(ZnO)、硫化鋅(ZnS)、氧化銦(InO)、摻雜矽、二維電子氣體，或摻雜氧化鍶(STO)之一者。對於其中第二材料包括摻雜STO之實施例，摻雜STO可經鈮摻雜、鑭摻雜，或空位摻雜，以及其他可能性。舉例而言，塊狀GaAs具有8500 cm 2/Vs之一電子遷移率，該電子遷移率比矽之電子遷移率高5倍。InGaAs/GaAs之異質結構在凱氏4度下可達到41000 cm 2/Vs之遷移率且Al xG 1-xAs/GaAs異質結構可達到高達180,000 cm 2/Vs之遷移率。相比之下，Si具有1500 cm 2/Vs之一遷移率。取決於載子濃度，經摻雜STO亦可展現從10,000 cm 2/Vs至53,000 cm 2/Vs之高電子遷移率。
對於其中第二材料係摻雜材料之實施例，可基於所得摻雜材料之吸收性質來選擇摻雜濃度。舉例而言，可針對複數個摻雜濃度之各者在光電裝置之一或多個操作頻率下分析摻雜材料之吸收，且可選擇在該一或多個操作頻率下展現低吸收之一摻雜濃度。
以下段落描述在圖2至圖8中所展示之架構之間不同之各種設計特徵。
圖2繪示其中波導結構之脊部分(251)安置於板片層之底部上且延伸至第一包覆層(210)中的一架構。如圖2中所繪示，脊部分及板片層之組合具有大於單獨板片層(220)之一第二厚度(260)之一第一厚度(262)，且第一厚度相對於第二厚度之過量部分在板片層之底側上延伸至包覆層(210)中。如圖2中所繪示，第一電極(240)及第二電極(242)在板片層之與底側相對之頂側上耦合至板片層(220)。此外，第一電接觸件(230)及第二電接觸件(232)安置於板片層(220)之頂側上。應注意，為清楚起見，術語「頂部」及「底部」參考圖中所繪示之透視圖而使用，且不一定指代相對於整體裝置之任何特定定向。
圖3繪示其中波導結構(351)之脊部分安置於板片層之頂側上且延伸至一第一包覆層(312)中，第一電極及第二電極在板片層之與頂側相對之底側上耦合至板片層之一架構。如所繪示，脊部分及板片層之組合具有大於單獨板片層(320)之一第二厚度(360)之一第一厚度(362)，且第一厚度相對於第二厚度之過量部分在板片層(320)之頂側上延伸至第一包覆層(312)中。如圖3中所繪示，第一電極(340)及第二電極(342)在板片層之與頂側相對之底側上耦合至板片層(320)。此外，第一電接觸件(330)藉由從板片層之頂側穿透板片層(320)至板片層之底側而耦合至第一電極(340)，且第二電接觸件(332)藉由從板片層之頂側穿透板片層(320)至板片層之底側而耦合至第二電極(342)。
圖4繪示其中波導結構(451)之板片層及脊部分之組合具有大於板片層(420)之一第二厚度(460)之一第一厚度(462)，且第一厚度相對於第二厚度之過量部分在板片層之頂側上延伸至第一包覆層(412)中之一架構。如圖4中所繪示，第一電極(440)及第二電極(442)在板片層之頂側上耦合至第一材料(420)。此外，第一電極(440)及第二電極(442)毗連波導結構(451)之脊部分。
圖5繪示其中波導結構包含一第一帶狀波導部分(554)及一第二帶狀波導部分(556)，其中第一及第二波導部分由一第二材料構成，且其中板片層(520)安置於第一波導部分(554)與第二波導部分(556)之間的一架構。一第一電極(540)及一第二電極(542)安置於光電層(520)上，一第一引線(530)耦合至第一電極，且一第二引線(532)耦合至第二電極。根據一些實施例，可藉由參考圖15描述之方法製造圖5中所繪示之裝置架構。
在一些實施例中，第一帶狀波導部分由氮化矽(Si 3N 4)構成且第二帶狀波導部分由矽構成。在其他實施例中，第一及第二帶狀波導部分兩者由氮化矽(Si 3N 4)構成。替代地，第一及第二波導部分之各者可單獨由Si 3N 4、二氧化矽(SiO 2)、氧化鋁(Al 2O 3)或另一材料構成。
如圖5中所繪示，第一電極及第二電極毗連第一帶狀波導，且第一電極及第二電極具有一第一厚度(562)。在一些實施例中，第一電極及第二電極包括與光電層共面且安置成鄰近於光電層之一第一側的一第二層。
在一些實施例中，第一及第二帶狀波導部分經組態以將一光學模式之最大強度部分集中在光電層內。換言之，在板片層(520)之一個側上僅具有一第一帶狀波導部分(554)且在另一側上具有一包覆層(即，無第二帶狀波導部分556)，或在板片層(520)之一個側上僅具有一第二帶狀波導部分(556)且在另一側上具有一包覆層(即，無第一帶狀波導部分554)可導致一垂直偏移及/或不太集中的光學模式。在一些實施例中，第一帶狀波導部分毗連板片層且第二帶狀波導部分與板片層分離達一小距離(例如，幾奈米或另一距離)。替代地，(圖5中未展示)，第一及第二帶狀波導部分兩者可毗連板片層。
圖6繪示一垂直波導架構，其中第一電極(642)在板片層之頂側上耦合至板片層(651)且第二電極(640)在板片層之與頂側相對之底側上耦合至板片層(651)。換言之，第一及第二電極耦合至波導結構之頂部及底側，使得波導結構內之感應電場沿著y方向定向。
圖7繪示其中第一電極(740)及第二電極(742)之各者經安置而與波導結構(754)成直線的一波導架構。換言之，第一及第二電極之各者及波導結構安置於具有一單一寬度之一單一層內。
圖8繪示其中第一電極(840)及第二電極(842)與波導結構(851)共用一脊狀輪廓之一波導架構，其中脊狀輪廓延伸至第一包覆層(812)中。舉例而言，第一電極(840)可包含具有大於第一電極之其餘部分之一厚度(860)的一厚度(862)之一脊部分(844)，且第二電極(842)可包含具有大於第二電極之其餘部分之厚度(860)的一厚度(862)之一脊部分(846)。此外，第一及第二電極之脊部分可展現與波導結構(851)相同之厚度。 圖 9- 光子移相器之俯視圖
圖9係根據一些實施例之一光子移相器架構之一俯視圖。如所繪示，移相器可包含第一引線(930)及第二引線(932)、第一電極(940)及第二電極(942)、一板片(例如，波導)層(920)及波導結構之一脊部分(951)。 圖 10- 混合量子運算系統
