基于bcb鍵合工藝的耦合器結構的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于集成光電子領域，涉及一種基于BCB鍵合工藝的耦合器結構。
【背景技術】
[0002]硅基光互連技術旨在采用CMOS技術生產(chǎn)開發(fā)硅光子器件，將硅基光子器件和電路集成在同一硅片上，是發(fā)展大容量、高性能并行處理計算機系統(tǒng)和通信設備的必然途徑。將微電子技術和光子技術結合起來，開發(fā)光電混合的集成電路。在集成電路內(nèi)部和芯片間引入集成光路，既能發(fā)揮光互連速度快、無干擾、密度高、功耗低等優(yōu)點，又能充分利用微電子工藝成熟、高密度集成、高成品率、成本低等特點，是最有可能代替金屬互連的方案之一。單片集成方案由于集成度高，成本低，是硅基光互連的發(fā)展方向。
[0003]但由于硅是間接帶隙材料，難以制作發(fā)光器件，目前的單片集成硅基光互連方案大多采用鍵合技術將三五族外延片與SOI片鍵合后進行加工，制作半導體激光器。在產(chǎn)生和檢測近紅外波段的光方面，II1-V族材料具有比硅、鍺材料更好的性能?？赏ㄟ^粘合性鍵合工藝將高品質(zhì)的II1-V族光電探測器異質(zhì)集成在硅上，其中鍵合層使用BCB材料。在這個工藝中，首先將未加工的II1-V族裸片(外延層朝下)鍵合在加工過的SOI襯底上，接著通過機械研磨和化學腐蝕的方法把II1-V族芯片的襯底去除，然后使用晶圓尺度的工藝技術制造II1-V族器件，如光刻等，從而實現(xiàn)與II1-V族器件下面的SOI波導高精度的對準。
[0004]在眾多三五族混合集成激光器的實現(xiàn)方法中，需要將光從三五族增益層耦合到硅波導中，實現(xiàn)硅光互連所需的光源。然而現(xiàn)有技術中存在耦合結構尺寸大、耦合效率不易控制、制作不便的問題。
[0005]因此，提供一種新的基于BCB鍵合工藝的耦合器結構實屬必要。
【實用新型內(nèi)容】
[0006]鑒于以上所述現(xiàn)有技術的缺點，本實用新型的目的在于提供一種基于BCB鍵合工藝的耦合器結構，用于解決現(xiàn)有技術中耦合結構尺寸大、耦合效率不易控制、制作不便的問題。
[0007]為實現(xiàn)上述目的及其他相關目的，本實用新型提供一種基于BCB鍵合工藝的耦合器結構，包括:
[0008]硅襯底及形成于所述硅襯底上的埋氧層；
[0009]形成于所述埋氧層上的硅波導及與所述硅波導一端連接的第一錐形耦合結構；所述第一錐形耦合結構縱向?qū)挾染€性減?。?br>[0010]形成于所述埋氧層表面并覆蓋所述硅波導及所述第一錐形耦合結構的BCB覆層；
[0011]形成于所述BCB覆層表面的II1-V族光增益結構及與所述II1-V族光增益結構一端連接的第二錐形耦合結構；所述第二錐形耦合結構縱向?qū)挾染€性減??；
[0012]所述硅波導與所述II1-V族光增益結構在水平面上的投影的橫向中心軸線重合，該投影之間分立存在且相向的兩端具有預設距離；所述第一錐形耦合結構與所述第二錐形耦合結構分別連接于所述硅波導與所述II1-V族光增益結構的相向兩端且反向設置；所述第一錐形耦合結構與所述第二錐形耦合結構在水平面上的投影部分重合。
[0013]可選地，所述硅波導為條形或脊型；所述II1-V族光增益結構為條形或脊型。
[0014]可選地，所述第一錐形耦合結構的橫向長度小于或等于所述預設距離；所述第二錐形耦合結構的橫向長度小于或等于所述預設距離。
[0015]可選地，所述II1-V族光增益結構及所述第二錐形耦合結構均自下而上依次包括第一限制層、多量子阱及第二限制層
[0016]可選地，所述硅波導的縱向?qū)挾刃∮诨虻扔谒鯥I1-V族光增益結構的縱向?qū)挾取?br>[0017]如上所述，本實用新型的基于BCB鍵合工藝的耦合器結構，具有以下有益效果:首先，本實用新型的基于BCB鍵合工藝的耦合器結構為混合集成耦合器，實現(xiàn)了硅基集成光路和II1-V族有源器件的單片集成，具有工藝簡單、器件尺寸小、耦合效率高的優(yōu)點；其次，在工藝上，采用BCB鍵合技術，實現(xiàn)了 II1-V族光增益結構和硅波導的混合集成，且不需要對準即可實現(xiàn)，降低了工藝復雜性及制作成本；再次，硅波導及II1-V族光增益結構相向兩端反向設置有第一錐形耦合結構及第二錐形耦合結構，該第一錐形耦合結構及第二錐形耦合結構共同形成模式轉(zhuǎn)換區(qū)，極大地縮短了耦合結構的長度，有利于降低器件尺寸，并且由于其結構特點，使得硅波導對光的約束變?nèi)?，光波場更容易傳導出去，耦合效率高；此外，受BCB層形成工藝的限制，BCB層的厚度不易精確控制，而BCB層厚度的變化會對所需耦合長度產(chǎn)生影響，本實用新型的反向錐形耦合結構在BCB層厚度發(fā)生改變時，耦合長度呈非周期性變化，變化幅度小，使得耦合器的耦合效率更加穩(wěn)定。
【附圖說明】
[0018]圖1顯示為本實用新型的基于BCB鍵合工藝的耦合器結構的剖面示意圖。
[0019]圖2顯示為圖1所示結構的俯視示意圖。
