光电探测器、调制器、半导体器件和半导体装置
1.本发明涉及光电探测器和调制器。此外，本发明涉及一种具有芯片和至少一个光电探测器和/或调制器的半导体装置以及一种具有晶片和至少一个光电探测器和/或调制器的半导体器件。
2.电光装置，例如光电探测器或电光调制器，在现有技术中是已知的，这些电光装置包括波导或这种波导的纵向部分，其中几个波导段在纵向方向上延伸并且至少基本上平行于彼此，和一个(在光电探测器的情况下)，或两个(在电光调制器的情况下)作为活性元件的石墨烯膜。例如在us9,893,219b2中公开的那样。
3.已知的光电探测器和调制器在原理上已经证明了它们自己。然而，需要进一步的、可替代地设计的光电探测器和调制器，它们可以通过合理的工作量来制造并且以最佳操作模式为特征。
4.因此，本发明的一个目的是提供替代设计的满足这些要求的光电探测器和调制器。
5.该目的通过权利要求1和6中提到的关于光电探测器的措施以及权利要求9、10和11中提到的关于调制器的措施来解决。
6.根据本发明的第一方面，提供了一种光电探测器，其包括波导的纵向部分，该纵向部分包括或由沿纵向方向延伸并且至少基本上彼此平行的两个波导段形成，所述波导段彼此间隔开，优选在横向上，形成在其间延伸的间隙，以及与波导的纵向部分重叠并且包括或由至少一种材料组成的活性元件，该至少一种材料吸收至少一种波长的电磁辐射以及作为吸收的结果而产生电光信号，其中两个波导段分别在至少一侧，特别是在面向活性元件的一侧，至少部分地与栅电极接触，该栅电极优选地包括硅或由硅组成。
7.根据本发明的用于制造这种探测器的方法包括，例如，施加(优选沉积)波导材料，特别是在晶片上或布置在晶片上或在晶片上方的涂层上，以及施加(特别是沉积)栅电极材料，优选硅树脂，并进行结构化以获得在其间具有间隙的两个波导段和栅电极，并且提供活性元件。
8.通过栅电极，可以在工作时在活性元件中实现pn结。通过在光模区域中设置pn结，实现了吸收材料和光电探测器的活动区域之间的最佳重叠。在一个有利的实施例中，栅电极各自在它们的下侧与波导段的上侧接触，并且各自在它们的上侧与设置在活性元件和波导段之间的介电涂层的下侧接触，介电涂层有利地包括或由至少一种介电材料组成。已经证明合适的材料例如是二氧化硅(sio2)以及氧化铝(al2o3)。术语电介质也作为术语介电材料的替代使用。电介质涂层也可以称为栅极电介质。
9.在进一步的发展中，活性元件可能已经或可能被布置在介电涂层的上侧。它可能已经或可能在其上制造。
10.在优选实施例中，介电涂层在其上侧的特征在于粗糙度在1.0nm rms至0.1nm rms，特别是0.6nm rms至0.1nm rms，优选0.4nm rms至0.1nm rms的范围内。缩写rms代表均方根。rms粗糙度在德语中也称为“quadratische rauheit”。已证明具有该范围内的粗糙度的上侧特别适合于活性元件设置在电介质涂层的上侧上的情况，特别是制造在其上的情
况。
11.例如，介电涂层的厚度可以在10nm至20nm的范围内。
12.优选地，栅电极包括或由导电的和/或至少一种波长、优选至少一种波长范围的电磁辐射可穿透的材料构成。
13.进一步优选地，栅电极包括或由波长为850nm和/或1310nm和/或1550nm的电磁辐射可穿透的至少一种材料构成。特别优选地，它对波长范围为800nm至900nm和/或1260nm至1360nm(所谓的原始波段或简称为o波段)和/或1360nm至1460nm的电磁辐射(所谓的扩展波段或简称e波段)和/或1460nm至1530nm(所谓的短波段或简称s波段)和/或从1530nm至1565nm(所谓的常规波段或c波段)和/或1565nm至1625nm(所谓的长波段或简称l波段)是可穿透的。这些频带在通信工程领域是已知的。