圖10係繪示根據一些實施例之將具有一低溫恆溫器之一光電開關併入至一混合量子運算系統中之一簡化系統圖。為了在低溫(舉例而言，液氦溫度)下操作，本發明之實施例將本文中所論述之光電開關整合至包含冷卻系統之一系統中。因此，本發明之實施例提供可在一混合運算系統內使用之一光學移相器，舉例而言，如圖8中所繪示。混合運算系統1001包含通信耦合至一混合量子運算(QC)子系統1005之一使用者介面裝置1003。使用者介面裝置1003可為任何類型之使用者介面裝置，例如，包含一顯示器、鍵盤、滑鼠、觸控螢幕及類似者之一終端機。另外，使用者介面裝置本身可為一電腦，諸如一個人電腦(PC)、膝上型電腦、平板電腦及類似者。在一些實施例中，使用者介面裝置1003提供一介面，一使用者可運用該介面與混合QC子系統1005互動。舉例而言，使用者介面裝置1003可運行軟體(諸如一文字編輯器、一互動式開發環境(IDE)、命令提示、圖形使用者介面及類似者)使得使用者可程式化QC子系統或以其他方式與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1005可經預程式化且使用者介面裝置1003可僅為其中一使用者可起始一量子運算、監測進展且從混合QC子系統1005接收結果的一介面。混合QC子系統1005進一步包含耦合至一或多個量子運算晶片1009之一經典運算系統1007。在一些實例中，經典運算系統1007及量子運算晶片1009可耦合至其他電子組件1011(例如，脈衝泵浦雷射、微波振盪器、電源供應器、網路連結硬體等)。
在利用低溫操作之一些實施例中，量子運算晶片1009可容置於一低溫恆溫器(例如，低溫恆溫器1013)內。在一些實施例中，量子運算晶片1009可包含一或多個構成晶片，例如，混合電子晶片1015及整合式光子晶片1017。信號可以任何數目個方式(例如，經由光學互連件1019且經由其他電子互連件1021)在晶片上及晶片外路由。 圖 11- 一光子移相器中之感應電場
圖11係繪示根據一些實施例之圖2中所展示之波導結構之一橫截面之一簡化示意圖，其中用箭頭繪示感應電場之方向。如所繪示，小箭頭展示通常沿著正x方向指向通過裝置之電極之感應電場方向。電場在電極上方及下方兩者以一凸形方式彎曲，如所繪示。此外，指向正x方向之大箭頭(1150)繪示可行進通過板片層及波導之一光學模式之偏振方向。 圖 12 至圖 15- 光電裝置之製造方法
最新技術進步已證實使用複合分子束磊晶(MBE)技術在平面Si基板上成功地生長鐵電薄膜，此使得使用半導體處理技術將各種複合氧化物單片整合於光電裝置中可行。BaTiO 3或BTO歸因於其高普克爾係數、高頻寬及低介電損耗而被認為係下一代光電開關之首選材料。在一些實施例中，可使用SrTiO 3作為一緩衝層在矽基板上磊晶生長一毯覆式BTO薄膜。接著，可在BTO薄膜上覆疊二氧化矽(SiO 2)接合層。在另一矽晶圓上，形成矽波導且其由具有一平坦頂部表面之二氧化矽包覆層包圍，該平坦頂部表面可藉由(舉例而言)在矽波導上方毯覆式沈積二氧化矽層之後進行化學機械拋光來獲得。透過晶圓間接合將其上形成毯覆式BTO膜之第一晶圓接合至第二晶圓，使得毯覆式BTO膜轉移至第二晶圓上之二氧化矽包覆層之平坦頂部表面。隨後(例如，藉由研磨及/或化學機械拋光)移除此第一晶圓，且接著在BTO膜中形成電極或接觸件以允許跨接觸件施加一電場。此程序涉及將BTO膜從一個基板轉移至另一基板，因此效率低、成本高，且限制底層裝置架構。圖12至圖15繪示根據各項實施例之各種光電裝置架構之製程之經改善方法。
圖12A至圖12G係繪示根據一些實施例之用於建構具有與電極相對定位之一脊形波導之光電裝置之一製造方法之示意圖。
圖12A繪示用於建構一裝置之初始步驟，包含在一基板層(1202)上沈積一晶種層(1204)，且在晶種層(1204)上沈積一光電層(1206)。可磊晶地沈積連續層，或其等可使用另一技術來沈積。在一些實施例中，可接收包括一第一層堆疊之一第一晶圓，其中第一層堆疊包含所繪示基板層(1202)、晶種層(1204)及光電層(1206)。換言之，可從一製造商接收對應於圖12A中所繪示之預製晶圓之一預製晶圓。替代地，可接收包括晶種層(1204)、基板層(1202)及/或光電層(1206)之一或多者之一部分完成晶圓，且可沈積剩餘層以完成晶圓。
在一些實施例中，基板層係絕緣體上矽(SOI)晶圓，且基板層之第一部分係SOI晶圓之與晶種層接觸之一頂部矽層。SOI晶圓可包含一半導體(例如，矽或Si)基底、半導體基底基板上之氧化物層(例如，二氧化矽或SiO 2)及氧化物層上之一半導體層(例如，矽)。儘管本文中使用具有矽基底基板上之二氧化矽層上矽層之矽基SOI基板作為SOI基板之一實例，然SOI基板可基於其他類型之半導體(例如，鍺或砷化鎵)。SOI基板上之矽層及SiO 2層之厚度可根據各項實施例變化。在一些實施例中，SOI基板上之矽層之厚度等於或小於150 nm，SiO 2層之厚度可在自0.5 μm至4 μm之範圍中，且矽基底之厚度可在自100 μm至2 mm之範圍中。
在一些實施例中，晶種層由鈦酸鍶(STO)、鈦酸鍶鋇(BST)、氧化鉿、氧化鋯、氧化鈦、氧化石墨烯、氧化鉭、鋯鈦酸鉛(PZT)、鈦酸鉛鑭鋯(PLZT)、鈮酸鍶鋇(SBN)、氧化鎂(MgO)、鍺(Ge)或類似者之一者構成。在一些實施例中，晶種層可比30 nm薄，且可用作將光電層附接至基板層之一介接(interworking)層。在此等實施例中，最終可在一後續製造步驟中移除晶種層及介接層。替代地，在一些實施例中，晶種層可更厚(例如，厚度從4 nm至300 nm)，且隨後可經蝕刻以將晶種層分割成與一第二電極分離之一第一電極，如下文更詳細地描述。
在一些實施例中，光電層由鈦酸鋇(BTO)、鈦酸鍶鋇(BST)、鈮酸鋰、鋯鈦酸鉛(PZT)、鈦酸鉛鑭鋯(PLZT)、氧化鋁、亞硝酸鋁或鈮酸鍶鋇(SBN)之一者構成。在一些實施例中，第一包覆層可由二氧化矽或另一材料構成。
在一些實施例中，在基板層上沈積晶種層包含獲得具有一清潔矽表面(例如，Si [001] 2x1重建表面)之一SOI基板，且使用習知技術來鈍化矽表面。在鈍化矽表面之後，可在矽層上磊晶地生長SrTiO 3緩衝層。一薄膜(~ 3 nm至30 nm)磊晶生長SrTiO 3層最初可生長為一緩衝層以促進隨後沈積之BaTiO 3層之磊晶生長。在一些實施例中，可在一較低溫度(例如，100℃至300℃)下在(舉例而言) 10 −8至1.5 x10 −6托之氧壓下生長SrTiO 3之前幾個ML (1至3 ML)，以便避免矽表面處之氧化。SrTiO 3之此幾個ML大部分係非晶系的，故可執行在較高溫度(例如，500℃至750℃)下在超高真空條件(例如，壓力＜ 5 x 10 −9托)中之一退火程序以使生長於矽表面上之SrTiO 3結晶化。接著，可在較高溫度(例如，500℃至600℃)下，或在較低溫度(例如，300℃至500℃)下生長更多SrTiO 3，接著在較高溫度(例如，550℃至750℃)下退火直至達成SrTiO 3緩衝層之一所要厚度。
