[发明专利]可集成光电器件及其制作方法、多个光电器件的集成方法

说明书

技术领域

本发明属于光电领域，尤其涉及一种可集成光电器件及其制作方法、多个光电器件的集成方法。

背景技术

随着集成电路(IC)电子器件时钟频率的不断提高和集成密度的大幅上升，使用传统电子连接的芯片间及芯片上集成的解决方案遇到了过大的能耗和带宽限制的问题。在IC系统中，连接不同功能部分并传输信号的总线的时钟频率远远低于各个电子器件的时钟频率。从而导致电子线路而非单个器件的连接成为了限制系统速度的瓶颈。

在130nm技术条件下，为了避免微处理器功耗损耗在电子线路连接上，1984年首次提出了光互联技术，使用三五族化合物半导体(III-V)制作的光电器件，并将光电器件，例如III-V激光器、光电探测器、光调制器以及Si波导集成在一个芯片上，从而突破能耗和带宽限制的问题。

然而，目前通常采用键合技术集成III-V与Si波导，其键合技术又需要严格的平整性以及光滑表面，而III-V衬底与Si衬底大小不同，从而限制了键合技术在大规模工业生产中的应用，并且SOI衬底较为昂贵，不利于成本控制。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种可集成光电器件，旨在解决现有采用键合技术集成III-V与Si波导过程中由于衬底限制导致集成化应用局限、成本高的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种可集成光电器件，所述器件包括：

基底，所述基底为多层结构，所述基底从底至顶底依次包括衬底以及在所述衬底上依次逐层生长出的第一N型接触层、N型包层、第二N型接触层、有源区、P型接触层和无定型硅波导层；

硅波导区，所述硅波导区通过将所述无定型硅波导层第一次刻蚀为条状结构形成，所述硅波导区的两侧均暴露出条状的P型接触层。

本发明实施例的另一目的在于，提供一种可集成光电器件的制作方法，所述方法包括下述步骤：

制作基底，所述基底从底至顶依次为衬底，在所述衬底上依次逐层生长形成的第一N型接触层、N型包层、第二N型接触层、有源区、P型接触层和有无定型硅波导层；

将所述无定型硅波导层刻蚀为条状结构，使条状结构的无定型硅波导层的两侧均暴露出条状的P型接触层，将条状结构的无定型硅波导层作为硅波导区。

本发明实施例的另一目的在于，提供一种多个光电器件的集成方法，所述集成方法包括下述步骤：

在基底中形成多个上述的光电器件；

在各光电器件的硅波导区和/或III-V族化合物波导区进行光传导，以实现器件间的光耦合；

在所述光电器件之间深刻蚀形成纵向深槽，以实现镜面耦合和器件隔离。

本发明实施例通过III-V的直接生长，在III-V或着Si衬底上一次性直接生长各种III-V光电器件层状结构，并使用无定型硅(a-Si)和SiO2为光波导，连接各个器件，避免使用键合技术和昂贵的SOI衬底，制作工艺简单，有利于大规模低成本生产。

附图说明

图1为本发明实施例提供的波导的剖面图；

图2为本发明实施例提供的光电探测器或光调制器的剖面图；

图3为本发明实施例提供的激光器的剖面图；

图4为本发明实施例提供的集成光电探测器、光调制器和激光器的结构的侧视图；

图5为本发明实施例提供的集成光电探测器、光调制器和激光器的结构的俯视图；

图6为本发明实施例提供的多个光电器件的集成方法的流程结构图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明实施例通过III-V的直接生长，在III-V或着Si衬底上一次性直接生长各种III-V光电器件层状结构，并使用无定型硅(a-Si)和SiO2为光波导，连接各个器件，避免使用键合技术和昂贵的SOI衬底，制作工艺简单，有利于大规模低成本生产。

作为本发明一实施例，该可集成光电器件可以是波导、光电探测器、光调制器以及激光器等，通过光互联代替电子线路连接，从而降低IC中的能耗损失，突破IC的带宽限制。

图1示出了本发明实施例提供的波导的剖面结构，为了便于说明，仅示出了与本发明相关的部分。

作为本发明一实施例，该波导的结构包括：