14.这因此优选地适用于制造方法中使用的栅电极材料。
15.硅已被证明是一种特别适合栅电极的材料。它可以是多晶硅。也可以考虑氧化铟锡(ito)。也可以对构成栅电极或制造栅电极的材料进行掺杂。
16.相应的栅电极例如可以是设置在波导纵向部分的相应波导段的面向活性元件的一侧上的涂层，特别优选地是在相应波导段上制造或已制造在相应波导段上的涂层。
17.此外，可以规定，栅电极通过沉积制造或已经制造，特别是通过化学气相沉积(cvd)制造，优选低压化学气相沉积(lpcvd)和/或等离子体增强化学气相沉积(pecvd)，和/或通过涂层材料的物理气相沉积(pvd)。
18.存在各种现有技术的化学气相沉积工艺，所有这些工艺都已经或可以用于本发明的上下文中。它们的共同点通常是引入气体的化学反应，该化学反应导致所需材料的沉积。
19.同样关于物理气相沉积，现有技术中已知的所有变体可能已经使用或可能被使用。仅举例来说，可能提及电子束蒸发(其中材料通过电子束熔化和蒸发)，以及热蒸发(其中材料通过加热器加热到熔点并蒸发到目标衬底上)，以及溅射沉积(其中原子通过等离子体从材料载体中敲出并沉积到目标衬底上)。
20.作为上述沉积工艺的替代或补充，原子层沉积(ald)可用于获得栅电极。在此工艺中，绝缘或导电材料(电介质、半导体或金属)按原子层顺序沉积。也可以使用或已经使用传递过程。
21.在进一步的展开中，也可以规定，两个栅电极中的每一个都被分配一个与其接触的互连元件，并且优选地，互连元件中的一个相应地延伸穿过波导段之一。沉积之后可以接续或已经接续合适的结构化工艺，其可以包括例如光刻和/或蚀刻。互连元件优选地是垂直电互连，在英文中也称为垂直互连接入，或简称via或via。垂直互连接入通常由光刻限定，并进行干化学蚀刻，特别是通过反应离子蚀刻(简称rie)。此后，优选金属化并且通过cmp(镶嵌工艺)或通过光刻和rie来结构化该金属化表面。
22.反应离子刻蚀是一种干法刻蚀工艺，其中通常通过激发形成等离子体的特殊气体化学物质来实现对衬底表面的选择性和定向刻蚀。抗蚀掩模可用于保护不被蚀刻的部分。蚀刻化学和工艺参数通常决定了工艺的选择性，即不同材料的蚀刻速率。这一特性对于限制蚀刻工艺的深度至关重要，因此可以彼此分开地限定涂层。
23.有利地，互连元件包括或由至少一种导电材料构成，导电材料尤其是金属，例如铜和/或铝和/或钨。
24.在另一个有利的实施例中，进一步规定，活性元件至少部分地重叠两个波导段和位于其间的间隙，特别是在横向方向上。横向方向方便地理解为垂直于波导的纵向部分的纵向方向的方向。
25.根据本发明的第二方面，提供了一种光电探测器，包括波导的纵向部分，以及活性元件，并且活性元件包括或由吸收至少一种波长的电磁辐射的至少一种材料组成，且由于吸收而产生电光信号，其中两个载体元件布置在波导的纵向部分的相对侧上，与其间隔开形成两个间隙，其中这两个间隙没有材料，并且其中活性元件与波导的纵向部分以及两个间隙和两个载体元件的至少部分特别是在横向上重叠。优选地，两个载体元件在横向上与纵向部分间隔开。
26.根据本发明的用于制造这种探测器的方法包括，例如，施加(优选沉积)波导材料，在特别是在晶片上或在设置在晶片上或晶片上方的涂层上，以及结构化以获得两个间隙和波导的纵向部分和载体元件，以及在波导的纵向部分和载体元件上方提供活性元件。
