TW202405490A - 光子積體電路、光電子系統及方法 - Google Patents

光子積體電路、光電子系統及方法 Download PDF

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伊琳娜 庫爾科娃
托馬索 隆吉
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荷蘭商亦菲特光子有限公司
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Abstract

本發明關於一種PIC，其包含具有改良設計之一InP式極化旋轉器(2)的，由於該InP式極化旋轉器的關鍵尺寸變化的減小以及在該PIC的該InP式極化旋轉器製造期間之重疊錯誤的減小的至少一者，其能夠實現該PIC的改良性能和改增進產率中的至少一者。 本發明更關於一種包含該PIC的一光電子系統。 本發明亦關於一種製造該PIC的方法，該PIC包含具有改良設計的該InP式極化旋轉器。

Description

光子積體電路、光電子系統及方法
本發明係關於一光子積體電路(PIC)，其可被使用來，例如，但不僅是用於電信應用、光達(LIDAR)或感測器應用。本發明更關於包含所述PIC的一種光電子系統。本發明更關於一種製造所述PIC的方法。
由於整合在單一個晶片上的光學及/或電子功能之數量不斷增加，該晶片較佳地有盡可能小的佔用面積(footprint)，可應用於例如但不僅是光電信應用、LIDAR或感測器應用之領域之PIC變得越來越複雜。
越來越複雜之PIC的一個範例為可用於同調接收(coherent reception)之PIC。眾所周知的，同調傳輸涉及對兩個光學載體上的資訊藉由調變他們的震幅與相位而編碼。兩種極化，即橫磁(transverse magnetic, TM)和橫電(transverse electric, TE)，通常係使用來避免該等光學載體與彼此干涉，由於他們沿著一相同光學通路傳播，該光學通路可由例如一光纖或積體光學波導所形成。為了恢復編碼資訊，將在一接收光學訊號中的TM與TE模式的分離為必要的。
用於PIC(尤其是光通信應用)之最通用的技術平台，特別是針對光電信應用，係使用包含InP式半導體材料的晶圓。InP式技術能夠將主動組件，例如光產生及/或光吸收光學裝置，和被動組件，例如光導及/或光切換光學裝置兩者，單體(monolithic)整合在一單一晶片上的一PIC中。
眾所周知的是，由於量子井受限的本質，大多數InP式PIC都針對處理TE模式進行了最佳化。因此，在例如同調接收的情況下，通常的做法是將TM和TE模式分離，且接著將TM模式旋轉或轉換為TE模式。極化分離器係通常用於分離TM和TE模式，且極化旋轉器通常用於隨後將TM模式旋轉或轉換為TE模式。
高度複雜之PIC，特別是包含InP式的極化分離器和InP式的極化旋轉器中的至少一者的已知缺點是，由於前述組件之製造複雜性和靈敏度高、且CMOS級製程控制(process control)的事實，要達到合適的晶片產量是非常具有挑戰性的。因此，需要提供一種包含一InP式的極化旋轉器之PIC，其由於InP式的極化旋轉器的改良的設計，使得能夠實現PIC的改良的性能和改良的產量中至少一者。此外，需要提供一種包含此種PIC的光電子系統。還需要提供一種根據本發明之製造一PIC的方法。
本發明的一個目的是提供包含一InP式極化旋轉器的一種PIC，其具有一改良的設計，其可以例如但不僅是用於電信應用、LIDAR或感測器應用，預先或至少減小與本領域習知的包含一InP式極化旋轉器的一種PIC相關的上述及/或其他缺點其中至少一者。
本發明的另一個目的是提供一種光電子系統，其可以例如但不僅是用於包含根據本發明之一PIC的電信應用、LIDAR或感測器應用。
本發明的另一個目的是提供一種製造根據本發明之PIC的方法。
本發明的各種態樣在所附加獨立請求項和附屬請求項中提出。附屬請求項主張的特徵可以適當地與獨立請求項的特徵組合，而不僅僅是如請求項中所明確提出的那樣。此外，所有特徵都可以用其他技術上等效的特徵來取代。
以上目的中的至少一者係藉由請求項1所定義的一PIC來達成。該PIC之InP式極化旋轉器係基於以下概念，該極化旋轉器之細長(長形) InP式光波導的該第一波導區，當從橫向於該細長InP式光波導和支撐基體兩者的一方向上觀察時，具有不對稱的橫剖面。此種波導區通常被稱為肋形波導區。由於如請求項1所定義之寬度輪廓WP1至WP6的布置和組態，在該細長InP式光波導之一第一波導區中的第一InP式包覆層(cladding layer)和第二InP式包覆層之間的空間的不對稱性，使得該第一波導區之第一部分能夠包含具有一混合長度Lh的一混合區域，其中，較低階TM模式，例如基本TM模式(TM0)，以及較高階TE模式，例如TE1，其各自的有效折射率為相似或盡可能相似。作為一結果，在較低階TM模式跨過第一波導區朝第三波導區傳播時，可以在混合區達成較低階TM模式，例如TM0，被轉換進入較高階TE模式，例如TE1。
應當注意的是，取決於InP式極化旋轉器的具體配置，例如從較低階TE模式(TE0)成為一轉換後較高階TM模式，例如TM1，漸變轉換(adiabatic transition)可以在根據本發明之PIC之InP式極化旋轉器的細長InP式光波導的第一波導區的第一部分中的混合區域中達成。鑑於上述的觀察結果，大多數InP式PIC由於量子井的受限本質而針對處理TE模式進行了最佳化，但數值得注意的是，雖然一較低階TE模式轉換或旋轉為較高階TM模式也落入本發明的範圍內，為了簡單起見，關於PIC的InP式極化旋轉器的討論將僅關於較低階TM模式到較高階TE模式的旋轉或轉換，例如，TM0進入TE1。
如請求項1所定義，根據本發明之PIC包含具有一支撐基體的InP式極化旋轉器，並且該InP式極化旋轉器包括細長InP式光波導，該光波導包含： 一第一InP式包覆層，其為該支撐基體的至少一部分，或者為一磊晶(epitaxial)InP式層，其係布置成至少部分地覆蓋該支撐基體； 一InP式核心層，其係布置為覆蓋該第一InP式包覆層；以及 一第二InP式包覆層，其係被布置為至少部分地覆蓋該InP式核心層。
該細長InP式光波導係被組配為且布置為具有： 一第一波導區，其包含： 一第一部分，其具有一第一端部與一第二端部，其中： 當從橫向於該細長InP式光波導且平行於該支撐基體的一方向上觀察時，至少該第一InP式包覆層和布置為與該第一InP式包覆層接觸之該InP式核心層的第一部具有一第一寬度輪廓WP1，該第一寬度輪廓WP1具有恆定的一第一數值W1； 當從橫向於該細長InP式光波導且平行於該支撐基體的一方向上觀察時，該第二InP式包覆層或該第二InP式包覆層與被布置為與該InP式核心層的該第一部和該第二InP式包覆層兩者接觸的該InP式核心層的一第二部具有一第二寬度輪廓WP2，該第二寬度輪廓WP2具有： 位於該第一部分的該第一端部處的一第二數值W2，該第二數值W2係小於該第一寬度輪廓WP1的該第一數值W1； 以及 位於該第一部分的該第二端部處的一第三數值W3，該第三數值W3係大於該第二數值W2並且小於該第一寬度輪廓WP1的該第一數值W1。
該第一寬度輪廓WP1和該第二寬度輪廓WP2係被配置和布置成對該第一部分提供一混合區域，當從與該細長InP式光波導平行的一方向上觀察時，其中該細長InP式光波導沿著一混合長度Lh具有有效折射率數值。所述有效折射率數值使得能夠在該混合區域中將一較低階TM模式轉換成一較高階TE模式，模式轉換損耗至多為-10dB。
應當注意的是該混合長度Lh的控制是重要的，因為若該混合長度Lh太短，較低階TM模式將不會有時間完整的轉換進入一經轉換較高階TE模式。相反地，若該混合長度Lh太長，在該混合區域的終點前該經轉換較高階TE模式可開始轉換回較低階TM模式。
在該混合區域中的一些點，該細長InP式光波導的該有效折射率具有使得模式轉換耗損具有最小的一數值。在此被稱為在該混合區域中的交叉點，在該較低階TM模式至經轉換較高階TE模式的轉換中存在一最大數值。理想地，交叉點位於該混合區域的正中心，亦即該混合長度Lh的中間(midway)。
在根據發明之PIC的一第一示範範例中，其中該第二寬度輪廓WP2的該第二寬度W2可具有一數值2.75µm，該第二寬度輪廓WP2的該第三寬度W3可具有一數值2.85µm，且該第一寬度輪廓WP1的該第一寬度W1可具有一至少8µm的數值，該混合區域沿著該第一波導區的一偏移量與該混合長度Lh的一變化量可主要地取決於在該第二InP式包覆層的第二寬度輪廓WP2的變化，或該第二InP式包覆層和布置為與該InP式核心層的該第一部以及該第二InP式包覆層兩者接觸的該InP式核心層的該第二部的第二寬度輪廓WP2的變化，而不是取決於該第二寬度輪廓WP2以及至少該第一InP式包覆層與該InP式核心層的該第一部的該第一寬度輪廓WP1兩者中的變化，該InP式核心層的該第一部係布置為與該第一InP式包覆層接觸。
應當注意的是，該第二寬度輪廓WP2從該第二寬度W2至該第三寬度W3的角度上增量，最多接近代表在該混合區域中延著該混合長度Lh之該有效折射率的改變率。若在以上提及根據發明之PIC的第一示範實施例中，其中該第二寬度W2具有2.75µm的數值，且該第三寬度W3具2.85µm的數值，使用第一數值為 0.00477 度、精度為 ±0.00095 度的角度，可達到最多-10dB的模式轉換耗損。
該細長InP式光波導的該第一波導區域的該第二部分的至少該第一InP式包覆層和與該第一InP式包覆層接觸的該InP式核心層的該第一部的該第三寬度輪廓WP3，以及該第二InP式包覆層或該第二InP式包覆層和與該第二InP式包覆層接觸的該InP式核心層的第二部的該第四寬度輪廓WP4，係組配為可使得一TM0(TE1)模式轉換為約10% TE(TM)分數的準TM0(TE1)模式。這同樣適用於該細長InP式光波導的該第一波導區域的第三部分的至少該第一InP式包覆層和與該第一InP式包覆層接觸之該InP式核心層的該第一部的該第五寬度輪廓WP5，以及該第二InP式包覆層或該第二InP式包覆層和與該第二InP式包覆層接觸之該InP式核心層的第二部的該第六寬度輪廓WP6。該第一波導區域具有足以支撐低耗損模式的轉換的一總長度。該第一波導區域的該第一部分具有一長度，其係大於該第一波導區域的該第二部分與該第三部分的個別長度各者。