圖12b繪示如何蝕刻光電層以建構一脊形波導結構(1224)。繼蝕刻光電層之後，在光電層(1206)上沈積一第一包覆層(1208)。舉例而言，在沈積第一包覆層之前，可自一均勻光電層形成一脊形結構。在一些實施例中，可藉由以下各者形成脊形波導結構：獲得具有(例如) 200 nm至350 nm厚度之一光電層；遮罩光電層上之脊形波導結構將所處之區域；且使用一各向異性蝕刻(例如，RIE)程序來蝕刻SOI基板上之光電層以將光電層之未遮罩部分減薄至(舉例而言)小於150 nm。接著，在脊形波導結構及光電層之已減薄之部分上沈積第一包覆層。
圖12C繪示平坦化第一包覆層(1210)。舉例而言，圖12A中所展示之第一包覆層之上表面可能並非足夠平坦的，且可平坦化第一包覆層以減少第一包覆層之厚度之變動。
圖12D繪示將經平坦化第一包覆層(1210)接合至一晶圓(1212)。在一些實施例中，可將第一包覆層之上表面接合至晶圓。在一些實施例中，晶圓(1212)包括一光學插入器，或晶圓可為裝置之另一類型之電路組件。一般而言，晶圓可含有將組態成接近脊形波導之各種不同類型之組件之任一者。
圖12E繪示從現展示為裝置之上表面之部分移除基板層(1202)。移除基板層可曝露晶種層。
圖12F繪示蝕刻晶種層以將晶種層分割成與一第二電極(1216)分離之一第一電極(1214)。可執行蝕刻晶種層以曝露光電層之一部分。方法可繼續以在經蝕刻晶種層及光電層之曝露部分上沈積一第二包覆層(1218)。
圖12G繪示蝕刻第二包覆層以曝露第一電極之一第一部分，蝕刻第二包覆層以曝露第二電極之一第二部分，透過經曝露第一部分將一第一引線(1220)沈積至第一電極(1214)上，且透過經曝露第二部分將一第二引線(1222)沈積至第二電極(1216)上。第一及第二引線可由諸如一金屬(例如，銅、金或類似者)之一導電材料構成，或替代地，其等可由一半導體構成。舉例而言，最終裝置可在結構上類似於圖2中所繪示之裝置。
圖13A至圖13E係繪示根據一些實施例之用於建構光電裝置之一製造方法之示意圖，該光電裝置具有與電極定位於相對側上之一脊形波導，其中引線穿透波導之板片層。舉例而言，可使用圖13A至圖13E中所展示之方法步驟來建構類似於圖3中所展示之裝置的一裝置。
圖13A繪示用於製造一裝置之初始步驟，包含在一基板層(1302)上沈積一晶種層(1304)，在晶種層(1304)上沈積一光電層(1306)，且在光電層(1306)上沈積一電極層(1308)。連續層可磊晶地沈積，或其等可使用另一技術來沈積。替代地，可從一製造商接收一完成晶圓(諸如圖13A中所展示之完成晶圓)。替代地，可接收包括晶種層(1304)、基板層(1302)及/或光電層(1306)之一或多者之一部分完成晶圓，且可沈積剩餘層以完成晶圓。
在一些實施例中，晶種層由鈦酸鍶(STO)、鈦酸鍶鋇(BST)、氧化鉿、氧化鋯、氧化鈦、氧化石墨烯、氧化鉭、鋯鈦酸鉛(PZT)、鈦酸鉛鑭鋯(PLZT)、鈮酸鍶鋇(SBN)、氧化鎂(MgO)、鍺或類似者之一者構成。
在一些實施例中，光電層由鈦酸鋇(BTO)、鈦酸鍶鋇(BST)、鈮酸鋰、鋯鈦酸鉛(PZT)、鈦酸鉛鑭鋯(PLZT)、氧化鋁、亞硝酸鋁或鈮酸鍶鋇(SBN)之一者構成。
圖13B繪示蝕刻電極層(1308)以曝露光電層之一部分且將電極層分割成與一第二電極(1312)分離之一第一電極(1310)。繼執行蝕刻之後，在光電層之經曝露部分以及第一及第二電極上沈積一第一包覆層(1314)。
圖13C繪示平坦化第一包覆層且將經平坦化第一包覆層(1314)接合至一晶圓(1316)。舉例而言，可平坦化第一包覆層以增加其厚度均勻性且改善與晶圓之接合。可在接合至晶圓之前將裝置上下翻轉，使得經平坦化第一包覆層現位於裝置之底部上以用於接合至晶圓。在一些實施例中，晶圓(1316)包括一光學插入器，或晶圓可為裝置之另一類型之電路組件。一般而言，晶圓可含有待經組態成接近電極之各種不同類型之組件之任一者。
圖13D繪示移除基板層(1302)及晶種層(1304)，且在移除基板層及晶種層之後，蝕刻光電層(1306)以產生具有一第一厚度(1326)之一脊形波導(1318)，該脊形波導(1318)安置於具有小於第一厚度(1326)之一第二厚度(1328)之第一板片層(1320)與第二板片層(1322)之間。在一些實施例中，為了進一步改善脊形波導附近之區中之光電係數，不僅移除基板層(1302)及晶種層(1304)，而且亦移除光電層1306之一部分以移除在接近晶種層之區中生長之任何c軸光電材料(例如，在一STO晶種及BTO光電層之情況中)。在蝕刻脊形波導之後，可在第一及第二板片層以及脊形波導結構上沈積一第二包覆層(1324)。
圖13E繪示蝕刻穿過第二包覆層(1324)及第一板片層以曝露第一電極之一第一部分，蝕刻穿過第二包覆層及第二板片層以曝露第二電極之一第二部分，透過經曝露第一部分將一第一引線(1330)沈積至第一電極(1310)上，且透過經曝露第二部分將一第二引線(1332)沈積至第二電極(1312)上。第一及第二引線可由諸如一金屬之一導電材料構成，或替代地，其等可由一半導體構成。
圖14A至圖14E係繪示根據一些實施例之用於建構具有與電極定位於相同側上之一脊形波導之光電裝置之一製造方法之示意圖。舉例而言，可使用圖14A至圖14E中所展示之方法步驟來建構類似於圖4中所展示之裝置的一裝置。
圖14A繪示用於製造一裝置之初始步驟，包含將在一基板層(1402)上沈積一晶種層(1404)，在晶種層(1404)上沈積一光電層(1406)，且在光電層(1406)上沈積一第一包覆層(1408)。連續層可磊晶地沈積，或其等可使用另一技術來沈積。替代地，可從一製造商接收一完成晶圓(諸如圖14A中所展示之完成晶圓)。替代地，可接收包括晶種層(1404)、基板層(1402)、光電層(1406)及/或第一包覆層(1408)之一或多者之一部分完成晶圓，且可沈積剩餘層以完成晶圓。
在一些實施例中，光電層由鈦酸鋇(BTO)、鈦酸鍶鋇(BST)、鈮酸鋰、鋯鈦酸鉛(PZT)、鈦酸鉛鑭鋯(PLZT)、氧化鋁、亞硝酸鋁或鈮酸鍶鋇(SBN)之一者構成。
圖14B繪示平坦化第一包覆層(1408)以增加第一包覆層之厚度均勻性，且將經平坦化第一包覆層(1408)接合至一晶圓(1410)。可在接合至晶圓之前將裝置上下翻轉，使得經平坦化第一包覆層現位於裝置之底部上以用於接合至晶圓。在一些實施例中，晶圓(1410)包括一光學插入器，或晶圓可為裝置之另一類型之電路組件。一般而言，晶圓可含有待經組態成接近晶種層之各種不同類型之組件之任一者。
