[发明专利]光电装置

说明书

本文公开了一种光电装置以及制造所述光电装置的方法。所述装置包括：衬底；位于所述衬底顶部的外延结晶包层；以及在所述外延结晶包层上方的光学有源区；其中所述外延结晶包层的折射率小于所述光学有源区的折射率，使得所述光电装置的光功率被限制在所述光学有源区。

技术领域

本发明涉及光电装置，且具体地，涉及在光学有源区与衬底之间没有掩埋氧化物层或其它绝缘层的光电装置。

背景技术

传统的光电装置(例如，电吸收调制器或EAM)包括基底上的波导，所述基底通常是例如硅衬底的半导体衬底。构建在此基底上的波导包括三层：芯层、底部包层和上部包层；这些层被配置成通过全内反射引导光信号通过芯层。芯层是透光介质，其通常是薄的(相对于下面讨论的活性材料)硅层，位于例如掩埋氧化物或BOX层的绝缘层的顶部。作为波导(底部包层)的一部分的BOX层位于硅衬底的顶部，并用于将光限制在透光介质中。光电装置可以包括具有光学有源区的波导(也称为有源波导)，所述光学有源区是例如沉积在硅层中的腔中 (即在BOX层的顶上)的电吸收介质。通常，在BOX层与光学有源区之间的腔底部留下薄硅层作为外延生长的活性材料的晶种。硅晶种层和BOX层都可以用作有源波导的底部包层。通常，活性材料的外延生长需要位于硅晶种层上的另一活性材料晶种层，以便获得所需有源区的高质量晶体结构。例如，当要生长硅-锗的有源层时，可以生长锗晶种层。均匀和连续的硅层必须保持相对薄，以便将无源波导(例如非光学有源波导)与有源波导之间的耦合效率保持在有用的水平。在先前的光电装置中，硅层的厚度约为0.2 μm。

为了从硅晶片制造如上所述的已知EAM，必须将BOX上方的硅层从约3 μm的初始厚度蚀刻至约0.2 μm的厚度。持续地这样做非常困难，因此可能出现产量问题。

在1310 nm波长下工作的已知光电装置存在许多问题。例如，在基于Mach-Zehnder的干涉仪中，在此波长下工作的装置在光子电路上具有非常大的占用面积，这可能导致非常大的寄生电容。此外，用于这种装置的驱动电路非常复杂，并且通常需要分布式电极和传输线设计。在此波长下工作的量子限制斯塔克效应装置显示出高偏振依赖性(这意味着例如TE和TM模式的插入损耗和消光比的性能差异可能超出可接受的范围)以及对制造过程容差的高灵敏度。操作带宽也在与消光比的折衷中受到限制，即对于给定的消光比，最大带宽相应地受到限制。

迄今为止，已经接受的是，在光学有源区下方需要硅晶种层和BOX层作为底部包层，以使光电装置起作用。然而，发明人已经认识到，硅晶种层和BOX层不是必需的，并且可以由具有折射率低于光学有源区的折射率的晶体结构的其它材料代替。

发明内容

本发明总体涉及一种光电装置，所述光电装置在光学有源区下方具有再生长或外延结晶包层。例如，绝缘体上硅(SOI)晶片，其中已经去除一部分掩埋氧化物，并且包层在其位置再生长。

因此，在第一方面，本发明提供一种光电装置，所述光电装置包括光学有源区和衬底；其中位于光学有源区与衬底之间并紧邻衬底的底部包层由外延结晶层提供。以这种方式，在光学有源区与衬底之间没有掩埋氧化物层。衬底可以是硅衬底。

底部包层可以是外延结晶层，例如硅或SiGe外延包层；并且外延包层的上表面可以邻接光学有源区的底表面。

在第二方面，本发明提供一种光电装置，所述光电装置包括：衬底；位于衬底顶部的外延结晶包层；以及在外延结晶包层上方的光学有源区；其中外延结晶包层的折射率小于光学有源区的折射率，使得所述光电装置的光功率被限制在光学有源区。