應當注意的是該第二寬度輪廓WP2、第三寬度輪廓WP3、第四寬度輪廓WP4、第五寬度輪廓WP5以及第六寬度輪廓WP6任一者可組配為具有任何合適的形狀。當平行於支撐基體的一平面所觀察時，前述任何一寬度輪廓可例如具有線性、漸變(adiabatically)或單調(monotonically)的漸縮形狀。
該細長InP式光波導的該第二波導區域與該第三波導區域具有對稱剖面，當從橫向於該細長InP式光波導與該支撐基體兩者的方向所觀察時。此等波導區域通常被稱為脊形波導區域。與肋形波導區域相比，脊形波導區域的優點在於，脊形波導區域具有較少的傳播損耗、支援較小的彎曲半徑(bend radii)並且在模式形狀方面更穩定。因此，該細長InP式光波導的該第二波導區域和第三波導區域被組配為脊形波導區域是有利的。該第二波導區域和該第三波導區域可以具有任何合適的寬度輪廓，只要他們當從橫向於該細長InP式光波導和支撐基體兩者的方向上觀察時各自的橫剖面是對稱的。
基於以上，可以理解的是由請求項1所定義之該PIC的實施例之InP式極化旋轉器具有一改良設計，由於至少減小了PIC的InP式極化旋轉器的關鍵尺寸的變化，而實現了PIC的改良效能和改良生產率中的至少一者。
在根據本發明之PIC之一實施例中， 該第一波導區域的該第二部分中的該第三寬度輪廓WP3具有在該第二部分的該第三端部處的該第四數值W4與在該第二部分的該第四端部處的該第五數值W5之間的一線性漸縮尺寸或漸變漸縮形狀；以及 該第一波導區域的該第三部分中的該第五寬度輪廓WP5具有在該第三部分的該第五端部處的第八數值W8與在該第三部分的該第六端部處的該第九數值W9之間的一線性漸縮尺寸或漸變漸縮形狀。
在該第三寬度輪廓WP3與該第五寬度輪廓WP5至少一者具有一線性漸縮形狀的狀況下，該線性漸縮尺寸可例如為分段(piecewise)線性漸縮形狀。在以下的情況下，該第三寬度輪廓WP3具有在該第四數值W4與該第五數值W5之間嚴格地增加一線性漸縮形狀，且該第五寬度輪廓WP5具有在該第八數值W8與該第九數值W9之間嚴格地增加一線性漸縮形狀，在該第一波導區域相繼之該第二部分、第一部分與第三部分中，該第三寬度輪廓WP3、該第一寬度輪廓WP1以及該第五寬度輪廓WP5係組配為可提供一傾斜(skewed)六角形狀給至少該第一InP式包覆層和與該第一InP式包覆層接觸之該InP式核心層的該第一部。
將該第三寬度輪廓WP3與該第五寬度輪廓WP5組配為具有漸變漸縮形狀而非線性漸縮形狀的一個優點為，該PIC的佔用面積可以減小同時支援光學輻射的低耗損傳遞。
在根據發明的該PIC的一實施例中， 該第一波導區域的該第一部分中的該第二寬度輪廓WP2具有在該第一部分之該第一端部處之該第二數值W2與在該第一部分之該第二端部處之該第三數值W3之間的一線性地漸縮形狀或一絕緣漸縮形狀； 該第一波導區域的該第二部分中的該第四寬度輪廓WP4具有在該第二部分之該第三端部處之該第六數值W6與在該第二部分之該第四端部處之該第七數值W7之間的一線性地漸縮形狀或一絕緣漸縮形狀；以及 在該第一波導區域的該第三部分中的該第六寬度輪廓WP6具有在該第三部分之該第五端部處之該第十數值W10與在該第三部分之該第六端部處之該第十一數值W11之間的一線性地漸縮形狀或一絕緣漸縮形狀。
在該第二寬度輪廓WP2、該第四寬度輪廓WP4以及該第六寬度輪廓WP6的至少一者具有一線性地漸縮形狀情況下，該線性漸縮形狀可例如為分段線性漸縮形狀或在該細長InP式光波導之該第一波導區域的個別部分之個別端部的個別數值之間嚴格地增加的一線性漸縮形狀。
將該第二寬度輪廓WP2、該第四寬度輪廓WP4以及該第六寬度輪廓WP6組配為具有絕緣漸縮形狀而非線性漸縮形狀的一個優點為該PIC的佔用面積可減小，同時支援光輻射的低耗損傳導。
在根據發明之PIC的一實施例中， 該第一波導區域的該第一部分中的該第二寬度輪廓WP2具有在該第一部分之該第一端部處之該第二數值W2與在該第一部分之該第二端部處之該第三數值W3之間的一線性漸縮形狀或一絕緣漸縮形狀； 該第一波導區域的該第二部分中的該第三寬度輪廓WP3具有在該第二部分之該第三端部處之該第四數值W4與在該第二部分之該第四端部處之該第五數值W5之間的一線性漸縮形狀或一絕緣漸縮形狀； 該第一波導區域的該第二部分中的該第四寬度輪廓WP4具有在該第二部分之該第三端部處之該第六數值W6與在該第二部分之該第四端部處之該第七數值W7之間的一線性漸縮形狀或一絕緣漸縮形狀； 該第一波導區域的該第三部分中的該第五寬度輪廓WP5具有在該第三部分之該第五端部處之該第八數值W8與在該第三部分之該第六端部處之該第九數值W9之間的一線性漸縮形狀或一絕緣漸縮形狀； 在該第一波導區域的該第三部分中的該第六寬度輪廓WP6具有在該第三部分之該第五端部處之該第十數值W10與在該第三部分之該第六端部處之該第十一數值W11之間的一線性漸縮形狀或一絕緣漸縮形狀。
在該至少一第二寬度輪廓WP2、該第三寬度輪廓WP3、該第四寬度輪廓WP4、該第五寬度輪廓WP5與該第六寬度輪廓WP6至少一者具有一線性漸縮形狀的狀況下，該線性漸縮形狀為分段(piecewise)線性漸縮形狀或對於該第二寬度輪廓WP2、該第三寬度輪廓WP3、該第四寬度輪廓WP4、與該第六寬度輪廓WP6，在該細長InP式光波導之該第一波導區域的個別部分之個別端部的個別數值之間嚴格地增加的一線性漸縮形狀，且對於該第五寬度輪廓WP5，為在該細長InP式光波導之該第一波導區域的該第三部分之該第五端部處的該第八數值W8與該第三部分的該第六端部處之該第九數值W9之間嚴格地增加。
將該第二寬度輪廓WP2、該第三寬度輪廓WP3、該第四寬度輪廓WP4、該第五寬度輪廓WP5與該第六寬度輪廓WP6組配為具有漸變漸縮形狀而非線性漸縮形狀的一個優點為，該PIC的佔用面積可以減小同時支援光學輻射的低耗損傳遞。 在根據發明的該PIC的一實施例中， 在該第一波導區域的該第二部分中的該第四寬度輪廓WP4具有一第一部，當從平行於該支撐基體之一平面觀看時，其具有一週長，其至少為六角形狀且其具有一第一側，該第一側係布置於該第二部分的該第三端部處，且等同在該第二部分之該第三端部處的該第六數值W6；且 在該第一波導區域的該第三部分中的該第六寬度輪廓WP6具有一第二部，從平行於該支撐基體之一平面觀看時，其具有一週長，其至少為六角形狀且其具有一第二側，該第二側係布置於該第三部分的該第六端部處，且其等同在該第三部分之該第六端部處的該第十一數值W11。
在製造以上定義實施例之該PIC時，該第二InP式包覆層或該第二InP式包覆層和與該第二InP式包覆層接觸之該InP式核心層的該第二部，當從平行於該支撐基體的該方向觀看時，係使用一第一淺乾蝕刻而連續地提供該第二波導區域的該第八寬度輪廓WP8、該第一波導區域的該第四寬度輪廓WP4、該第二寬度輪廓WP2與該第六寬度輪廓WP6，以及該細長InP式的光波導之該第三波導區域的該第十寬度輪廓WP10。該第一淺乾蝕刻例如可使用反應離子蝕刻來進行。
在該第一波導區域之該第二部分的該第三端部處的該第四寬度輪廓WP4的所述第一部的六角形狀，以及在該第一波導區域之該第三部分的該第六端部處的該第六寬度輪廓WP6的所述第二部的六角形狀，在該第一波導區域之個別的第二部分與該第三部分中，該第二InP式包覆層或該第二InP式包覆層和與該第二InP式包覆層接觸之該InP式核心層之該第二部的未受保護犧牲部分在暴露於一第二深乾蝕刻後產生。在該第二深乾蝕刻期間被移除之該未受保護犧牲部分，能容納因為在光刻程序(lithographic process)期間未對齊造成之任何橫向於該細長InP式光波導且平行於該支撐基體的該方向上的錯誤，在光刻程序中，在該第二深乾蝕刻期間使用一遮罩層(masking layer)係提供有一圖案，該圖案包含當從平行於該支撐基體的一方向上觀察時，連續地為該細長InP式光波導之該第二波導區域的該第七寬度輪廓WP7、該細長InP式光波導之該第一波導區域的該第三寬度輪廓WP3、該第一寬度輪廓WP1與該第五寬度輪廓WP5，以及該細長InP式光波導之該第三波導區域的該第九寬度輪廓WP9。該第二深乾蝕刻可例如使用感應耦合電漿蝕刻來進行。
藉由容納該重疊錯誤，可以至少減小並且理想地防止該細長InP式光波導的第二波導區域和該第三波導區域的非最佳波導橫切面。作為一結果，至少可以減小並且理想地防止該第二波導區域和該第三波導區域中的不可預測的模式輪廓，該模式分佈可能對PIC的成品率具有負面影響。
在根據發明之該PIC的一實施例中，當從平行於該細長InP式光波導的方向上觀察時， 該第一波導區域的該第一部分具有一第一長度L1，其係大於該混合長度Lh，該第一長度L1係在從450µm至750µm的一第一範圍內或從1450µm至1750µm的一第二範圍內； 該第一波導區域的該第二部分具有一第二長度L2，其係在從20µm至100µm的一第三範圍內；且 該第一波導區域的該第三部分具有一第三長度L3，其係在從20µm至100µm的該第三範圍內。
應當注意的是若該第一長度L1具有從該第一範圍選出的一第一數值，可達成從一較低階TM模式至一較高階TE模式的一第一階轉換。例如，若該第二寬度輪廓WP2的該第二寬度W2具有2.75µm的一數值，該第二寬度輪廓WP2的該第三寬度W3具有2.85µm的一數值且該第二寬度輪廓WP2的角度增量為具有精確度±0.00095度之0.00477度的一第一數值，那麼具有600µm之一數值的一第一長度L1可以達成TM0 到 TE1 的一直接第一階轉換。
若該第一長度L1具有從該第二範圍選出的一第二數值，可達成從一較低階TM模式至一較高階TE模式的一第二階轉換，亦即較低階TM模式首先轉換至較高階TE模式，接著回到較低階TM模式，然後最終至該較高階TE模式。例如，若該第二寬度輪廓WP2的該第二寬度W2具有2.75µm的一數值，該第二寬度輪廓WP2的該第三寬度W3具有2.85µm的一數值，且該第二寬度輪廓WP2的角度增量為具有精確度±0.00019度之0.00179度的一第一數值，那麼具有1600µm之一數值的一第一長度L1可以達成TM0 到 TE1 的一第二階轉換，亦即TM0首先轉換至TE1接著回到TM0，且最後至TE1。
應當注意的是雖然原則上可以達成對於該第一長度L1的數值超過1750µm從一較低階TM模式至一較高階TE模式的更較高階轉換，該第一長度L1的此等數值將不會僅造成導致超過 -10dB的模式轉換損耗，而且還會導致PIC的佔用面積變得不必要的大。