圖14C繪示移除基板層(1402)及晶種層(1404)，且在移除基板層及晶種層之後，蝕刻光電層以產生具有一第一厚度(1418)之一脊形波導(1412)，該脊形波導(1412)安置於一第一板片層(1414)與一第二板片層(1416)之間，其中該等第一及第二板片層具有小於第一厚度(1418)之一第二厚度(1420)。在一些實施例中，為了進一步改善脊形波導附近之區中之光電係數，不僅移除基板層(1402)及晶種層(1404)，而且亦移除光電層1406之一部分以移除在接近晶種層之區中生長之任何c軸光電材料(例如，在一STO晶種及BTO光電層之情況中)。
圖14D繪示分別在脊形波導結構(1412)之左側及右側上沈積第一電極(1422)及第二電極(1424)，且在第一及第二電極以及脊形波導結構上沈積一第二包覆層(1426)。在一些實施例中，第一及第二電極由鈦酸鍶(STO)、鈦酸鍶鋇(BST)、氧化鉿、氧化鋯、氧化鈦、氧化石墨烯、氧化鉭、鋯鈦酸鉛(PZT)、鈦酸鉛鑭鋯(PLZT)或鈮酸鍶鋇(SBN)之一者構成。
圖14E繪示蝕刻穿過第二包覆層以曝露第一電極之一第一部分，蝕刻穿過第二包覆層以曝露第二電極之一第二部分，透過經曝露第一部分將一第一引線(1428)沈積至第一電極(1422)上，且透過經曝露第二部分將一第二引線(1430)沈積至第二電極(1424)上。第一及第二引線可由諸如一金屬之一導電材料構成，或替代地，其等可由一半導體構成。
圖15A至圖15E繪示根據一些實施例之用於製造展現一夾層架構之一光子裝置之方法。舉例而言，可使用圖15A至圖15E中所展示之方法步驟來建構類似於圖5中所展示之裝置的一裝置。
圖15A繪示包括安置於一第一基板層(1506)上之一電極層(1504)及安置於電極層(1504)上之一光電層(1502)之一第一晶圓(1500)之一橫截面。替代地，在一些實施例中，光電層(1502)安置於一晶種層(未展示)上。在一些實施例中，第一晶圓可由一晶圓製造商預製且經接收以供如圖15C至圖15E中所描述之進一步製造步驟。替代地，可在內部製造第一晶圓。舉例而言，可藉由利用磊晶沈積或如貫穿本發明不同地描述之各種其他沈積技術之任一者在第一基板層上依序沈積電極層及光電層。
圖15B繪示一第二晶圓(1501)之一橫截面，其包括安置於一第二包覆層(1510)下面之一第二基板層(1512)及安置於第二包覆層內以及第二包覆層之上表面附近之一第二帶狀波導結構(1508)。在一些實施例中，第二晶圓(1501)可由一晶圓製造商預製且經接收以供如圖15C至圖15E中所描述之進一步製造步驟。替代地，可視需要在內部製造第二晶圓。
在一些實施例中，翻轉第一晶圓(1500)，且將第一晶圓之光電層(1502)之經曝露表面接合至第二晶圓之第二包覆層(1510)之經曝露表面。因此，將第一及第二晶圓接合在一起。
圖15C繪示在一些實施例中，如何在將第一晶圓接合至第二晶圓之後移除第一包覆層(1506)，且蝕刻電極層(1504)以將電極層分割成與一第二電極(1516)分離之一第一電極(1514)。在其他實施例中，電極層(1504)用作最終移除之一相對較薄晶種層。為了進一步改善晶種層之表面附近之區中之光電係數，除基板層(1506)及電極/晶種層(1504)以外，亦可移除光電層(1502)之一部分。在此等實施例中，在晶種層之此移除或任何部分移除步驟之後，可如上文描述般沈積並蝕刻一新電極層。
圖15D繪示如何將一第一帶狀波導結構(1520)沈積於第一(1514)與第二(1516)電極之間。在一些實施例中，沈積程序之後接著一平坦化步驟以(例如)藉由微影圖案化或化學機械拋光(CMP)從電極上方之區移除過量材料。在一些實施例中，用於帶狀波導結構(1520)及/或(1508)之材料如上文參考圖5描述且可為(例如)氮化矽。隨後，在第一及第二電極以及第一帶狀波導結構上沈積一第一包覆層(1518)。
最後，圖15E繪示如何蝕刻第一包覆層(1518)以曝露第一電極(1514)之一部分及第二電極(1516)之一部分。接著，在第一電極之經曝露部分上沈積一第一引線(1522)，且在第二電極之一經曝露部分上沈積一第二引線(1524)。圖15E繪示引線經沈積於第一及第二電極之上表面上之一實施例。然而，在其他實施例中，第一及第二電極之經曝露部分本身可經蝕刻，使得第一及第二引線經沈積於第一及第二電極之橫截面內之某一距離內，或潛在地沈積於光電層(1502)之上表面上。
圖16繪示根據各項實施例之包含可經接收作為本文中所描述之各種裝置之一製程之部分之一層堆疊之一第一晶圓之一橫截面。如所繪示，一第一絕緣基板層(1602)可(視情況)安置於一晶種層(1604)下面，晶種層(1604)安置於一光電層(1606)下面，光電層(1606) (視情況)安置於一電極層(1608)下面，電極層(1608) (視情況)安置於一第二絕緣基板層(1610)下面。應注意，取決於待採用之特定製造方法，第一晶圓可具有各種類型，此係因為視需要，晶種層、電極層及第二基板層可視情況存在或不存在。
在一些實施例中，隨後可蝕刻晶種層(1604)以形成與一第二電極分離之一第一電極。替代地，在一些實施例中，晶種層僅用於在光電層與第一基板層之間提供一介接層，且最終在製程期間移除晶種層。在此等實施例中，可蝕刻電極層(1608)以形成第一及第二電極。
圖17係BTO之有效普克爾係數對溫度之一標繪圖。如上所述，BTO係展示有望用於基於光電開關之量子運算應用中之材料之一者，此係因為BTO具有一相對較大普克爾係數。如圖17中所展示，對於室溫下之一BTO薄膜，普克爾係數可為大約500 pm/V至550 pm/V。然而，諸如BTO之光電材料在低溫溫度(例如，低於5 K)下展示一減小普克爾係數，低溫溫度係量子運算應用所關注之溫度。舉例而言，如圖17中所展示，BTO之普克爾係數在4 K下相對於其在室溫下之值減小三倍以上。普克爾係數之減小可歸因於結構相變及隨著溫度降低而可能發生之聲子軟化之減少。
圖18A係立方相中之BTO之晶體單元胞之一圖解，且圖18B係四方相中之BTO之晶體單元胞之一圖解。BTO之光電性質取決於材料之晶體對稱性。在此方面，圖18A中所繪示之立方相高度對稱且因此不具有一電偶極矩。因而，立方相係順電的且具有普克爾係數之一低值。相比之下，圖18B中所繪示之BTO之四方相具有一降低晶體對稱性。在此方面，與沿著a軸及b軸相比，單元胞(即，單元胞晶格常數或參數)沿著c軸較長。因而，四方相擁有一電偶極矩且因此係鐵電的。四方相之較低對稱性亦引起普克爾係數之一較大值。各種晶相在各自溫度範圍內係穩定的，如下文參考圖18C至圖18F更詳細地描述。