27.没有材料组成的间隙尤其由通过蚀刻工艺已经去除材料并且随后没有提供新材料(例如沉积)的区域给出。它们可以充满空气或其他气体或处于真空状态。但是，它们中没有固体材料。真空优选被理解为抽空的空间，例如通过抽吸。
28.在优选实施例中，活性元件位于波导的纵向部分的面向活性元件的上侧和/或载体元件的面向活性元件的上侧。
29.载体元件可以具有与波导的纵向部分相同的材料，这被理解为示例性的。例如，tio2和/或si已被证明是适合用于载体元件的材料。也可以考虑适用于波导的任何其他材料。
30.活性元件可以包括或由至少一种材料组成，该材料可以吸收波长为850nm和/或1310nm和/或1550nm的电磁辐射并且由于吸收而产生光信号。它特别优选吸收波长范围为800nm至900nm和/或1260nm至1360nm(所谓的原始波段或简称为o波段)和/或1360nm至1460nm的电磁辐射(所谓的扩展波段或简称e波段)和/或从1460nm到1530nm(简称为短波段或s波段)和/或从1530nm到1565nm(所谓的常规波段或简称为c波段)和/或从1565nm到1625nm(所谓的长波段或简称为l波段)，并且可以由于吸收而产生光信号。
31.当活性元件的吸收至少一种波长的电磁辐射并由于吸收而产生电光信号的至少一种材料是石墨烯和/或至少一种二硫属化物，尤其是二维过渡金属二硫属化物和/或二维材料的异质结构和/或锗和/或至少一种电光聚合物和/或硅和/或至少一种化合物半导体，特别是至少一种iii-v半导体和/或至少一种ii-vi半导体，则这已被证实是特别适合的。
32.特别地，光电探测器可以用于将信号从光学世界转换回电子世界。
33.根据本发明的第三方面，提供了一种调制器，特别是电光调制器，其包括波导的纵向部分，该纵向部分包括或由沿纵向延伸并且至少基本平行的四个波导段形成，和两个活性元件，活性元件包括或由至少一种折射率随电压和/或电荷和/或电场的存在而变化的材料组成，或一个这样的活性元件和电极，其中较低的波导段布置在两个活性元件之间或在活性元件和电极之间，中间的波导段布置在两个活性元件上方或在活性元件和电极上方，并且两个剩余的较高的波导段布置在中间的波导段上方，其中两个较高的波导段彼此间隔开，优选在横向上，形成在其间延伸的间隙。
34.然后，特别地，可以存在一种夹层状结构，其从底部到顶部包括活性元件或电极，
然后是波导的纵向部分的较低的波导段，然后是第二活性元件或电极，然后是波导的纵向部分的中间的波导段，然后是波导的纵向部分的两个较高的段。
35.制造根据本发明的这种调制器的方法包括，例如，提供活性元件或电极，特别是在晶片上或在设置在晶片上或在晶片上方的涂层上，并施加(优选沉积)波导材料以获得较低的波导段，并在较低的波导段上方提供另外的活性元件或电极，并且施加(优选沉积)波导材料以获得中间的波导段，并且施加(优选沉积)波导材料并随后进行结构化处理以获得较高的波导段和它们之间的间隙。
36.一个元件或区段或还有一个涂层布置在另一个元件或区段或另一个涂层上方或下方(即它布置在另一个元件或区段或另一个涂层上方或下方)包括它相应地直接位于另一个元件或区段或另一个涂层上方或下方，并且与它接触，例如与另一个元件或区段或另一个涂层的上侧或下侧接触(即接触它)或者接触位于它们之间的至少一个另一个元件或部分或至少一个另外的涂层(在上侧或下侧)。这适用于根据本发明所有方面的光电探测器和调制器。