若該第二長度L2及/或該第三長度L3具有小於20µm的數值，將會出現顯著的光學耗損。若該第二長度L2及/或該第三長度L3具有大於100µm的數值，該PIC的佔用面積變得不必要的大。藉由從該第一範圍或從該第二範圍中選擇出第一長度L1的數值，以及從該第三範圍中選擇出第二長度L2與第三長度L3的數值，該細長InP式光波導的該第一波導區域可組配為支援低耗損模式轉換，亦即具有最多-10dB的一模式轉換耗損。
在根據發明之該PIC的一實施例中， 該第二波導區域之至少該第一InP式包覆層和布置為與該第一InP式包覆層接觸的該InP式核心層的該第一部具有一第七寬度輪廓WP7，當從橫向於該細長InP式光波導且平行於該支撐基體的一方向上觀察時，該第七寬度輪廓WP7具有一第十二數值W12，其係等於該第一波導區域的該第二部分的該第三端部處之該第三寬度輪廓WP3的該第四數值W4； 該第二波導區域的該第二InP式包覆層、或該第二波導區域的該第二InP式包覆層和該InP式核心層的該第二部具有一第八寬度輪廓WP8，該InP式核心層的該第二部布置為與該第二InP式包覆層及該InP式核心層的該第一部兩者接觸，當從橫向於該細長InP式光波導且平行於該支撐基體的該方向上觀察時，該第八寬度輪廓WP8具有一第十三數值W13，其係等於該第一波導區域的該第二部分的該第三端部處之該第四寬度輪廓WP4的該第六數值W6； 該第三波導區域的至少該第一InP式包覆層與該InP式核心層的該第一部具有一第九寬度輪廓WP9，當從橫向於該細長InP式光波導且平行於該支撐基體的方向上觀察時，該第九寬度輪廓WP9具有一第十四數值W14，其係等於該第一波導區域的該第三部分的該第六端部處之該第五寬度輪廓WP5的該第九數值W9；以及 該第三波導區域的該第二InP式包覆層、或該第三波導區域的該第二InP式包覆層和該InP式核心層的所述第二部具有一第十寬度輪廓WP10，當從橫向於該細長InP式光波導且平行於該支撐基體的該方向上觀察時，該第十寬度輪廓WP10具有一第十五數值W15，其係等於該第一波導區域的該第三部分的該第六端部處之該第六寬度輪廓WP6的該第十一數值W11。
如上所提及者，有利的是，根據本發明之該PIC的該第二波導區域和第三波導區域是脊形波導區域，亦即，當從橫向於該細長InP式光波導和該支撐基體兩者的方向上觀察時，具有對稱的橫剖面。作為一結果，當從橫向於該細長InP式光波導且平行於支撐基體的方向上觀察時，該第二波導區域的該第七寬度輪廓WP7和該第八寬度輪廓WP8具有相同的形狀。這同樣適用於該第三波導區域的該第九寬度輪廓WP9和該第十寬度輪廓WP10。原則上，該PIC之上述實施例的該第二波導區域和該第三波導區域可被組配為具有任何合適的形狀。典型地，該第二波導區域的該第七寬度輪廓WP7的第十二數值W12和該第八寬度輪廓WP8的第十三數值W13在最終製造出之PIC中是恆定的(constant)。關於圖7C和7H，提供了關於在製造該PIC期間該第二波導區域之該第七寬度輪廓WP7和該第八寬度輪廓WP8以及該第三波導區域之該第九寬度輪廓WP9和該第十寬度輪廓WP10的可能形狀的範例，以在最終製造之PIC中，達成該第二波導區域的該第七寬度輪廓WP7的該第十二數值W12和第八寬度輪廓WP8的該第十三數值W13之一第一常數值，以及該第三波導區域的該第九寬度輪廓WP9的該第十四數值W14和該第十寬度輪廓WP10的該第十五數值W15之一第二常數值。基於上述者，該第一常數值和該第二常數值通常是不同的。
在根據發明的該PIC的一實施例中，該InP式核心層包含InGaAsP材料。
在根據本發明之該PIC的一實施例中，該PIC是一混合PIC。一混合PIC使得本發明的優點能夠應用在III-V光子學領域以及矽光子學領域。混合PIC可包含包含有III-V族半導體材料的光子組件，例如，InP式半導體材料，以及包含IV族半導體材料的光子組件，例如，矽基半導體材料，在一單一晶片上。根據本發明之一混合PIC的優點可以是在例如故障或失靈的情況下可以更換該光子組件。
在根據本發明之該PIC的一實施例中，該PIC是InP式的單片(monolithic)PIC。InP式單片PIC的一優點為，主動組件，諸如光產生及/或光吸收光學裝置，和被動組件，諸如光導及/或光切換光學裝置，兩者可以整合在一單一晶片的的同一半導體基體上。因此，相較於一混合PIC的組裝，InP式單片PIC的製造可以較不麻煩，且因而較不昂貴，混合PIC需要用於將主動和被動光電裝置的混合互連的組裝步驟，其中每個光電裝置通常製造在不同的基體上。此外，一InP式單片PIC可以允許該PIC具有比一混合PIC的總佔用面積更小的總佔用面積。
根據本發明的另一態樣，提供了一種包括根據本發明之PIC的光電子系統。該光電子系統可例如但不僅是用於電信應用、LIDAR或感測器應用。該光電子系統可以是接收器、收發器、同調接收器和同調收發器其中一者。由於InP式極化旋轉器的改良設計可以提高根據本發明之該PIC的性能和成品率中的至少一者，因此也可以提高包含有該PIC的該光電子系統的性能和成品率中的至少一者。
根據本發明的又一態樣，提供了一種製造根據請求項15所定義的本發明之PIC的方法。藉由進行根據本發明的該方法，直接獲得之該PIC可以具有上述優點中的至少一者。
圖1顯示根據本發明之包含一InP式極化旋轉器2之PIC1的第一範例性、非限制實施例的示意俯視圖。該InP式極化旋轉器2具有支撐基體3和細長InP式光波導4，該光波導4被配置和布置為具有一第一波導區域8、第二波導區域23和第三波導區域26。該支撐基體3的示意橫剖面顯示在圖2、3和7A之中。在該PIC 1是一混合PIC的情況下，該支撐基體3可以包含任何合適的材料。在該PIC 1是單片(monolithic)InP式PIC的情況下，支撐基體包含InP基材料。
圖2和圖3分別顯示該InP式極化旋轉器2的該細長InP式光波導4在第三波導區域26和第一波導區域8的位置處的示意橫剖面。從圖2所顯示的剖面可以清楚地看出，當從橫向於該細長InP式光波導4和支撐基體3兩者的方向觀察時，該第三波導區域26具有對稱的剖面。如以上所提及者，此等波導區域通常被稱為脊形波導區域。從圖3所示的橫剖面可以清楚地看出，當從橫向於該細長InP式光波導4和支撐基體3兩者的方向上觀察時，該第一波導區域8具有不對稱的橫剖面。如以上所提及，此等波導區域通常被稱為肋形波導區域。
圖2和圖3顯示該細長InP式光波導4包括一第一InP式包覆層5、一InP式核心層6和一第二InP式包覆層7。該InP式核心層6可包含InGaAsP材料，其折射率高於該第一InP式包覆層5和該第二InP式包覆層7兩者的折射率。典型地，該第一InP式包覆層5和該第二InP式包覆層7的折射率相同。
根據圖1中所示之PIC1的第一範例性非限制實施例，在圖2和圖3中的該細長InP式光波導的示意橫剖面所示的該第一InP式包覆層5，為一磊晶(epitaxial)InP式層，其係被布置為部分地覆蓋該支撐基體3。數值得注意的是，根據該PIC的另一範例性非限制實施例(未顯示)，該第一InP式包覆層可以是該支撐基體3的至少一部份。該InP式核心層6具有一第一部6a，其係布置為與該第一InP式包覆層5接觸並且布置為完全覆蓋該第一InP式包覆層5。該InP式核心層6亦具有一第二部6b，其係布置為與該InP式核心層6的所述第一部6a和該第二InP式包覆層7兩者接觸。該InP式核心層6的所述第二部6b係布置為完全地覆蓋在被配置為一脊形波導區域的該第三波導區域26的位置處的該InP式核心層6的所述第一部6a，且部分地覆蓋在被配置為一肋形波導區域的該第一波導區域8的位置處之該InP式核心層6的所述第一部6a。該第二InP式包覆層7係被布置為完全覆蓋該InP式核心層6的所述第二部6b。
圖1顯示該細長InP式光波導4的該第一波導區域8包含具有一第一長度L1的第一部分9、具有一第二長度L2的一第二部分13和具有一第三長度L3的一第三部分16。如以上所提及者，該第一長度L1大於混合長度Lh，並且可以具有選自於450µm至750µm的該第一範圍，或1450µm至1750µm的該第二範圍的數值。例如，若該第二寬度輪廓WP2的該第二寬度W2具有2.75µm的數值，則該第二寬度輪廓WP2的該第三寬度W3具有2.85µm的數值，並且該第二寬度輪廓WP2的角度增加具有精度為±0.00095度之0.00477度的第一數值，則該第一長度L1具有600µm的數值，可以達成TM0到TE1的一直接一階轉換。
若該第一長度L1具有從第二範圍中選擇出的一第二數值，則可以達成一較低階TM模式到較高階TE模式的一二階轉換，亦即該較低階TM模式首先轉換到該較高階TE模式，然後回到該較低階TM模式，最後轉換到該較高階TE模式。例如，若該第二寬度輪廓WP2的該第二寬度W2具有2.75µm的數值，該第二寬度輪廓WP2的該第三寬度W3具有2.85µm的數值，並且該第二寬度輪廓WP2的角度增量具有精度為±0.00019度之0.00179度的一第二數值，則該第一長度L1具有1600µm的數值，可以達成TM0到TE1的一二階轉換，亦即，TM0首先轉換為TE1，然後再轉換回TM0，最後轉換為TE1。
應當注意的是，雖然原則上對於超過1750µm的第一長度L1的數值可以實現從較低階TM模式到較高階TE模式的更較高階轉換，但是第一長度L1的這樣的數值不僅會導致超過-10dB的模式轉換損耗，而且還會導致PIC1的佔用面積變得不必要的大。
若該第二長度L2及/或該第三長度L3具有小於20µm的數值，則可能發生顯著的光學損耗。 若該第二長度L2及/或該第三長度L3具有大於100µm的數值，則該PIC 1可能具有不必要大的佔用面積。藉由從該第一範圍選擇出第一長度L1的數值或從該第二範圍，以及從第三範圍選擇出該第二長度L2和該第三長度L3的數值，該細長InP式光波導4的該第一波導區域9可以被配置為支援低損耗模式轉換，亦即具有至多-10dB的模式轉換損耗。
該第一部分9具有一第一端部10和一第二端部11。該第一InP式包覆層5和被布置成與該第一InP式包覆層5接觸的該InP式核心層6的該第一部6a具有一第一寬度輪廓WP1，當從橫向於該細長InP式光波導4且平行於支撐基體3的方向上觀察時，該第一寬度輪廓WP1具有一第一數值W1，其為恆定。根據該PIC的另一實施例(未顯示)，該支撐基體3的一部分也可以具有該第一寬度輪廓WP1。