[0020]圖3顯示為硅波導、第一錐形耦合結構、II1-V族光增益結構及第二錐形耦合結構在水平面上投影的一種示意圖。
[0021]圖4顯示為硅波導、第一錐形耦合結構、II1-V族光增益結構及第二錐形耦合結構在水平面上投影的另一種示意圖。
[0022]圖5顯示為SOI襯底的剖面結構示意圖。
[0023]圖6顯示為刻蝕頂層硅形成硅波導及第一錐形耦合結構后的剖面結構示意圖。
[0024]圖7顯不為圖6所不結構的俯視不意圖。
[0025]圖8顯示為形成BCB覆層并鍵合II1-V族層結構后的剖面結構示意圖。
[0026]元件標號說明
[0027]I 硅襯底
[0028]2 埋氧層
[0029]3 頂層硅
[0030]4 硅波導
[0031]5 第一錐形耦合結構
[0032]6 BCB 覆層
[0033]7II1-V族層結構
[0034]8II1-V族光增益結構
[0035]9第二錐形耦合結構
[0036]d預設距離
[0037]W1硅波導的縱向?qū)挾?br>[0038]w2 II1-V族光增益結構的縱向?qū)挾?br>【具體實施方式】
[0039]以下通過特定的具體實例說明本實用新型的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本實用新型的其他優(yōu)點與功效。本實用新型還可以通過另外不同的【具體實施方式】加以實施或應用，本說明書中的各項細節(jié)也可以基于不同觀點與應用，在沒有背離本實用新型的精神下進行各種修飾或改變。
[0040]請參閱圖1至圖8。需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本實用新型的基本構想，遂圖式中僅顯示與本實用新型中有關的組件而非按照實際實施時的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實際實施時各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復雜。
[0041]本實用新型提供一種基于BCB鍵合工藝的耦合器結構，請參閱圖1及圖2，分別顯示為本實用新型的基于BCB鍵合工藝的耦合器結構的剖面示意圖及俯視圖，該耦合器結構包括:
[0042]硅襯底I及形成于所述硅襯底I上的埋氧層2 ;
[0043]形成于所述埋氧層2上的硅波導4及與所述硅波導4 一端連接的第一錐形耦合結構5 ;所述第一錐形耦合結構5縱向?qū)挾染€性減小；
[0044]形成于所述埋氧層2表面并覆蓋所述硅波導4及所述第一錐形耦合結構5的BCB覆層6 ；
[0045]形成于所述BCB覆層6表面的II1-V族光增益結構8及與所述II1-V族光增益結構8 一端連接的第二錐形耦合結構9 ;所述第二錐形耦合結構9縱向?qū)挾染€性減??；
[0046]所述硅波導4與所述II1-V族光增益結構8在水平面上的投影的橫向中心軸線重合，該投影之間分立存在且相向的兩端具有預設距離d ;所述第一錐形耦合結構5與所述第二錐形耦合結構9分別連接于所述硅波導4與所述II1-V族光增益結構8的相向兩端且反向設置；所述第一錐形耦合結構5與所述第二錐形耦合結構9在水平面上的投影部分重合。
[0047]具體的，所述硅波導4為條形或脊型；所述II1-V族光增益結構8為條形或脊型。所述硅波導4的縱向?qū)挾刃∮诨虻扔谒鯥I1-V族光增益結構8的縱向?qū)挾取Ｋ龅谝诲F形耦合結構的橫向長度小于或等于所述預設距離；所述第二錐形耦合結構9的橫向長度小于或等于所述預設距離。所述II1-V族光增益結構8及所述第二錐形耦合結構9均自下而上依次包括第一限制層、多量子阱及第二限制層。
[0048]圖3及圖4顯示為所述第一錐形耦合結構5與所述第二錐形耦合結構9在水平面上的投影部分重合的示意圖，其中，圖7顯示為所述第一錐形耦合結構的橫向長度及所述第二錐形耦合結構的橫向長度均等于所述預設距離d的情形，圖8顯示為所述第一錐形耦合結構的橫向長度及所述第二錐形耦合結構的橫向長度均小于所述預設距離d的情形。
[0049]本實用新型的基于BCB鍵合工藝的耦合器結構為混合集成耦合器，實現(xiàn)了硅基集成光路和II1-V族有源器件的單片集成，具有工藝簡單、器件尺寸小、耦合效率高的優(yōu)點；本實用新型的耦合器結構中，硅波導及II1-V族光增益結構相向兩端反向設置有第一錐形耦合結構及第二錐形耦合結構，該第一錐形耦合結構及第二錐形耦合結構共同形成模式轉(zhuǎn)換區(qū)，可以極大縮短耦合結構的長度，降低器件尺寸；并且由于其結構特點，使得硅波導對光的約束變?nèi)酰獠▓龈菀讉鲗С鋈?，耦合效率高；此外，本實用新型的反向錐形耦合結構的耦合長度在BCB覆層厚度發(fā)生改變時呈非周期性變化，變化幅度小，耦合效率更加穩(wěn)定。
[0050]本實用新型的基于BCB鍵合工藝的耦合器結構的制作方法如下，至少包括以下步驟:
[0051]步驟S1:提供一 SOI襯底，所述SOI襯底自下而上依次包括硅襯底、埋氧層及頂層娃;
[0052]步驟S2:刻蝕所述頂層硅，形成硅波導及與所述硅波導一端連接的第一錐形耦合結