圖18C至圖18F示意性地繪示BTO在塊狀BTO之各自溫度範圍中之各種晶相。在此方面，立方相對於大於120℃ (393.2 K)之溫度係穩定的，如圖18C中所展示，四方相對於從5℃至120℃ (278.2 K至393.2 K)之範圍中之溫度係穩定的，如圖18D中所展示，斜方相對於從-90℃至5℃ (183.2 K至278.2 K)之範圍中之溫度係穩定的，如圖18E中所展示，且菱形相對於低於-90℃ (183.2 K)之溫度係穩定的，如圖18F中所展示。因此，對於低溫溫度(例如，低於5 K，諸如大約4 K)，菱形相對於塊狀材料係穩定的。在不希望受一特定理論約束之情況下，此可部分考量低溫下之普克爾係數之低值。然而，在低溫溫度下可能存在(若干)其他BTO相。
晶體結構隨溫度降低之熱收縮可進一步導致原子間鍵之一相對加強。因而，個別原子經歷較大力對位移(即，聲子硬化)，此可降低原子可在存在所施加電場之情況下相對於彼此移位之程度。因而，可減小感應電偶極矩對所施加電場。此效應亦可貢獻於普克爾係數之減小。在下文所描述之各項實施例中，包含一中間層之一薄膜幾何形狀可用於在一光電層上誘發一預定應變，該預定應變可在較低溫度下穩定具有「a軸」晶體結構組態之所要四方相。
以下方法實施具有一漸變晶格(例如，線性梯度或階躍函數)之一中間層以將頂層BTO穩定至一膜中。在一些例示性實施例中，中間層經組態成具有不同晶格常數相對於距離分佈。舉例而言，根據一些例示性實施例，晶格常數相對於距離分佈可為線性的或多項式的，如參考圖19C所論述。作為一額外實例，中間層之晶格常數相對於距離分佈可為一階躍函數，其中插入器之多個層經安置以在一BTO堆疊裝置中創建一階梯式晶格梯度插入器，下文參考圖20C論述。
如圖19A中所繪示，根據各項實施例，一光電裝置(1900)之一垂直橫截面視圖包括可用於在一光電材料中產生一預定應變之一中間層(1910)。在此方面，光電裝置(1900)可包含一基板(1902、1904)、一晶種層(1906)、一選用第一光電層(1908) (例如，下鐵電光電層)、中間層(1910)、第二光電層(1912) (例如，上鐵電光電層)、一包覆層(1914)及一波導核心結構(1916)。基板可包含一單晶半導體層(1902)及氧化物層(1902)。舉例而言，單晶半導體層(1902)可為一單晶矽層或晶圓且氧化物層(1902)可為氧化矽之一第一層。亦可使用其他基板，諸如其他半導體、絕緣及/或導電基板。選用晶種層(1906)可為STO之一層且選用第一光電層(1908)可為BTO之一第一層。第二光電層(1912)可為BTO之一第二層且包覆層(1914)可為氧化矽之第二層。如上文關於其他實施例所描述，波導核心結構(1916)可為氮化矽波導核心。亦可使用其他適合核心及包覆材料。
可針對中間層(1910)選取各種材料。舉例而言，中間層可包含具有大於Ba之一Ti原子濃度之一富鈦BTO。富鈦BTO可包括Ba 1-xTi 1+xO 3±d，其中0.1 ≤ x ≤ 0.75，諸如0.2 ≤ x ≤ 0.7，諸如0.4 ≤ x ≤ 0.6，且0 ≤ d ＜ 0.1。舉例而言，x可在從0.45至0.55之範圍中，諸如約0.5，且d可為0.05或更小，諸如約為零。相比之下，第二光電層(1912)可為包括Ba 1+yTi 1+zO 3±d之化學計量或近化學計量BTO之一第二層，其中-0.1 ＜ y ＜ 0.1，-0.1 ＜ z ＜ 0.1且0 ≤ d ＜ 0.1。舉例而言，y及z可各獨立地在-0.05與0.05之間之範圍中，諸如約為零。在一項實施例中，富鈦BTO中間層可具有大於化學計量或近化學計量BTO之平面內及平面外晶格常數(即，晶格參數)。
在一項實施例中，中間層(1910)可具有一組成梯度。根據一實施例，圖19B係圖19A之中間層(1910)之一組成梯度之一示意性圖解，且圖19C係圖19A之中間層(1910)之組成梯度之一圖形圖解。中間層可包含具有隨著從中間層(1910)之底部至中間層(1910)之頂部之距離而變化之一組成梯度之一材料。舉例而言，組合物可經選取以具有從中間層(1910)之底部至中間層(1910)之頂部連續變化之一晶格常數。在此例示性實施例中，可選取材料組合物使得晶格常數從中間層(1910)之底部(定位成較靠近晶種層)至中間層(1910)之頂部(定位成較遠離晶種層)增加，如圖19C中所展示。類似地，圖19B中所展示之陰影示意性地指示組成梯度。
可針對漸變中間層(1910)選取各種材料。在一項實施例中，中間層可包含具有大於Ba之Ti原子濃度之一富鈦BTO，其中Ti之濃度隨著層厚度而增加(即，從中間層(1910)之底部至中間層(1910)之頂部增加)。中間層(1910)可包含具有化學式Ba 1-xTi 1+xO 3±d之Ba、Ti及O之一第一合金。因而，可形成材料使得Ti分率「x」隨著從中間層(1910)之底部至中間層之頂部之距離而增加。
在另一實施例中，漸變中間層(1910)可包含具有化學式Ba 1-qSr qTiO 3±d之Ba、Sr、Ti及O之一第二合金(即，鈦酸鍶鋇(BST))。藉由改變Ba/Sr比率，可在不改變晶相(鈣鈦礦相)之情況下改變合金之晶格參數。Ba相對於Sr之一較高分率可具有一較大晶格常數。因而，可形成材料使得Sr分率「q」隨著從中間層(1910)之底部至中間層之頂部之距離而減小，使得中間層(1910)之晶格常數從中間層(1910)之底部至頂部增加。
在一進一步實施例中，中間層(1910)可包含具有化學式Ba 1-jSr jO 1±d(BSO)之Ba、Sr、Ti及O之一第三合金。如同第二合金，Ba相對於Sr之一較高分率可具有一較大晶格常數。因而，可形成材料使得Sr分率「j」隨著從中間層(1910)之底部至中間層之頂部之距離而減小。在一些例示性實施例中，使用分子束磊晶(例如，以在矽上生長BTO)來形成中間層，而在其他例示性實施例中，使用其他製造技術(諸如化學氣相沈積、物理氣相沈積等)來形成中間層。
圖20A係根據各項實施例之具有可用於在一光電材料中產生一預定應變之一中間層(1910)之一光電裝置(2000)之一垂直橫截面視圖。光電裝置(2000)可包含類似於圖19A之光電裝置(1900)之結構的一結構，惟不包含圖19B中所展示之一漸變中間層(1910)除外，在此實施例中，中間層(1910)包含具有一不同組合物及晶格常數之兩個或更多個離散子層(1910a)、(1910b)。