當從橫向於該細長InP式光波導4並且平行於支撐基體3的方向上觀察時，該第二InP式包覆層7和布置為與該InP式核心層6的該第一部6a和該第二InP式包覆層7兩者接觸的該InP式核心層6的該第二部6b具有一第二寬度輪廓WP2。該第二寬度輪廓WP2具有從該第一部分9的第一端部10處的第二數值W2嚴格地增加到該第一部分9的該第二端部11處的第三數值W3的一線性漸縮形狀。該第二數值W2係小於第一寬度輪廓WP1的該第一數值W1，並且第三數值W3係大於該第二數值W2且小於該第一數值W1。應當注意的是，根據該PIC的又一實施例(未顯示)，僅該第二InP式包覆層7可以具有該第二寬度輪廓WP2。在這種情況下，該InP式核心層6的所述第二部6b具有該第一寬度輪廓WP1，其具有第一恆定數值W1。
該第一波導區域8的該第二部分13具有一第三端部14和一第四端部15，其係被布置為與該第一部分9的該第一端部10光學連接。當從橫向於該細長InP式光波導4並且平行於支撐基體3的方向上觀察時，該第一InP式包覆層5和該第二部分13中的該InP式核心層6的所述第一部6a具有一第三寬度輪廓W3。該第三寬度輪廓WP3具有從該第二部分13的該第三端部14處的一第四數值W4嚴格增加到該第二部分13的該第四端部15處的一第五數值W5的一線性漸縮形狀。該第四數值W4係小於該第一部分9中的該第一寬度輪廓WP1的該第一數值W1，並且該第五數值W5係等於該第一部分9中的該第一寬度輪廓WP1的該第一數值W1。根據PIC的另一實施例(未顯示)，該支撐基體3的一部分也可以具有該第三寬度輪廓WP3。
當從橫向於該細長InP式光波導4並且平行於支撐基體3的方向上觀察時，該第二部分13中的該第二InP式包覆層7和該InP式核心層6的所述第二部6b具有一第四寬度輪廓WP4。該第四寬度輪廓WP4具有從該第二部分13的該第三端部14處的一第六數值W6嚴格增加到在該第二部分13的該第四端部15處的一第七數值W7的一線性漸縮形狀。該第六數值W6係等於該第三寬度輪廓WP3的該第四數值W4，並且該第七數值W7係等於在該第一部分9中之該第二寬度輪廓WP2的該第二數值W2。應當注意的是，根據該PIC的又一個實施例(未顯示)，僅該第二InP式包覆層7可以具有該第四寬度輪廓WP4。在此種情況下，該InP式核心層6的所述第二部6b也具有該第三寬度輪廓WP3。
該第一波導區域8的該第三部分16具有一第五端部17和一第六端部18，該第五端部17係被布置為與該第一波導區域8的該第一部分9的該第二端部11光學連接。當從橫向於該細長InP式光波導4且平行於該支撐基體3的方向上觀察時，該第一InP式包覆層5和該第三部分16中的該InP式核心層6的所述第一部6a具有一第五寬度輪廓WP5。該第五寬度輪廓WP5具有從該第三部分16的該第五端部17處的一第八數值W8嚴格地減小到該第三部分16的該第六端部18處的一第九數值W9的一線性漸縮形狀。該第八數值W8係等於該第一波導區域8的該第一部分9中之該第一寬度輪廓WP1的該第一恆定數值W1，且該第九數值W9係小於該第八數值W8，且大於在該第一波導區域8的該第二部分13中的該第三寬度輪廓WP3的該第四數值W4。根據該PIC的另一實施例(未顯示)，該支撐基體3的一部分也可以具有該第五寬度輪廓WP5。
當從橫向於該細長InP式光波導4並且平行於該支撐基體3的方向觀察時，該第三部分16中的該第二InP式包覆層7和該InP式核心層6的所述第二部6b具有一第六寬度輪廓WP6。該第六寬度輪廓WP6具有從該第三部分16的該第五端部17處的一第十數值W10嚴格增加到該第三部分16的該第六端部18處的一第十一數值W11的一線性漸縮形狀。該第十數值W10係等於該第一部分9中的該第二寬度輪廓WP2的該第三數值W3，並且該第十一數值W11係等於該第五寬度輪廓WP5的該第九數值W9。應當注意的是，根據該PIC的又一實施例(未顯示)，僅該第二InP式包覆層7可以具有該第六寬度輪廓WP6。在此種情況下，該InP式核心層6的所述第二部6b也具有該第五寬度輪廓WP5。
圖1顯示了，當從平行於該支撐基體3的一平面中觀察時，在該第一波導區域8的該第二部分13、該第一部分9和該第三部分16中依序的該第三寬度輪廓WP3、該第一寬度輪廓WP1和該第五寬度輪廓WP5提供歪斜(skewed)的六邊形給該第一InP式包覆層5和該InP式核心層6的所述部6a。
應當注意的是，根據該PIC的又一實施例(未顯示)，該等寬度輪廓WP1至WP6中的任何一者可以具有漸變漸縮形狀而不是線性漸縮形狀。在此等情況下，可以減小該PIC的佔用面積，同時支援光輻射的低損耗傳播。
如以上所提及者，該細長InP式光波導4的該第一波導區域8中的該第一InP式包覆層5和該第二InP式包覆層7之間的空間不對稱性使得該第一波導區域8的該第一部分9能夠包含具有一混合長度Lh的一混合區域12，其中，該較低階TM模式，例如，基礎TM模式(TM0)與該較高階TE個模式，例如TE1，個別的有效折射率為類似的或盡可能類似。作為一結果，在該較低階TM模式傳播過該第一波導區域8朝該第三波導區域26後，該較低階TM模式，例如，TM0被轉換進入較高階TE模式，例如 TE1，可以在該混合區域12中達成。應當注意的是，該混合長度Lh係小於該第一波導區域8的該第一部分9的該第一長度L1。
更進一步地，如以上所描述，該第一寬度輪廓WP1和該第二寬度輪廓WP2係被組配和布置為提供該細長InP式光波導4的該第一波導區域8的該第一部分9一混合區域12，其中該細長InP式光波導4沿著該混合長度Lh具有有效折射率數值，如在平行於該細長InP式光波導4的方向上觀察時。所述有效折射率數值使得能夠在該混合區域12中將較低階TM模式轉換為較高階TE模式，且模式轉換損耗至多為-10 dB。
如上所描述，該混合長度Lh的控制很重要，因為若該混合長度Lh太短，則該較低階TM模式將沒有時間完全地轉換成一經轉換較高階TE模式。相反地，若該混合長度Lh太長，則經轉換較高階TE模式可以在該混合區域12結束之前開始轉換回該較低階TM模式。另外，在該混合區域12中的某些點，該細長InP式光波導4的有效折射率具有允許模式轉換損耗具有最小數值的一數值。 在該混合區域12中的這個被稱為交叉點之處，該較低階TM模式到經轉換較高階TE模式的轉換存在一最大數值。 理想地，該交叉點位於混合區域12的中心，亦即混合長度Lh的中間(midway)。
若圖1所示之該PIC1的第二寬度輪廓WP2的該第二寬度W2具有例如2.75µm的數值，則該第二寬度輪廓WP2的該第三寬度W3具有例如2.85µm的數值，且該第一寬度輪廓WP1的該第一寬度W1具有例如至少8µm的數值，該混合區域12沿著該第一波導區域8之該第一部分9的偏移和該混合長度Lh的變化可以主要取決於該第二InP式包覆層7的第二寬度輪廓WP2的變化，或被布置為與該第二InP式包覆層7和該InP式核心層6的該第一部6a二者接觸的該InP式核心層6的第二部6b與該第二InP式包覆層7的第二寬度輪廓WP2的變化，而不是取決於該第二輪廓WP2以及該第一InP式包覆層5和被布置為與該第一InP式包覆層5接觸的該InP式核心層6的該第一部6a的該第一寬度輪廓WP1兩者中的變化。
應注意的是，例如圖1所示，該第二寬度輪廓WP2從該第二寬度W2到該第三寬度W3的角度增加最接近地代表該混合區域12中的有效折射率沿著該混合長度Lh的變化率。若一角度為精度±0.00095度之具有數值為0.00477度係使用於具有2.75µm數值的該第二寬度W2和具有數值為2.85µm的第三寬度W3，則可以達成最多-10dB的模式轉換損耗。
圖1顯示該細長InP式光波導4的該第二波導區域23包含一第七端部24和一第八端部25，其係被布置為與該第一波導區域8的該第二部分13的該第三端部14光學連接。該第二波導區域23具有一第一橫剖面，其係當從橫向於該第三波導區域26在與該細長InP式光波導4和支撐基體3兩者的方向上觀察時是對稱的，如圖2所示。該第一橫剖面允許該第二波導區域23支援TM0、TE0、TM1和TE1模式中的至少一者。
該第二波導區域23的該第一InP式包覆層5和該InP式核心層6的所述第一部6a具有一第七寬度輪廓WP7，當從橫向於該細長InP式光波導4並且平行於該支撐基體3的方向上觀察時。該第七寬度輪廓WP7具有一第十二數值W12，其係恆定的並且等於在該第一波導區域8的該第二部分13的該第三端部14處之該第三寬度輪廓WP3的該第四數值W4。根據該PIC的另一實施例(未顯示)，該支撐基體3的一部分也可以具有該第七寬度輪廓WP7。
該第二波導區域23的該第二InP式包覆層7和該InP式核心層6的所述第二部6b具有一第八寬度輪廓WP8，當從橫向於該細長InP式光波導4並且平行於該支撐基體3的方向上觀察時。該第八寬度輪廓WP8具有一第十三數值W13，其為恆定且等於在該第一波導區域8的第二部分13的第三端部14處之第四寬度輪廓WP4的第六數值W6。應當注意的是，根據該PIC的又一實施例(未顯示)，僅該第二InP式包覆層7可以具有該第八寬度輪廓WP8。在此種情況下，該InP式核心層6的所述第二部6b也具有該第七寬度輪廓WP7。
圖1顯示該細長InP式光波導4的該第三波導區域26包含一第九端部27和一第十端部28，該第九端部27被布置為與該第一波導區域8的該第三部分16的該第六端部18光學連接。該第三波導區域26具有一第二橫剖面，當從橫向於該細長InP式光波導4和支撐基體3兩者的方向上觀察時，該第二橫剖面是對稱的。這顯示在圖2且已經在以上討論過。該第二橫剖面允許該第三波導區域26支援TM0、TE0、TM1和TE1模式中的至少一者。
當從橫向於該細長InP式光波導4並且平行於支撐基體3的方向上觀察時，該第三波導區域26的該第一InP式包覆層5和該InP式核心層6的所述第一部6a具有一第九寬度輪廓WP9。該第九寬度輪廓WP9具有一第十四數值W14，其係恆定的並且等於在該第一波導區域8的第三部分16的第六端部18處之該第五寬度輪廓WP5的該第九數值W9。根據該PIC的另一實施例(未顯示)，該支撐基體3的一部分也可以具有該第九寬度輪廓WP9。
當從橫向於該細長InP式光波導4並且平行於支撐基體3的方向上觀察時，該第三波導區域26的該第二InP式包覆層7和該InP式核心層6的所述第二部6b具有一第十寬度輪廓WP10。該第十寬度輪廓WP10具有一第十五數值W15，其為恆定且等於在該第一波導區域8的該第三部分16的該第六端部18處之該第六寬度輪廓WP6的該第十一數值W11。應當注意的是，根據該PIC的又一個實施例(未顯示)，僅該第二InP式包覆層7可以具有該第十寬度輪廓WP10。 在這種情況下，該InP式核心層6的所述第二部6b也具有該第九寬度輪廓WP9。