37.根据本发明的第四方面，提供了一种调制器，特别是电光调制器，其包括波导的纵向部分，该纵向部分包括或由沿纵向延伸并且至少基本上彼此平行于的五个波导段形成，和两个活性元件，活性元件包括或由至少一种折射率随电压和/或电荷和/或电场的存在而变化的材料组成，或这样的活性元件和电极，其中两个较低的波导段布置在活性元件下方或活性元件和电极下方并且彼此间隔开，优选地在横向方向上，形成在其间延伸的间隙，并且第一中间波导段布置在两个活性元件之间或在活性元件和电极之间，并且第二中间波导段布置在两个活性元件上方或在活性元件和电极上方，并且较高的波导段布置在第二中间波导段上方。
38.较高的波导段优选地具有在横向方向上的延伸，该延伸小于其他波导段在横向方向上的延伸。两个较低的段和中间的段在横向方向上的延伸可能是较高的段在该方向上的延伸的数倍。
39.一种制造根据本发明的这种调制器的方法，包括，例如，施加(优选地沉积)波导材料在特别是晶片上，或在晶片上或位于晶片上方设置的涂层上，以及结构化以获得两个较低的波导段和在它们之间的间隙，并在它们上方提供活性元件或电极，并施加，优选地沉积波导材料以获得第一中间波导段，并且在第一中间波导段上方提供另外的活性元件或电极，并且施加，优选地沉积波导材料，以获得第二中间波导段，以及施加，优选地沉积波导材料，并且优选随后结构化以获得较高的波导段。
40.根据本发明的第五方面，提供了一种调制器，特别是电光调制器，该调制器包括波导的纵向部分，该纵向部分包括或由沿纵向延伸并且至少基本上彼此平行的六个波导段形成，以及两个活性元件，其包括或由至少一种材料组成，该材料的折射率随电压和/或电荷和/或电场的存在而变化，或这样的活性元件和电极，其中波导段中的两个较低的波导段布置在活性元件下方或活性元件和电极下方并且彼此间隔开，优选地在横向方向上，形成在其间延伸的间隙，并且第一中间波导段布置在两个活性元件之间或活性元件和电极之间，并且第二中间波导段布置在两个活性元件之上或在活性元件和电极之上，并且两个剩余的较高的波导段布置在第二中间波导段之上，其中两个较高的波导段彼此间隔开，优选地在横向方向上，形成在其间延伸的间隙。
41.一种根据本发明的用于制造这种调制器的方法，包括，例如，施加(优选沉积)波导材料，在特别是晶片上，或在设置在晶片上或晶片上方的涂层上，以及结构化以获得两个较低的波导段和在它们之间的间隙，并在其上方提供活性元件或电极，并施加，优选地沉积，波导材料以获得第一中间波导段，并在第一中间波导段上方提供另外的活性元件或电极，并且施加，优选地，沉积波导材料以获得第二中间波导段，并且施加，优选地沉积波导材料和随后的结构化以获得两个较高的波导段和它们之间的间隙。
42.电光调制器尤其可以用于光信号编码。电光调制器也可以设计为环形调制器。
43.在包括两个活性元件的调制器的情况下，进一步优选的是，两个活性元件彼此间隔开并且彼此偏置布置，使得它们在部分中彼此重叠，从而形成重叠区域。如果在优选实施例中调制器仅包括一个活性元件和一个(常规的)电极，则可以类似地应用：活性元件和电极已经或被布置为彼此间隔开并且彼此偏置，以这样的方式它们部分地叠置，从而形成一个重叠区域。
44.换言之，一个活性元件的一部分然后与另一活性元件或电极的一部分对齐或重叠，方便地它们不接触。优选地，至少在重叠的区域中，即在重叠区域中，两个活性元件或活性元件和电极或它们的至少部分至少基本上彼此平行地延伸。