根據一實施例，圖20B係圖20A之中間層(1910)之組合物分佈之一示意性圖解，且圖20C係圖20A之中間層(1910)之一組合物分佈之一圖形圖解。在圖20B之例示性實施例中，中間層包括具有不同晶格常數之多個層以改善BTO穩定化。在此例示性實施例中，中間層(1910)可包含一第一部分(1910a)及一第二部分(1910b)，如(舉例而言)圖20B中所展示。定位成較靠近晶種層之第一部分(1910a)可包含具有一第一晶格常數之一第一材料且定位成較遠離晶種層之第二部分(1910b)可包含具有一第二晶格常數之一第二材料。如圖20C中所展示，舉例而言，第一晶格常數可小於第二晶格常數。各種材料可用於第一部分(1910a)及第二部分(1910b)。舉例而言，可使用TiO 2、STO、BST、MgO、LaAlO 3、BaSnO 3、BaHfO 3、BaZrO 3、SrSnO 3及SrNbO 3之各種組合。儘管此例示性實施例僅包含具有兩個組件(即，第一部分(1910a)及第二部分(1910b))之一中間層(1910)，然各種其他實施例可包含三個或更多個離散子層。在一些例示性實施例中，使用分子束磊晶(例如，以在矽上生長BTO)來形成多層中間層，而在其他例示性實施例中，使用其他製造技術(諸如化學氣相沈積、物理氣相沈積等)來形成中間層以製造不同層。
圖21係根據其中省略選用第一光電層(1908)之一替代實施例之一光電裝置(2100)之一垂直橫截面視圖。在此實施例中，中間層(1910)可直接定位於晶種層(1906)上。視情況，可將一STO罩蓋層(2118)添加在光電層(1912)與包覆層(1914)之間。
圖22係根據各項實施例之一光電裝置(1900)、(2000)或(2100)之平面內對平面外晶格常數之一示意性圖解。在不希望受一特定理論約束之情況下，本發明者咸信，藉由中間層(1910)在光電層(例如，BTO層) (1912)上產生之應變使BTO層(1912)中之四方相以一a軸定向穩定。如本文中所使用，a軸定向意謂一多晶BTO層(1912)中之全部或大部分晶粒具有擁有垂直於BTO層(1912)之頂部表面之a軸及平行於BTO層(1912)之頂部表面之c軸之一四方晶體結構，而一單晶BTO層(1912)具有擁有垂直於BTO層(1912)之頂部表面之a軸及平行於BTO層(1912)之頂部表面之c軸之一四方晶體結構。
因此，BTO層(1912)之平面內晶格常數(即，平行於頂部表面之c軸晶格常數)長於a軸BTO層(1912)之平面外晶格常數(即，垂直於頂部表面之a軸晶格常數)。據信，此a軸BTO層(1912)具有定位成平行於BTO層(1912)之頂部表面之全部或大部分鐵電偶極(1920)。亦據信，與一c軸BTO層相比，此a軸BTO層在低溫溫度下具有一增加有效普克爾係數。
相比之下，定位於中間層(1910)下方之選用第一光電層(1908)可包括c軸BTO層，其c軸垂直於頂部表面且其a軸平行於頂部表面。因此，其平面外晶格常數長於其平面內晶格常數。同樣地，若中間層(1910)包括一富Ti BTO層，則其亦可具有長於其平面內晶格常數之平面外晶格常數。
在一項實施例中，光電裝置(1900)、(2000)或(2100)包含一中間層(1910)及一鐵電光電層(1912)。中間層在鐵電光電層中產生一應變，使得鐵電光電層之一平面內晶格常數長於鐵電光電層之一平面外晶格常數。
在一項實施例中，鐵電光電層包括一鐵電鈦酸鋇(BTO)層，其具有擁有平行於鐵電BTO層之一上表面之一c軸及垂直於鐵電BTO層之上表面之一a軸之一四方晶體結構。在一項實施例中，中間層包括一富鈦BTO層。在一項實施例中，中間層包括具有較靠近鐵電BTO層之比較遠離鐵電BTO層長之一晶格常數之一漸變層。在一項實施例中，中間層之一平面內晶格常數短於中間層之一平面外晶格常數。在一項實施例中，鐵電BTO層中之鐵電偶極(1920)配置成平行於鐵電BTO層之上表面。
下文係例示性實施例：
實例1. 一種光電裝置，其包括：一中間層；及一鐵電光電層，其中該中間層在該鐵電光電層中產生一應變，使得該鐵電光電層之一平面內晶格常數長於該鐵電光電層之一平面外晶格常數。
實例2. 如實例1之光電裝置，其中該鐵電光電層包括一鐵電鈦酸鋇(BTO)層，其具有擁有平行於該鐵電BTO層之一上表面之一c軸及垂直於該鐵電BTO層之該上表面之一a軸之一四方晶體結構。
實例3. 如實例1或2中任一項之光電裝置，其中該中間層包括一富鈦BTO層。
實例4. 如實例1至3中任一項之光電裝置，其中該中間層包括具有較靠近該鐵電BTO層之比較遠離該鐵電BTO層長之一晶格常數之一漸變層。
實例5. 如實例1至4中任一項之光電裝置，其中該中間層之一平面內晶格常數短於該中間層之一平面外晶格常數。
實例6. 如實例1至5中任一項之光電裝置，其中該鐵電BTO層中之鐵電偶極配置成平行於該鐵電BTO層之該上表面。
實例7. 一種製造一光電裝置之方法，其包括：形成一鐵電光電層；及形成與該鐵電光電層介接之一中間層，該中間層在該鐵電光電層中產生一應變，使得該鐵電光電層之一平面內晶格常數長於該鐵電光電層之一平面外晶格常數。
實例8. 如實例7之方法，其中該鐵電光電層包括一鐵電鈦酸鋇(BTO)層。
實例9. 如實例7或8中任一項之方法，其中該鐵電鈦酸鋇(BTO)層包括一四方晶體結構，其具有平行於該鐵電BTO層之一上表面之一c軸及垂直於該鐵電BTO層之該上表面之一a軸。
實例10.   如實例7至9中任一項之方法，其中該中間層包括一富鈦BTO層。
實例11.   如實例7至10中任一項之方法，其中該中間層包括具有較靠近該鐵電BTO層之比較遠離該鐵電BTO層長之一晶格常數之一漸變層。
實例12.   如實例7至11中任一項之方法，其中該中間層之一平面內晶格常數短於該中間層之一平面外晶格常數。
實例13.   如實例7至12中任一項之方法，其中該鐵電BTO層中之鐵電偶極配置成平行於該鐵電BTO層之該上表面。
實例14.   如實例7至13中任一項之方法，其中形成該鐵電光電層包括磊晶地生長該鐵電光電層。
實例15.   如實例7至14中任一項之方法，其中形成該中間層包括磊晶地生長該中間層。
實例16.   如實例7至15中任一項之方法，其中形成該中間層包括使用氣相沈積來沈積該中間層。
實例17.   如實例7至16中任一項之方法，其中該中間層包括具有一第一晶格常數之一第一層及具有一第二晶格常數之一第二層。