圖4顯示根據本發明之該PIC 1的第二範例性非限制實施例的一示意俯視圖。在圖1和圖4中分別顯示之該等InP式極化旋轉器2之間的差異在於，在圖4中顯示的該InP式極化旋轉器2的該細長InP式光波導4的該第一波導區域8的該第二部分13中的該第四寬度輪廓WP4具有一第一部19，如在平行於該支撐基體3的一平面中觀察時，該第一部19具有六邊形的一周邊，並且具有一第一側20，其係布置為在該第一波導區域8的該第二部分13的該第三端部14處。該第一側20係等於該第二部分13的該第三端部14處的所述第六數值W6。圖4亦顯示該細長InP式光波導4的該第一波導區域8的該第三部分16中的該第六寬度輪廓WP6具有一第二部21，從平行於支撐基體3的平面中觀察時，該第二部21具有六邊形的一周邊，並且具有一第二側22，其係布置在該第一波導區域8的該第三部分16的該第六端部18處。該第二側22係等於該第三部分16的該第六端部18處的所述第十一數值W11。
應當注意的是，分別與該第一側20和該第二側22相對的虛線僅被包括來突出該第一部19和該第二部21的六邊形周邊。應當理解的是，取決於該第三寬度輪廓WP3和該第四寬度輪廓WP4的實際形狀，該第一部19的周邊可以具有至少為六邊形的任何形狀。這同樣適用於該第二部21的周邊的形狀，其取決於該第五寬度輪廓WP5和該第六寬度輪廓WP6的實際形狀。此將參考圖7C和7H進一步闡明。
圖5顯示包含根據本發明之該PIC1的一光電子系統100的一第一範例性非限制實施例的一示意俯視圖。該光電子系統100可以例如但不排他地使用於電信應用、LIDAR或感測器應用。該光電子系統100可以例如是接收器、收發器、同調接收器和同調收發器其中之一。
圖6顯示根據本發明的方法200的一第一範例性非限制實施例的一流程圖。方法200的該第一範例性非限制實施例的步驟201至208在圖7A-7K中藉由顯示包含一InP式極化旋轉器2之一PIC1的製造來闡明，InP式極化旋轉器2為根據圖4中所示之該PIC1的第二範例性非限制實施例。
該方法200包含一第一步驟201，為該PIC1的該InP式極化旋轉器2的該細長InP式光波導4提供：該支撐基體3、該第一InP式包覆層5、包含所述第一部6a和所述第二部6b的該InP式核心層6、以及該第二InP式包覆層7。圖7A顯示前述層堆疊(layer stack)的示意橫剖面。
該方法200包含一第二步驟202，提供一第一遮罩層29以覆蓋該第二InP式包覆層7或布置來覆蓋該第二InP式包覆層7的至少一個保護層30。圖7B顯示圖7A所示的層堆疊的示意橫剖面，布置來覆蓋該第二InP式包覆層7的一保護層30，以及布置來覆蓋該保護層30的該第一遮罩層29。
方法200包含一第三步驟203，對第一遮罩層29施加一第一光刻程序，以對該第一遮罩層29提供一第一圖案31，當平行於該支撐基體3的方向上觀察時，該第一圖案31接續地包含該第二波導區域23的該第八寬度輪廓WP8、該第一波導區域8的該第四寬度輪廓WP4、該第二寬度輪廓WP2和該第六寬度輪廓WP6，以及該InP式極化旋轉器2的該細長InP式光波導4的該第三波導區域26的該第十寬度輪廓WP10。該第一光刻程序造成該保護層30被該第一遮罩層29覆蓋的區域係根據該第一圖案31成形，以及該保護層30的未覆蓋區域。
圖7C顯示根據該第一圖案31成形的該第一遮罩層29的示意俯視圖。圖7C顯示該第八寬度輪廓WP8具有一線性漸縮形狀，其係當從朝向該第一波導區域8的該第二部分13的方向上觀察時嚴格地減小。該第四寬度輪廓WP4具有一分段線性漸縮形狀，其中一第一線性漸縮部50當在朝向該第二波導區域23的方向上觀察時嚴格地增大，且一第二線性漸縮部51係當在朝向該第一波導區域8的第一部分9的方向上觀察時嚴格地增大。該第二寬度輪廓WP2具有在朝向該第一波導區域8的該第三部分16的方向上觀察時嚴格增大的一線性漸縮形狀。該第六寬度輪廓WP6也具有一分段線性漸縮形狀，其中一第一線性漸縮部60在朝向該第一波導區域8的該第一部分9的方向上觀察時嚴格地減小，且一第二線性漸縮部61在朝向該第三波導區域26的方向上觀察時嚴格地增大。該第十寬度輪廓WP10具有在朝向該第一波導區域8的該第三部分16的方向上觀察時嚴格地減小的一線性漸縮形狀。應當注意的是，該第四寬度輪廓WP4的該第一線性漸縮部50、該第八寬度輪廓WP8、該第六寬度輪廓WP6的該第二線性漸縮部60以及該第十寬度輪廓WP10個別尺寸為了清楚起見，已被極大地誇大。在根據本發明之一PIC一經製造(fabricated)極化旋轉器中，他們各自的實際尺寸預計不會損害PIC的效能。
圖7D顯示一示意橫剖面，為該支撐基體3、該第一InP式包覆層5、包含所述第一部6a和所述第二部6b的該InP式核心層6、該第二InP式包覆層7、該保護層30、以及該第一遮罩層29，其係根據該第一圖案31在該InP式極化旋轉器2的該細長InP式光波導4的該第一波導區域8的該第一部分9的位置處成形。
該方法200包括含一第四步驟204，對該第一遮罩層29和該保護層30的未覆蓋區域施加第一乾蝕刻，以將該第一圖案31轉移到該保護層30、該第二InP式包覆層7和該InP式核心層6的所述第二部6b。該第一乾蝕刻造成經蝕刻的第一遮罩層29和相對於該保護層30的未蝕刻區域33處以第一蝕刻深度d1對InP基材料蝕刻的第一蝕刻範圍32。習於此技藝者將可理解，第一乾蝕刻通常被稱為淺蝕刻。該第一淺乾蝕刻例如可使用反應離子蝕刻來進行。
圖7E顯示一示意橫剖面，為該InP式極化旋轉器2的該細長InP式光波導4的該第一波導區域8的該第一部分9的位置處的該支撐基體3、該第一InP式包覆層5、該InP式核心層6的該第一部6a、該InP式核心層6的部分蝕刻的第二部6b、部分蝕刻的該第二InP式包覆層7、部分蝕刻的該保護層30和經蝕刻的該第一遮罩層29。圖7E亦顯示相對於該保護層30的未蝕刻區域33以第一蝕刻深度d1對InP基材料蝕刻的該第一蝕刻範圍32。此外，圖7E顯示與圖7D所示的未經蝕刻之該第一遮罩層29相比，經蝕刻的該第一遮罩層29具有一減小的厚度。
該方法200包含一第五步驟205，從該保護層30的未蝕刻區域33移除經蝕刻的該第一遮罩層29。圖7F顯示一示意橫剖面，為在該InP式極化旋轉器2的該細長InP式光波導4的該第一波導區域8的該第一部分9的位置處之該支撐基體3、該第一InP式包覆層5、該InP式核心層6的第一部6a、部分蝕刻的該InP式核心層6的第二部6b、部分蝕刻的該第二InP式包覆層7，以及部分蝕刻的該保護層30。圖7F亦顯示相對於該保護層30的未蝕刻區域33以第一蝕刻深度d1對InP基材料蝕刻的該第一蝕刻範圍32，從該保護層30的未蝕刻區域33移除經蝕刻的該第一遮罩層29。
應當注意的是，取決於該遮罩層的材料特性，可以使用任何合適的移除技術來移除經蝕刻的該第一遮罩層29。習於此技藝者可以理解的是，在一些情況下，可以使用例如濕化學程序、乾化學程序或其任何合適的組合。在一些情況下，甚至可以使用一移除技術，其僅依賴構成該第一遮罩層29之遮罩材料的物理移除。
該方法200包含一第六步驟206，為提供一第二遮罩層34以覆蓋InP基材料的該第一蝕刻範圍32和該保護層30的未蝕刻區域33。圖7G顯示一示意橫剖面，為該InP式極化旋轉器2的該細長InP式光波導4的該第一波導區域8的該第一部分9的位置處之該支撐基體3、該第一InP式包覆層5、該InP式核心層6的該第一部6a、該InP式核心層6之部分蝕刻的第二部6b、部分蝕刻的該第二InP式包覆層7、部分蝕刻的保護層30和該第二遮罩層34，其覆蓋InP基材料的該第一蝕刻範圍32和該保護層30的未蝕刻區域33。
該方法200包含一第七步驟207，對該第二遮罩層34施加一第二光刻程序，以對該第二遮罩層34提供一第二圖案35，當從平行於該第二波導區域23的所述第八寬度輪廓WP8、該第一波導區域8的所述第四寬度輪廓WP4、所述第二寬度輪廓WP2和所述第六寬度輪廓WP6，以及該細長InP式光波導4的該第三波導區域26之所述第十寬度輪廓WP10的方向上觀察時，該第二圖案35包含接續地該第二波導區域23的該第七寬度輪廓WP7、該第一波導區域8的該第三寬度輪廓WP3、該第一寬度輪廓WP1和該第五寬度輪廓WP5、以及該InP式極化旋轉器2的該細長InP式光波導4的該第三波導區域26之該第九寬度輪廓WP9。關於使用來例示說明根據本發明的方法200之PIC1的第二範例性非限制實施例，該第二光刻程序一方面造成該保護層30的未蝕刻區域33的部分以及InP基材料的第一蝕刻範圍32的部分36被根據該第二圖案35成形的第二遮罩層34覆蓋，另一方面造成InP基材料的第一蝕刻範圍32的未覆蓋部37和該保護層30的未蝕刻區域33的未覆蓋部38。
圖7H顯示根據該第二圖案35成形的該第二遮罩層34的一示意俯視圖。圖7H顯示該第七寬度輪廓WP7具有等於該第十二數值W12的一恆定寬度。該第三寬度輪廓WP3具有一線性漸縮形狀，在朝向第一波導區域8的第一部分9的方向上觀察時，該形狀嚴格地增大。該第一寬度輪廓WP1具有等於該第一數值W1的一恆定寬度。該第五寬度輪廓WP5具有一線性漸縮形狀，在朝向第三波導區域26的方向上觀察時該形狀嚴格地減小。該第九寬度輪廓WP9具有等於該第十四數值W14的一恆定寬度。
圖7I顯示該支撐基體3、該第一InP式包覆層5、該InP式核心層6的該第一部6a、該InP式核心層6部分蝕刻的第二部6b、部分蝕刻的該第二InP式包覆層7、部分蝕刻的該保護層30、以及根據在該InP式極化旋轉器2的該細長InP式光波導4的該第一波導區域8的第一部分9的位置處的該第二圖案35成形的該第二遮罩層34的一示意剖面圖。圖7I亦顯示InP基材料的該第一蝕刻範圍32的部分36，其係被根據第二圖案35成形的第二遮罩層34覆蓋，以及InP基材料的該第一蝕刻範圍32的該未覆蓋部37。
該方法200包括一第八步驟208，對該第二遮罩層34、InP基材料的該第一蝕刻範圍32的未覆蓋部37以及該保護層30的該未蝕刻區域33的該未覆蓋部38施加第二乾蝕刻。關於用於說明根據本發明的方法200之該PIC1的第二範例性非限制實施例，第二乾蝕刻造成將該第二圖案35轉移到該第一InP式包覆層5和該InP式核心層6的所述第一部6a，從而獲得經蝕刻的一第二遮罩層34和以相對於該保護層30的該未蝕刻區域33處以一第二蝕刻深度d2對InP基材料蝕刻的一第二蝕刻範圍40。該第二蝕刻深度d2係大於第一蝕刻深度d1。
