集成电子-光子器件、系统及其制造方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114761848A(43)申请公布日2022.07.15(21)申请号202080080649.2(74)专利代理机构北京市柳沈律师事务所(22)申请日2020.09.3011105专利代理师王增强(30)优先权数据62/907,9692019.09.30US(51)Int.Cl.G02B6/136(2006.01)(85)PCT国际申请进入国家阶段日H05K3/02(2006.01)2022.05.20H05K3/06(2006.01)(86)PCT国际申请的申请数据G02B6/00(2006.01)PCT/US2020/0536322020.09.30H01L21/00(2006.01)(87)PCT国际申请的公布数据WO2021/067500EN2021.04.08(71)申请人加州理工学院地址美国加利福尼亚州(72)发明人C.E.埃维斯S.M.法特米A.卡恰图良S.A.哈吉米莉权利要求书2页说明书12页附图37页(54)发明名称集成电子-光子器件、系统及其制造方法(57)摘要一种制造光子器件的方法部分地包括在半导体衬底上形成多个金属和电介质层以形成一结构。金属层形成表征蚀刻通道的连续金属迹线。金属层中的至少一个朝向结构的外表面延伸，使得当结构暴露于金属蚀刻时，金属蚀刻从结构的外表面去除金属并流过蚀刻通道以完全蚀刻金属层。金属蚀刻留下表征光子器件的电介质结构。光子器件可以是悬置肋形波导、悬置通道波导、光栅耦合器、层间耦合器、光电检测器、相位调制器、边缘耦合器等。光子系统可以包括一个或多个这样的器件。CN114761848ACN114761848A权利要求书1/2页1.一种制造光子器件的方法，该方法包括：在半导体衬底上形成多个金属层和电介质层以形成一结构，其中所述多个金属层形成表征蚀刻通道的连续金属迹线，其中所述金属层中的至少一个朝向所述结构的外表面延伸；和使所述结构经受金属蚀刻剂，从而使所述蚀刻剂能够从所述结构的外表面蚀刻所述金属并流过所述蚀刻通道以蚀刻所述多个金属层，其中在所述蚀刻之后剩余的电介质限定所述光子器件。2.根据权利要求1所述的方法，其中限定所述光子器件的电介质包括：沿着所述光子器件的长度延伸的第一电介质壁和第二电介质壁；和多个电介质肋，每个电介质肋具有第一宽度，并且每个电介质肋在沿着所述光子器件的长度的不同位置处将第一电介质壁连接到第二电介质壁，其中每个肋的中心区域具有大于所述第一宽度的第二宽度。3.根据权利要求1所述的方法，还包括：在由由于所述金属蚀刻而形成的所述蚀刻通道限定的开口中安置一或多种材料。4.根据权利要求1所述的方法，其中限定所述光子器件的电介质包括多个衍射光栅尺。5.根据权利要求4所述的方法，其中根据通过所述光子器件传播的光学信号的波长来选择每个标尺的宽度和高度。6.根据权利要求5所述的方法，其中根据所述光学信号的波长来选择每对相邻标尺之间的间隔。7.根据权利要求1所述的方法，其中限定所述光子器件的电介质包括：第一波导，该第一波导沿着第一方向渐缩；和第二波导，该第二波导沿着与第一方向相反的第二方向渐缩，其中，通过第一波导传播的光学信号耦合到所述第二波导。8.根据权利要求1所述的方法，其中限定光子器件的电介质直接形成在半导体衬底的掺杂区上方，所述电介质还包括：第一波导；和第二波导，其中传播通过第一波导的光学信号经由第二波导由所述半导体衬底的掺杂区接收。9.根据权利要求1所述的方法，还包括：在电介质的第一部分上方形成第一电极；和在电介质的第二部分上形成第二电极，其中通过控制第一电极和第二电极的电压之间的差，改变传播通过所述电介质的光学信号的相位。10.根据权利要求1所述的方法，其中限定所述光子器件的电介质包括波导和劈裂线。11.根据权利要求1所述的方法，其中所述外表面是上表面。12.根据权利要求1所述的方法，其中所述外表面是侧表面。13.根据权利要求1所述的方法，其中所述蚀刻剂是液体蚀刻剂。14.根据权利要求1所述的方法，其中所述蚀刻剂是气体蚀刻剂。15.根据权利要求1所述的方法，其中所述蚀刻剂是等离子体蚀刻剂。16.根据权利要求1所述的方法，其中所述衬底是硅衬底。2CN114761848A权利要求书2/2页17.根据权利要求1所述的方法，其中所述光子器件设置在相控阵列中。18.根据权利要求1所述的方法，其中所述光子器件设置在CMOS图像传感器中。19.根据权利要求4所述的方法，其中每个标尺的宽度和高度根据自由空间耦合的期望角度来选择。20.根据权利要求19所述的方法，其中每对相邻标尺之间的间隔根据自由空间耦合的期望角度来选择。3CN114761848A说明书1/12页集成电子‑光子器件、系统及其制造方法[0001]相关申请的交叉