實例18.   如實例7至17中任一項之方法，其中該第一層包括具有一第一晶格常數之一第一材料且該第二層包括不同於該第一材料之一第二材料且該第二材料展現長於該第一晶格常數之一第二晶格常數。
實例19.   如實例7至18中任一項之方法，其中該中間層與該鐵電光電層介接，使得具有一較長晶格常數之該第二材料較靠近該鐵電光電層。
實例20.   如實例7至19中任一項之方法，其中一下鐵電光電層形成於一基板上，且該中間層形成於該下鐵電光電層上，且該鐵電光電層係一上鐵電光電層且其中該上鐵電光電層形成於該中間層上，使得具有該第一晶格常數之中間層之該第一層較靠近該下鐵電光電層且該中間層之該第二層較靠近該上鐵電光電層。
本文中之各項所描述實施例之描述中所使用之術語僅出於描述特定實施例之目的且不意欲為限制性的。如在各項所描述實施例及隨附發明申請專利範圍之描述中使用，單數形式「一(a)」、「一個(an)」及「該」亦意欲包含複數形式，除非上下文另有明確指示。亦將瞭解，如本文中所使用之術語「及/或」指代且涵蓋相關聯所列品項之一或多者之任何及全部可能組合。進一步將瞭解，術語「包含(includes)」、「包含(including)」、「包括(comprises)」及/或「包括(comprising)」在用於本說明書中時指定存在所陳述特徵、整數、步驟、操作、元件及/或組件，但不排除存在或添加一或多個其他特徵、整數、步驟、操作、元件、組件及/或其等之群組。
如本文中所使用，取決於上下文，術語「若」視情況解釋為意謂「當…時」或「在…之後」或「回應於判定」或「回應於偵測」或「根據...之一判定」。
出於說明之目的，已參考特定實施例描述前述描述。然而，上文闡釋性論述不意欲為詳盡的或將發明申請專利範圍之範疇限於所揭示之精確形式。鑑於上文教示，許多修改及變動係可行的。選取實施例以最佳地說明作為發明申請專利範圍及其等之實際應用之基礎之原理，以藉此使熟習此項技術者能夠最佳地使用具有如適合所審慎考慮特定用途之各種修改的實施例。
亦應瞭解，本文中所描述之實例及實施例僅出於闡釋性目的，且鑑於其之各種修改或改變將被建議給熟習此項技術者，且將包含於本申請案之精神及範圍以及隨附發明申請專利範圍之範疇內。
100:開關 105:第一50/50光束分離器 107:50/50光束分離器 110:波導 112:波導 120:馬赫-詹德干涉儀 122:相位調整區段 130:波導 132:波導 210:第一包覆層 212:第二包覆層 220:板片層 230:第一引線 232:第二引線 240:第一電極 242:第二電極 243:間隙區 251:脊部分 260:第二厚度 262:第一厚度 310:第一包覆層 312:第一包覆層 320:板片層 330:第一電接觸件/第一引線 332:第二引線 340:第一電極 342:第二電極 343:間隙區 351:脊部分 360:第二厚度 362:第一厚度 410:第一包覆層 412:第一包覆層 420:板片層/第一材料 430:第一引線 432:第二引線 440:第一電極 442:第二電極 451:脊部分 460:第二厚度 462:第一厚度 510:第一包覆層 512:第二包覆層 520:板片層/光電層 530:第一引線 532:第二引線 540:第一電極 542:第二電極 551:脊部分 554:第一帶狀波導部分 556:第二帶狀波導部分 562:第一厚度 610:第一包覆層 612:第二包覆層 630:第一引線 632:第二引線 640:第一電極 642:第二電極 651:板片層 710:第一包覆層 712:第二包覆層 730:第一引線 732:第二引線 740:第一電極 742:第二電極 754:板片層/波導結構 810:第一包覆層 812:第二包覆層 830:第一引線 832:引線 840:第一電極 842:第二電極 844:脊部分 846:脊部分 851:板片層/波導結構 860:厚度 862:厚度 920:板片層 930:第一引線 932:第二引線 940:第一電極 942:第二電極 951:波導結構 1001:混合運算系統 1003:使用者介面裝置 1005:混合量子運算子系統 1007:經典運算系統 1009:量子運算晶片 1011:電子組件 1013:低溫恆溫器 1015:混合電子晶片 1017:整合式光子晶片 1019:光學互連件 1021:電子互連件 1150:大箭頭 1202:基板層 1204:晶種層 1206:光電層 1208:第一包覆層 1210:經平坦化第一包覆層 1212:晶圓 1214:第一電極 1216:第二電極 1218:第二包覆層 1220:第一引線 1222:第二引線 1224:脊形波導結構 1302:基板層 1304:晶種層 1306:光電層 1308:電極層 1310:第一電極 1312:第二電極 1314:第一包覆層 1316:晶圓 1318:脊形波導 1320:第一板片層 1322:第二板片層 1324:第二包覆層 1326:第一厚度 1328:第二厚度 1330:第一引線 1332:第二引線 1402:基板層 1404:晶種層 1406:光電層 1408:第一包覆層 1410:晶圓 1412:脊形波導 1414:第一板片層 1416:第二板片層 1418:第一厚度 1420:第二厚度 1422:第一電極 1424:第二電極 1426:第二包覆層 1428:第一引線 1430:第二引線 1500:第一晶圓 1501:第二晶圓 1502:光電層 1504:電極層/晶種層 1506:第一基板層/第一包覆層 1508:第二帶狀波導結構 1510:第二包覆層 1512:第二基板層 1514:第一電極 1516:第二電極 1518:第一包覆層 1520:第一帶狀波導結構 1522:第一引線 1524:第二引線 1602:第一絕緣基板層 1604:晶種層 1606:光電層 1608:電極層 1610:第二絕緣基板層 1900:光電裝置 1902:基板/單晶半導體層/氧化物層 1904:基板 1906:晶種層 1908:選用第一光電層 1910:中間層 1910a:第一部分 1910b:第二部分 1912:第二光電層/鈦酸鋇(BTO)層 1914:包覆層 1916:波導核心結構 1920:鐵電偶極 2000:光電裝置 2100:光電裝置 2118:鈦酸鍶(STO)罩蓋層 V 0:電壓
為了更好地理解各項所描述實施例，應結合以下圖式參考下文[實施方式]，其中貫穿圖，相同元件符號指代對應部分。
圖1係繪示根據一些實施例之一光學開關之一簡化示意圖；
圖2係繪示根據一些實施例之併有與波導脊相對放置之高κ電極之一波導結構之一橫截面之一簡化示意圖；