圖7J顯示根據該PIC1的第二範例性非限制實施例的該InP式極化旋轉器2之經蝕刻的該細長InP式光波導4的一示意俯視圖。經蝕刻的該細長InP式光波導4仍然覆蓋有經蝕刻第二遮罩層34。在將圖7H所示的該保護層30的該未蝕刻區域33的未受保護犧牲部38暴露於第二乾蝕刻之後，得到該第四寬度輪廓WP4的該第一部19和該第六寬度輪廓WP6的該第二部21的六邊形。在該第二乾蝕刻期間被移除的該未受保護的犧牲部38能夠容納當從橫向於該細長InP式光波導4並且平行於支撐基體3的方向上的任何重疊錯誤，該重疊錯誤是由在該遮罩層34被提供該第二圖案35的光刻程序期間的未對準引起的。習於此技藝者將可理解，第二乾蝕刻通常被稱為一深蝕刻。該第二深蝕刻可以例如使用感應耦合電漿蝕刻來進行。藉由容納上述重疊錯誤，可以至少減小並且理想地防止該細長InP式光波導4的該第二波導區域23和第三波導區域26的非最佳波導橫剖面。作為一結果，可以至少減小並且理想地防止該第二波導區域23和該第三波導區域26中的不可預測的模式輪廓，其可能對PIC 1的成品率具有負面影響。
圖7K顯示一示意剖面圖，其為根據該第二圖案35蝕刻的該支撐基體3、該第一InP式包覆層5和該InP式核心層6的該第一部6a，根據該第一圖案31蝕刻的該InP式核心層6的該第二部6b、該第二InP式包覆層7和該保護層30，以及在該InP式極化旋轉器2的該細長InP式光波導4的該第一波導區域8的該第一部分9的位置處根據第二圖案35被蝕刻的該第二遮罩層34。圖7K亦顯示，由於該第二深乾蝕刻，該第二遮罩層34與圖7I所示的該第二遮罩層34相比具有減小的厚度。圖7K亦顯示以相對於該保護層30的該未蝕刻區域33處為以該第二蝕刻深度d2對InP基材料蝕刻的該第二蝕刻範圍40。該第二蝕刻深度d2大於布置有InP基材料的該第一蝕刻範圍36的該第一蝕刻深度d1。應當注意的是，根據該PIC1的另一實施例(未顯示)，該第二深乾蝕刻還可以延伸到該支撐基體3中，亦即超出該第一InP式包覆層5。
此外，應當注意的是，取決於遮罩層的材料特性，可以使用任何合適的移除技術來移除經蝕刻的該第二遮罩層34。習於此技藝者將理解，在一些情況下，可以使用例如濕化學程序、乾化學程序或其任何合適的組合。在一些情況下，甚至可以使用僅依賴於構成該第二遮罩層34之遮罩材料的物理移除的移除技術。移除經蝕刻的該第二遮罩層34可以有利於減小例如由於在經蝕刻的該第二遮罩層34中吸濕而導致的可靠性問題。
本發明可以總結為關於一種包含InP式極化旋轉器2之PIC 1，該InP式極化旋轉器2具有改良的設計，由於該InP式極化旋轉器的關鍵尺寸變化的減小和該PIC的該InP式極化旋轉器製造過程中重疊錯誤的減小中的其中至少一者，使得能夠實現PIC的改良的性能和改良的成品率中的至少一者。本發明還關於包含所述PIC的一光電子系統100。本發明還關於製造包含了具有改良設計的該InP式極化旋轉器之該PIC的方法200。
習於此技藝者將清楚，本發明的範圍不限於前面討論的範例，而是可以對其進行一些修改和調整，而不脫離由所附請求項界定之本發明的範圍。特別是，本發明的各個態樣的具體特徵可以進行組合。通過增加關於本發明的另一態樣描述的特徵，可以進一步有利地增強本發明的態樣。雖然已在附加圖式和說明書中詳細顯示和描述了本發明，但是此等顯示和描述應當被認為僅是說明性或範例性的，而不是限制性的。
本發明不限於所公開的實施例。 習於此技藝者在實施所請求的發明時，通過研究附加圖式、說明書和附加請求項，可以理解和實現所公開的實施例的變化。在請求項中，用字「包含」不排除其他步驟或元件，且不定冠詞「一」或「一個」不排除多個。在相互不同的附屬請求項中提及的某些量度(measurement)這一事實並不表示這些量度的組合不能被有利地使用。 請求項中的任何圖式標號不應被解釋為限制本發明的範圍。
100:光電子系統 200:方法 201-208:步驟 2:InP式極化旋轉器 1:PIC 3:支撐基體 4:細長InP式光波導 5:第一InP式包覆層 6:InP式核心層 6a:第一部 6b:第二部 7:第二InP式包覆層 8:第一波導區域 9:第一部分 10:第一端部 11:第二端部 12:混合區域 13:第二部分 14:第三端部 15:第四端部 16:第三部分 17:第五端部 18:第六端部 19:第一部 20:第一側 21:第二部 22:第二側 23:第二波導區域 24:第七端部 25:第八端部 26:第三波導區域 27:第九端部 28:第十端部 29:第一遮罩層 30:保護層 31:第一圖案 32:第一蝕刻範圍 33:未蝕刻區域 34:第二遮罩層 35:第二圖案 36:部 37:未覆蓋部 38:未覆蓋部/未受保護犧牲部 40:第二蝕刻範圍 50:第一線性漸縮部 51:第二線性漸縮部 60:第一線性漸縮部 61:第二線性漸縮部 201-208:步驟 d1:第一蝕刻深度 d2:第二蝕刻深度 L1:第一長度 L2:第二長度 L3:第三長度 Lh:混合長度 WP1:第一寬度輪廓 WP2:第二寬度輪廓 WP3:第三寬度輪廓 WP4:第四寬度輪廓 WP5:第五寬度輪廓 WP6:第六寬度輪廓 WP7:第七寬度輪廓 WP8:第八寬度輪廓 WP9:第九寬度輪廓 WP10:第十寬度輪廓 W1:第一數值 W2:第二數值 W3:第三數值 W4:第四數值 W5:第五數值 W6:第六數值 W7:第七數值 W8:第八數值 W9:第九數值 W10:第十數值 W11:第十一數值 W12:第十二數值 W13:第十三數值 W14:第十四數值 W15:第十五數值
從根據本發明之該PIC、包含此等PIC的一光電子系統以及根據本發明的一PIC整體性能改良之確定的方法的範例性和非限制實施例的描述，本發明的進一步的特徵和優點將變得顯而易見。
習於此技藝者將理解的是，所描述之該PIC、該方法和該光電子系統的實施例本質上僅是範例性的，且不應被解釋為以任何方式限制保護範圍。習於此技藝者將理解的是，在不脫離本發明的保護範圍的情況下，可以設想並實施出該PIC、該方法和該光電子系統的替代和等效實施例。
將參考附加圖式的圖。該圖本質上是示意的，且因此不一定按比例繪製。此外，相同的參考標號表示相同或相似的部件。
在所附圖式上， 圖1顯示根據本發明之一PIC的第一範例性非限制實施例的示意俯視圖。 圖2顯示圖1中所示之該PIC的該第一範例性非限制實施例的InP式極化旋轉器在細長InP式光波導的第三波導區域之位置處的示意橫剖面； 圖3顯示圖1所示之該PIC的該第一範例性非限制實施例的InP式極化旋轉器在細長InP式光波導的第一波導區域的第一部分之位置處的示意橫剖面； 圖4顯示根據本發明之該PIC的第二範例性非限制實施例的示意俯視圖。 圖5顯示根據本發明的包含一PIC的一光電子系統的第一範例性非限制實施例的示意俯視圖。 圖6顯示根據本發明的方法的第一範例性非限制實施例的流程圖； 以及 圖7A-7K顯示根據本發明之該PIC的第二範例性、非限制實施例的示意橫剖面和俯視圖，例示圖6中所示的方法的第一範例性、非限制實施例的流程圖的步驟。
1:PIC
2:InP式極化旋轉器
4:細長InP式光波導
8:第一波導區域
9:第一部分
10:第一端部
11:第二端部
12:混合區域
13:第二部分
14:第三端部
15:第四端部
16:第三部分
17:第五端部
18:第六端部
23:第二波導區域
24:第七端部
25:第八端部
26:第三波導區域
27:第九端部
28:第十端部
L1:第一長度
L2:第二長度
L3:第三長度
Lh:混合長度
WP1:第一寬度輪廓
WP2:第二寬度輪廓
WP3:第三寬度輪廓
WP4:第四寬度輪廓
WP5:第五寬度輪廓
WP6:第六寬度輪廓
WP7:第七寬度輪廓
WP8:第八寬度輪廓
WP9:第九寬度輪廓
WP10:第十寬度輪廓
W1:第一數值
W2:第二數值
W3:第三數值
W4:第四數值
W5:第五數值
W6:第六數值
W7:第七數值
W8:第八數值
W9:第九數值
W10:第十數值
W11:第十一數值
W12:第十二數值
W13:第十三數值
W14:第十四數值
W15:第十五數值

Claims (15)

  1. 一種光子積體電路(PIC)，包含具有一支撐基體之一InP式極化旋轉器，該InP式極化旋轉器包含一細長InP式光波導，該細長InP式光波導包含： 一第一InP式包覆層，其為該支撐基體的至少一部分，或者為一磊晶InP式層，其係布置成至少部分地覆蓋該支撐基體； 一InP式核心層，其係布置為覆蓋該第一InP式包覆層；以及 一第二InP式包覆層，其係布置為至少部分地覆蓋該InP式核心層； 其中該細長InP式光波導係組配且布置為具有： 一第一波導區域，其包含： 一第一部分，其具有一第一端部和一第二端部，其中： 當從橫向於該細長InP式光波導且平行於該支撐基體的一方向上觀察時，至少該第一InP式包覆層和布置為與該第一InP式包覆層接觸之該InP式核心層的一第一部具有一第一寬度輪廓(WP1)，該第一寬度輪廓(WP1)具有恆定的一第一數值(W1)； 當從橫向於該細長InP式光波導且平行於該支撐基體的方向上觀察時，該第二InP式包覆層、或該第二InP式包覆層和該InP式核心層的一第二部具有一第二寬度輪廓(WP2)，該InP式核心層的該第二部布置為與該InP式核心層的該第一部和該第二InP式包覆層兩者接觸，該第二寬度輪廓(WP2)具有： 在該第一部分的該第一端部處的一第二數值(W2)，該第二數值(W2)小於該第一寬度輪廓(WP1)的該第一數值(W1)； 以及 在該第一部分的該第二端部處的一第三數值(W3)，該第三數值(W3)大於該第二數值(W2)並且小於該第一寬度輪廓(WP1)的該第一數值(W1)； 並且 該第一寬度輪廓(WP1)和該第二寬度輪廓(WP2)係組配且布置成對該第一部分提供一混合區域，當從與該細長InP式光波導平行的一方向上觀察時，在該混合區域中該細長InP式光波導沿著一混合長度(Lh)具有數個有效折射率數值，所述有效折射率數值使得能夠在該混合區域中將一較低階TM模式轉換成一較高階TE模式，而模式轉換損耗至多為-10dB； 一第二部分，其具有一第三端部和一第四端部，該第四端部布置為與所述第一部分的該第一端部光學連接，其中： 當從橫向於細長InP式光波導且平行於該支撐基體的方向上觀察，至少該第一InP式包覆層和該InP式核心層的所述第一部具有一第三寬度輪廓(WP3)，該第三寬度輪廓(W3)具有： 在該第二部分之該第三端部處的一第四數值(W4)，該第四數值(W4)小於該第一部分中的該第一寬度輪廓(WP1)的該第一數值(W1)； 以及 在該第二部分之該第四端部處的一第五數值(W5)，該第五數值(W5)等於該第一部分中的該第一寬度輪廓(WP1)的該第一數值(W1)；並且 當從橫向於該細長InP式光波導且平行於支撐基體的方向上觀察，該第二InP式包覆層、或該第二InP式包覆層和該InP式核心層的所述第二部具有一第四寬度輪廓(WP4)，該第四寬度輪廓(WP4)具有： 在該第二部分之該第三端部處的一第六數值(W6)，該第六數值(W6)等於該第三寬度輪廓(WP3)的第四數值(W4)；以及 在該第二部分之該第四端部處的一第七數值(W7)，該第七數值(W7)等於該第一部分中的該第二寬度輪廓(WP2)的該第二數值(W2)；以及 一第三部分，其具有一第五端部和一第六端部，該第五端部係布置為與所述第一部分的該第二端部光學連接，其中： 當從橫向於該細長InP式光波導且平行於該支撐基體的方向上觀察時，至少該第一InP式包覆層和該InP式核心層的所述第一部具有一第五寬度輪廓(WP5)，該第五寬度輪廓(WP5)具有： 在該第三部分之該第五端部處的一第八數值(W8)，該第八數值(W8)等於該第一部分中的該第一寬度輪廓(WP1)的該第一數值(W1)；以及 在該第三部分之該第六端部處的一第九數值(W9)，該第九數值(W9)小於該第八數值(W8)，並且大於該第二部分中的該第三寬度輪廓(WP3)的該第四數值(W4)；並且 當從橫向於該細長InP式光波導且平行於該支撐基體的方向上觀察時，該第二InP式包覆層、或該第二InP式包覆層和該InP式核心層的所述第二部具有一第六寬度輪廓(WP6)，該第六寬度輪廓(WP6)具有： 在該第三部分之該第五端部處的一第十數值(W10)，該第十數值(W10)等於該第一部分中的該第二寬度輪廓(WP2)的該第三數值(W3)； 以及 在該第三部分之該第六端部的一第十一數值(W11)，該第十一數值(W11)等於該第五寬度輪廓(WP5)的該第九數值(W9)； 一第二波導區域，其包含一第七端部、布置為與該第一波導區域之該第二部分的該第三端部光學連接的一第八端部、以及當從橫向於該細長InP式光波導和該支撐基體兩者的方向上觀察時呈對稱的一第一橫剖面，該第一橫剖面允許該第二波導區域支援TM0、TE0、TM1和TE1模式中的至少一者；以及 一第三波導區域，其包含布置成與該第一波導區域的該第三部分的該第六端部光學連接的一第九端部、一第十端部、以及當從橫向於該細長InP式光波導和該支撐基體兩者的方向上觀察時呈對稱的一第二橫剖面，該第二橫剖面允許該第三波導區域支援TM0、TE0、TM1和TE1模式中的至少一者。
  2. 根據請求項1之PIC，其中： 該第一波導區域的該第二部分中的該第三寬度輪廓(WP3)具有在該第二部分的該第三端部處的該第四數值(W4)與該第二部分的該第四端部處的該第五數值(W5)之間的一線性漸縮形狀或漸變漸縮形狀； 並且 該第一波導區域的該第三部分中的該第五寬度輪廓(WP5)具有在該第三部分的該第五端部處的該第八數值(W8)與該第三部分的該第六端部處的該第九數值(W9)之間的一線性漸縮形狀或漸變漸縮形狀。
  3. 根據請求項1之PIC，其中： 該第一波導區域的該第一部分中的該第二寬度輪廓(WP2)具有在該第一部分的該第一端部處的該第二數值(W2)與該第一部分的該第二端部處的該第三數值(W3)之間的一線性漸縮形狀或漸變漸縮形狀； 該第一波導區域的該第二部分中的該第四寬度輪廓(WP4)具有在該第二部分的該第三端部處的該第六數值(W6)與該第二部分的該第四端部處的所述第七數值(W7)之間的一線性漸縮形狀或漸變漸縮形狀；並且 該第一波導區域的該第三部分中的該第六寬度輪廓(WP6)具有在該第三部分的該第五端部處的該第十數值(W10)與該第三部分的該第六端部處的該第十一數值(W11)之間的一線性漸縮形狀或漸變漸縮形狀。
  4. 根據請求項1之PIC，其中： 該第一波導區域的該第一部分中的該第二寬度輪廓(WP2)具有在該第一部分的該第一端部處的該第二數值(W2)與該第一部分的該第二端部處的該第三數值(W3)之間的一線性漸縮形狀或漸變漸縮形狀； 該第一波導區域的該第二部分中的該第三寬度輪廓(WP3)具有在該第二部分的第三端部處的該第四數值(W4)與該第二部分的該第四端部處的該第五數值(W5)之間的一線性漸縮形狀或漸變漸縮形狀； 該第一波導區域的第二部分中的該第四寬度輪廓(WP4)具有在該第二部分的該第三端部處的該第六數值(W6)與該第二部分的該第四端部處的該第七數值(W7)之間的一線性漸縮形狀或漸變漸縮形狀； 該第一波導區域的該第三部分中的該第五寬度輪廓(WP5)具有在該第三部分的該第五端部處的該第八數值(W8)與該第三部分的該第六端部處的該第九數值(W9)之間的一線性漸縮形狀或漸變漸縮形狀；並且 該第一波導區域的該第三部分中的該第六寬度輪廓(WP6)具有在該第三部分的該第五端部處的該第十數值(W10)與該第三部分的該第六端部處的該第十一數值(W11)之間的一線性漸縮形狀或漸變漸縮形狀。
  5. 根據請求項1之PIC，其中： 該第一波導區域的該第二部分中的該第四寬度輪廓(WP4)具有一第一部，當從平行於該支撐基體的一平面觀察時，該第一部具有至少六邊形且有一第一側的一周邊，所述第一側布置在該第二部分的該第三端部處且等於該第二部分的該第三端部處的所述第六數值(W6)；並且 該第一波導區域的該第三部分中的該第六寬度輪廓(WP6)具有一第二部，當從平行於該支撐基體的平面觀察時，該第二部具有至少六邊形且有一第二側的一周邊，所述第二側布置在該第三部分的該第六端部處且等於該第三部分的該第六端部處的所述第十一數值(W11)。
  6. 根據請求項2之PIC，其中： 該第一波導區域的該第二部分中的該第四寬度輪廓(WP4)具有一第一部，當從平行於該支撐基體的一平面觀察時，該第一部具有至少六邊形且有一第一側的一周邊，所述第一側布置在該第二部分的該第三端部處且等於該第二部分的該第三端部處的所述第六數值(W6)；並且 該第一波導區域的該第三部分中的該第六寬度輪廓(WP6)具有一第二部，當從平行於該支撐基體的平面中觀察時，該第二部具有至少六邊形且有一第二側的一周邊，所述第二側布置在該第三部分的該第六端部處且等於該第三部分的該第六端部處的所述第十一數值(W11)。
  7. 根據請求項3之PIC，其中： 該第一波導區域的該第二部分中的該第四寬度輪廓(WP4)具有一第一部，當從平行於該支撐基體的一平面觀察時，該第一部具有至少六邊形且有一第一側的一周邊，所述第一側布置在該第二部分的該第三端部處且等於該第二部分的該第三端部處的所述第六數值(W6)；並且 該第一波導區域的該第三部分中的該第六寬度輪廓(WP6)具有一第二部，當從平行於該支撐基體的平面觀察時，該第二部具有至少六邊形且有一第二側的一周邊，所述第二側布置在該第三部分的該第六端部處且等於該第三部分的該第六端部處的所述第十一數值(W11)。
  8. 根據請求項4之PIC，其中： 該第一波導區域的該第二部分中的該第四寬度輪廓(WP4)具有一第一部，當從平行於該支撐基體的一平面觀察時，該第一部具有至少六邊形且有一第一側的一周邊，所述第一側布置在該第二部分的該第三端部處且等於該第二部分的該第三端部處的所述第六數值(W6)；並且 該第一波導區域的該第三部分中的該第六寬度輪廓(WP6)具有一第二部，當從平行於該支撐基體的一平面觀察時，該第二部具有至少六邊形且有一第二側的一周邊，所述第二側布置在該第三部分的該第六端部處且等於該第三部分的該第六端部處的所述第十一數值(W11)。
  9. 根據請求項1之PIC，其中，當從平行於該細長InP式光波導的方向觀察時： 該第一波導區域的該第一部分具有一第一長度(L1)，其大於該混合長度(Lh)，該第一長度(L1)在從450µm到750µm的一第一範圍內，或在從1450µm到1750µm的一第二範圍內； 該第一波導區域的該第二部分具有一第二長度(L2)，其在從20µm到100µm的一第三範圍內； 並且 該第一波導區域的該第三部分具有一第三長度(L3)，其在從20µm到100µm的一第三範圍內。
  10. 根據請求項1之PIC，其中： 當從橫向於該細長InP式光波導且平行於該支撐基體的方向上觀察時，該第二波導區域的至少該第一InP式包覆層和該InP式核心層的所述第一部具有一第七寬度輪廓(WP7)，該第七寬度輪廓(WP7)具有一第十二數值(W12)，其等於在該第一波導區域的該第二部分的該第三端部處之該第三寬度輪廓(WP3)的該第四數值(W4)； 當從橫向於該細長InP式光波導且平行於該支撐基體的方向上觀察時，該第二波導區域的該第二InP式包覆層、或該第二波導區域的該第二InP式包覆層和該InP式核心層的所述第二部具有一第八寬度輪廓(WP8)，該第八寬度輪廓(WP8)具有一第十三數值(W13)，其等於該第一波導區域的該第二部分的該第三端部處之該第四寬度輪廓(WP4)的該第六數值(W6)； 當從橫向於該細長InP式光波導且平行於該支撐基體的方向上觀察時，該第三波導區域的至少該第一InP式包覆層和該InP式核心層的所述第一部具有一第九寬度輪廓(WP9)，該第九寬度輪廓(WP9)具有一第十四數值(W14)，其等於該第一波導區域的該第三部分的該第六端部處的該第五寬度輪廓(WP5)的該第九數值(W9)；並且 當從橫向於該細長InP式光波導且平行於該支撐基體的方向上觀察時，該第三波導區域的該第二InP式包覆層、或該第三波導區域的該第二InP式包覆層與該InP式核心層的所述第二部具有一第十寬度輪廓(WP10)，該第十寬度輪廓(WP10)具有一第十五數值(W15)，其等於在該第一波導區域的該第三部分的該第六端部處的該第六寬度輪廓(WP6)的該第十一數值(W11)。
  11. 根據請求項1之PIC，其中該InP式核心層包含InGaAsP材料。
  12. 根據請求項1之PIC，其中該PIC是一混合PIC。
  13. 根據請求項1之PIC，其中該PIC是一InP式單石PIC。
  14. 一種光電子系統，包含根據請求項1之一PIC。