圖3係繪示根據一些實施例之併有與具有穿透引線之波導脊相對放置之高κ電極之一波導結構之一橫截面之一簡化示意圖；
圖4係繪示根據一些實施例之併有放置於與波導脊相同之側上之高κ電極之一波導結構之一橫截面之一簡化示意圖；
圖5係繪示根據一些實施例之併有高κ電極且展現一夾層結構之一波導結構之一橫截面之一簡化示意圖；
圖6係繪示根據一些實施例之併有高κ材料之一垂直波導結構之一橫截面之一簡化示意圖；
圖7係繪示根據一些實施例之具有與波導結構成直線之電極之一波導結構之一橫截面之一簡化示意圖；
圖8係繪示根據一些實施例之具有展現脊狀輪廓之電極之一波導結構之一橫截面之一簡化示意圖；
圖9係展示根據一些實施例之一波導結構之一俯視圖之一簡化示意圖；
圖10係根據一些實施例之與一混合量子運算裝置介接之一使用者之一圖解；
圖11係繪示根據一些實施例之展示一感應電場之方向之一波導結構之一橫截面之一簡化示意圖；
圖12A至圖12G係繪示根據一些實施例之用於建構具有定位成與電極相對之一脊形波導之光電裝置之一製造方法之示意圖；
圖13A至圖13E係繪示根據一些實施例之用於建構具有定位於與電極相對之側上之一脊形波導之光電裝置之一製造方法之示意圖，其中引線穿透波導；
圖14A至圖14E係繪示根據一些實施例之用於建構具有定位於與電極相同之側上之一脊形波導之光電裝置之一製造方法之示意圖；
圖15A至圖15E係繪示根據一些實施例之用於建構展現一夾層架構之一光子裝置之一製造方法之示意圖；及
圖16係根據一些實施例之包括堆疊層之一預製晶圓之一示意圖。
圖17係BTO之有效普克爾係數相對於溫度之一標繪圖。
圖18A係立方相中之BTO之晶體單元胞之一圖解。
圖18B係四方相中之BTO之晶體單元胞之一圖解。
圖18C係BTO對溫度之一第一對稱相之一示意性圖解。
圖18D係BTO對溫度之一進一步對稱相之一示意性圖解。
圖18E係BTO對溫度之一進一步對稱相之一示意性圖解。
圖18F係BTO對溫度之一進一步對稱相之一示意性圖解。
圖19A係根據各項實施例之具有可用於在一光電材料中產生一預定應變之一中間層之一光電裝置之一垂直橫截面視圖。
圖19B係根據一實施例之圖19A之中間層之一組成梯度之一示意性圖解。
圖19C係根據一實施例之圖19A之中間層之組成梯度之一圖形圖解。
圖20A係根據各項實施例之具有可用於在一光電材料中產生一預定應變之一中間層之一進一步光電裝置之一垂直橫截面視圖。
圖20B係根據一實施例之圖20A之中間層之一組合物分佈之一示意性圖解。
圖20C係根據一實施例之圖20A之中間層之組合物分佈之一圖形圖解。
圖21係根據各項實施例之具有可用於在一光電材料中產生一預定應變之一中間層之另一光電裝置之一垂直橫截面視圖。
圖22係根據各項實施例之沿著一光電裝置之層之晶格常數相對於距離之一示意性標繪圖。
雖然本文中所描述之特徵可容易以各種修改及替代形式呈現，但其之特定實施例在圖式中藉由實例展示且在本文中詳細描述。然而，應瞭解，圖式及其詳細描述不意欲限於所揭示之特定形式，恰相反，意欲涵蓋落於如由隨附發明申請專利範圍定義之標的物之精神及範疇內之全部修改、等效物及替代物。
1900:光電裝置
1902:基板/單晶半導體層/氧化物層
1904:基板
1906:晶種層
1908:選用第一光電層
1910:中間層
1912:第二光電層/鈦酸鋇(BTO)層
1914:包覆層
1916:波導核心結構
1920:鐵電偶極

Claims (20)

  1. 一種光電裝置，其包括： 一中間層；及 一鐵電光電層， 其中該中間層在該鐵電光電層中產生一應變，使得該鐵電光電層之一平面內晶格常數長於該鐵電光電層之一平面外晶格常數。
  2. 如請求項1之光電裝置，其中該鐵電光電層包括一鐵電鈦酸鋇(BTO)層，其具有擁有平行於該鐵電BTO層之一上表面之一c軸及垂直於該鐵電BTO層之該上表面之一a軸之一四方晶體結構。
  3. 如請求項2之光電裝置，其中該中間層包括一富鈦BTO層。
  4. 如請求項2之光電裝置，其中該中間層包括具有較靠近該鐵電BTO層之比較遠離該鐵電BTO層長之一晶格常數之一漸變層。
  5. 如請求項2之光電裝置，其中該中間層之一平面內晶格常數短於該中間層之一平面外晶格常數。
  6. 如請求項2之光電裝置，其中該鐵電BTO層中之鐵電偶極配置成平行於該鐵電BTO層之該上表面。
  7. 一種製造一光電裝置之方法，其包括： 形成一鐵電光電層；及 形成與該鐵電光電層介接之一中間層，該中間層在該鐵電光電層中產生一應變，使得該鐵電光電層之一平面內晶格常數長於該鐵電光電層之一平面外晶格常數。
  8. 如請求項7之方法，其中該鐵電光電層包括一鐵電鈦酸鋇(BTO)層。
  9. 如請求項8之方法，其中該鐵電鈦酸鋇(BTO)層包括一四方晶體結構，其具有平行於該鐵電BTO層之一上表面之一c軸及垂直於該鐵電BTO層之該上表面之一a軸。
  10. 如請求項8之方法，其中該中間層包括一富鈦BTO層。
  11. 如請求項8之方法，其中該中間層包括具有較靠近該鐵電BTO層之比較遠離該鐵電BTO層長之一晶格常數之一漸變層。
  12. 如請求項8之方法，其中該中間層之一平面內晶格常數短於該中間層之一平面外晶格常數。
  13. 如請求項9之方法，其中該鐵電BTO層中之鐵電偶極配置成平行於該鐵電BTO層之該上表面。
  14. 如請求項7之方法，其中形成該鐵電光電層包括磊晶地生長該鐵電光電層。
  15. 如請求項7之方法，其中形成該中間層包括磊晶地生長該中間層。
  16. 如請求項7之方法，其中形成該中間層包括使用氣相沈積來沈積該中間層。
  17. 如請求項7之方法，其中該中間層包括具有一第一晶格常數之一第一層及具有一第二晶格常數之一第二層。
  18. 如請求項17之方法，其中該第一層包括具有一第一晶格常數之一第一材料且該第二層包括不同於該第一材料之一第二材料且該第二材料展現長於該第一晶格常數之一第二晶格常數。
  19. 如請求項18之方法，其中該中間層與該鐵電光電層介接，使得具有一較長晶格常數之該第二材料較靠近該鐵電光電層。
  20. 如請求項19之方法，其中一下鐵電光電層形成於一基板上，且該中間層形成於該下鐵電光電層上，且該鐵電光電層係一上鐵電光電層且其中該上鐵電光電層形成於該中間層上，使得具有該第一晶格常數之中間層之該第一層較靠近該下鐵電光電層且該中間層之該第二層較靠近該上鐵電光電層。
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