  15. 一種製造PIC的方法，該PIC包含具有一支撐基體的一InP式極化旋轉器，該InP式極化旋轉器包含一細長InP式光波導，該細長InP式光波導包含： 一第一InP式包覆層，其為該支撐基體的至少一部分，或者為布置成至少部分地覆蓋該支撐基體之一磊晶InP式層； 一InP式核心層，其係布置為覆蓋該第一InP式包覆層；以及 一第二InP式包覆層，其係布置為至少部分地覆蓋該InP式核心層； 其中該細長InP式光波導係組配且布置為具有： 一第一波導區，其包含： 一第一部分，其具有一第一端部與一第二端部，其中： 當從橫向於該細長InP式光波導且平行於該支撐基體的一方向上觀察時，至少該第一InP式包覆層和布置為與該第一InP式包覆層接觸之該InP式核心層的一第一部具有一第一寬度輪廓(WP1)，該第一寬度輪廓(WP1)具有恆定的一第一數值(W1)； 當從橫向於該細長InP式光波導且平行於該支撐基體的方向上觀察時，該第二InP式包覆層、或該第二InP式包覆層和該InP式核心層的一第二部具有一第二寬度輪廓(WP2)，該InP式核心層的該第二部布置為與該InP式核心層的該第一部和該第二InP式包覆層兩者接觸，該第二寬度輪廓(WP2)具有： 在該第一部分的該第一端部處的一第二數值(W2)，該第二數值(W2)小於該第一寬度輪廓(WP1)的該第一數值(W1)； 以及 在該第一部分的該第二端部處的一第三數值(W3)，該第三數值(W3)大於該第二數值(W2)且小於該第一寬度輪廓(WP1)的該第一數值(W1)； 和 該第一寬度輪廓(WP1)和該第二寬度輪廓(WP2)係組配且布置成對該第一部分提供一混合區域，當從與該細長InP式光波導平行的一方向上觀察時，在該混合區域中該細長InP式光波導沿著一混合長度(Lh)具有數個有效折射率數值，所述有效折射率數值使得能夠在該混合區域中將一較低階TM模式轉換成一較高階TE模式，而模式轉換損耗至多為-10dB； 一第二部分，其具有一第三端部和一第四端部，該第四端部係布置為與所述第一部分的該第一端部光學連接，其中： 當從橫向於該細長InP式光波導且平行於該支撐基體的方向上觀察，至少該第一InP式包覆層和該InP式核心層的所述第一部具有一第三寬度輪廓(WP3)，該第三寬度輪廓(W3)具有： 在該第二部分的該第三端部處的一第四數值(W4)，該第四數值(W4)小於在該第一部分中的該第一寬度輪廓(WP1)的該第一數值(W1)； 和 在該第二部分的該第四端部處的一第五數值(W5)，該第五數值(W5)等於該第一部分中的該第一寬度輪廓(WP1)的該第一數值(W1)；以及 當從橫向於該細長InP式光波導且平行於該支撐基體的方向上觀察時，該第二InP式包覆層、或該第二InP式包覆層和該InP式核心層的所述第二部具有一第四寬度輪廓(WP4)，該第四寬度輪廓(WP4)具有： 在該第二部分的該第三端部處的一第六數值(W6)，該第六數值(W6)等於該第三寬度輪廓(WP3)的該第四數值(W4)；以及 在該第二部分的該第四端部處的一第七數值(W7)，該第七數值(W7)等於該第一部分中的該第二寬度輪廓(WP2)的該第二數值(W2)；以及 一第三部分，其具有布置成與所述第一部分的第二端部光學連接的一第五端部以及一第六端部，其中： 當在橫向於該細長InP式光波導且平行於該支撐基體的方向觀察時，至少該第一InP式包覆層和該InP式核心層的所述第一部具有一第五寬度輪廓(WP5)，該第五寬度輪廓(WP5)具有： 在該第三部分的該第五端部處的一第八數值(W8)，該第八數值(W8)等於該第一部分中的該第一寬度輪廓(WP1)的該第一數值(W1)；以及 在該第三部分的該第六端部處的一第九數值(W9)，該第九數值(W9)小於該第八數值(W8)，且大於該第二部分中的該第三寬度輪廓(WP3)的該第四數值(W4)； 並且 當從橫向於該細長InP式光波導且平行於支撐基體的方向上觀察時，該第二InP式包覆層、或該第二InP式包覆層和該InP式核心層的所述第二部具有一第六寬度輪廓(WP6)，該第六寬度輪廓(WP6)具有： 在該第三部分的該第五端部處的一第十數值(W10)，該第十數值(W10)等於該第一部分中的該第二寬度輪廓(WP2)的該第三數值(W3)； 以及 在該第三部分的該第六端部處的一第十一數值(W11)，該第十一數值(W11)等於該第五寬度輪廓(WP5)的該第九數值(W9)； 一第二波導區域，其包含： 一第七端部； 一第八端部，其係布置為與該第一波導區域的該第二部分的該第三端部光學連接；以及 一第一橫剖面，其當在橫向於該細長InP式光波導和該支撐基體兩者的方向上觀察時呈對稱，該第一橫剖面允許該第二波導區域支援TM0、TE0、TM1和TE1模式中的至少一者； 其中： 當從橫向於該細長InP式光波導且平行於該支撐基體的方向上觀察時，該第二波導區域的至少該第一InP式包覆層和該InP式核心層的所述第一部具有一第七寬度輪廓(WP7)，該第七寬度輪廓(WP7)具有一第十二數值(W12)，該第十二數值等於在該第一波導區域的該第二部分的該第三端部處之該第三寬度輪廓(WP3)的該第四數值(W4)；並且 當從橫向於該細長InP式光波導且平行於該支撐基體的方向上觀察時，該第二波導區域的該第二InP式包覆層、或該第二波導區域的該第二InP式包覆層和該第二InP式核心層的所述第二部具有一第八寬度輪廓(WP8)，該第八寬度輪廓(WP8)具有一第十三數值(W13)，該第十三數值等於該第一波導區域的該第二部分之該第三端部處的該第四寬度輪廓(WP4)的該第六數值(W6)；以及 一第三波導區域，其包含： 一第九端部，其布置為與該第一波導區域的該第三部分的該第六端部光學連接； 一第十端部；以及 一第二橫剖面，其當在橫向於該細長InP式光波導和該支撐基體兩者的方向上觀察時呈對稱，該第二橫剖面允許該第三波導區域支援TM0、TE0、TM1和TE1模式中的至少一者； 其中： 當從橫向於該細長InP式光波導並平行於該支撐基體的方向上觀察時，該第三波導區域的至少該第一InP式包覆層和該InP式核心層的所述第一部具有一第九寬度輪廓(WP9)，該第九寬度輪廓(WP9)具有一第十四數值(W14)，該第十四數值等於該第一波導區域的該第三部分的該第六端部處之該第五寬度輪廓(WP5)的該第九數值(W9)； 以及 當從橫向於該細長InP式光波導且平行於該支撐基體的該方向上觀察時，該第三波導區域的該第二InP式包覆層、或該第三波導區域之該第二InP式包覆層和該InP式核心層的所述第二部具有一第十寬度輪廓(WP10)，該第十寬度輪廓(WP10)具有一第十五數值(W15)，該第十五數值等於該第一波導區域的該第三部分的該第六端部處之該第六寬度輪廓(WP6)的該第十一數值(W11)； 其中，該方法包含： 為該InP式極化旋轉器的該細長InP式光波導提供該支撐基體、所述第一InP式包覆層、所述InP式核心層和所述第二InP式包覆層； 提供一第一遮罩層以覆蓋該第二InP式包覆層或布置為覆蓋該第二InP式包覆層之至少一保護層； 對該第一遮罩層施加一第一光刻程序，以對該第一遮罩層提供一第一圖案，當從平行於該支撐基體的方向上觀察時，該第一圖案連續地包含該細長InP式光波導的該第二波導區域的所述第八寬度輪廓(WP8)、該第一波導區域的所述第四寬度輪廓(WP4)、所述第二寬度輪廓(WP2)和所述第六寬度輪廓(WP6)、以及該第三波導區域的所述第十寬度輪廓(WP10)，從而得到： 根據該第一圖案成形的該第一遮罩層所覆蓋的該第二InP式包覆層或被布置為覆蓋該第二InP式包覆層的所述至少一個保護層的數個區域；以及 該第二InP式包覆層或被布置為覆蓋該第二InP式包覆層的所述至少一個保護層的數個未覆蓋區域； 對該第一遮罩層，以及該第二InP式包覆層或被布置為覆蓋該第二InP式包覆層的所述至少一保護層的該等未覆蓋區域施加第一乾蝕刻，以將該第一圖案轉移到該第二InP式包覆層和被布置為與該第二InP式包覆層接觸的該InP式核心層的第二部中的至少一者，從而獲得： 一經蝕刻的第一遮罩層；以及 相對於該第二InP式包覆層或被布置為覆蓋該第二InP式包覆層的所述至少一個保護層的未蝕刻區域，在一第一蝕刻深度(d1)處的InP基材料的數個第一蝕刻區域； 從該第二InP式包覆層或被布置為覆蓋該第二InP式包覆層的所述至少一個保護層的未蝕刻區域移除該經蝕刻的第一遮罩層； 提供一第二遮罩層以覆蓋InP基材料的該等第一蝕刻區域，以及覆蓋該第二InP式包覆層或被布置為覆蓋該第二InP式包覆層的所述至少一個保護層的該等未蝕刻區域； 對該第二遮罩層施加一第二光刻程序，以對該第二遮罩層提供一第二圖案，當在平行於該細長InP式光波導的該第二波導區域的所述第八寬度輪廓(WP8)、該第一波導區域的所述第四寬度輪廓(WP4)、所述第二寬度輪廓(WP2)和所述第六寬度輪廓(WP6)、以及該第三波導區域的所述第十寬度輪廓(WP10)的方向上觀察時，該第二圖案連續地包含該細長InP式光波導的該第二波導區域的所述第七寬度輪廓(WP7)、該第一波導區域的所述第三寬度輪廓(WP3)、所述第一寬度輪廓(WP1)和所述第五寬度輪廓(WP5)、以及該第三波導區域的所述第九寬度輪廓(WP9)，從而獲得： 根據該第二圖案覆蓋成形的該第二遮罩層，其覆蓋： 該第二InP式包覆層或被布置為覆蓋該第二InP式包覆層的所述至少一個保護層的該等未蝕刻區域的至少數個部分；以及 InP基材料的該等第一蝕刻區域的數個部分； InP基材料的該等第一蝕刻區域的數個未覆蓋部分；以及 在根據該第二圖案成形的該第二遮罩層部分地覆蓋該第二InP式包覆層或被布置為覆蓋該第二InP式包覆層的所述至少一個保護層的該等未蝕刻區域時，該第二InP式包覆層或被布置為覆蓋該第二InP式包覆層的所述至少一個保護層的該等未蝕刻區域的數個未覆蓋部分； 施加一第二乾蝕刻至： 該第二遮罩層； InP基材料之該等第一蝕刻區域的該等未覆蓋部分；以及 在根據該第二圖案成形的該第二遮罩層部分地覆蓋該第二InP式包覆層或被布置為覆蓋該第二InP式包覆層的所述至少一個保護層的該等未蝕刻區域時，該第二InP式包覆層或被布置為覆蓋該第二InP式包覆層的所述至少一保護層的該等未蝕刻區域的該等未覆蓋部分； 用於將該第二圖案轉移到至少該第一InP式包覆層和該InP式核心層的所述第一部，從而獲得： 一經蝕刻的第二遮罩層； 和 相對於該第二InP式包覆層或被布置為覆蓋該第二InP式包覆層的所述至少一保護層的該等未蝕刻區域，在一第二蝕刻深度(d2)處的InP基材料的數個第二蝕刻區域，該第二蝕刻深度(d2)大於該第一蝕刻深度(d1)。
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