45.重叠区域特别优选地位于间隙的上方或下方或设置在那里。特别是，重叠区域与间隙对齐。然后可以在具有高电场强度的两个波导段之间的槽(槽模式)中引导光模。在槽的上方和下方的边缘处，部分光模在槽外。在这些区域中，光模可以特别有效地与活性光学材料相互作用。
46.如果存在两个间隙，则重叠区域位于或设置在一个间隙之上并且在另一个之下。这两个间隙和重叠区域或其一部分可以对齐，这已被证明是特别合适的。由于两个间隙排列成一个在另一个之上，在间隙之间的区域中存在特别高比例的光模，特别是与仅具有一个间隙的布置相比，这使得与光电材料的相互作用特别有效。
47.根据进一步的展开，在两个彼此间隔开的波导段之间形成的恰好一个间隙设置在或已经设置在两个活性元件上方或在活性元件和电极上方。替代地或附加地，可以在两个活性元件下方或活性元件和电极下方设置在彼此间隔开的两个波导段之间形成的恰好一个间隙。
48.在另一特别有利的实施例中，重叠区域在横向方向上的延伸对应于间隙或至少一个间隙在横向方向上的延伸的0.8倍至1.8倍、优选1.0倍至1.5倍的范围。
49.材料改变其折射率尤其应理解为它改变其色散(特别是折射率)和/或它的吸收。色散或折射率通常由复折射率的实部给出，吸收由复折射率的虚部给出。折射率随电压和/或电荷和/或电场的存在而变化的材料在此应理解为尤其是具有普克尔斯效应和/或弗朗茨-凯尔迪什效应和/或克尔效应的材料。此外，以等离子体分散效应为特征的材料也被认为是这样的材料。
50.如果至少一种活性元件的至少一种材料(其折射率随电压和/或电荷和/或电场的存在而变化)的至少一种材料是石墨烯(可能是化学改性石墨烯)，和/或至少一种二硫属化物，特别是二维过渡金属二硫属化物，和/或二维材料的异质结构和/或锗和/或铌酸锂和/或至少一种电光聚合物和/或硅和/或至少一种化合物半导体，特别是至少一种iii-v半导体和/或至少一种ii-vi半导体，则证明是特别合适的。
51.石墨烯已被证明是一种特别适合用于活性元件的材料——对于本发明的所有五个方面。
52.电光聚合物特别是特征在于具有强线性电光系数(普克尔斯效应)的聚合物。强线性电光系数优选被理解为至少为150pm/v，优选至少为250pm/v的系数。其电光系数至少是铌酸锂的五倍左右。
53.存在不同的硫属化物。在本发明的上下文中，已证明作为二维材料的过渡金属二硫属化物，例如mos2或wse2是特别合适的。
54.需要注意的是，铌酸锂和电光聚合物是基于电光效应，特别是普克尔斯效应，即电场改变折射率(例如，因为在普克尔斯盒中应用的普克尔斯效应)。在锗中，它是franz-keldysh效应，即场使化合价带和导带边缘相对于彼此移动，从而改变光学特性。这些效果是基于场的效果。对于硅或石墨烯，是基于电荷载流子的等离子体色散效应，即电荷载流子(电子或空穴)被带入光模区域(阵列中有一个充电的电容器或具有耗尽和充盈的结的二极管)。折射率(折射率的实部)和吸收(折射率的虚部，其导致自由载流子吸收)随电荷载流子浓度而变化。
55.iii-v半导体是由主族iii和v的元素组成的化合物半导体。ii-vi半导体是由主族ii或第12族元素和主族vi元素组成的化合物半导体。
56.许多材料的特征在于它们的折射率随电压和/或电荷和/或电场的存在而变化，以及它们吸收至少一个波长的电磁辐射并作为吸收的结果而产生电光信号。例如，石墨烯就是这种情况。因此，石墨烯适用于光电探测器和调制器的活性元件。这也适用于二硫属化物，例如二维过渡金属二硫属化物、二维材料的异质结构、锗、硅，以及化合物半导体，特别是iii-v半导体和/或ii-vi半导体。例如，铌酸锂通常只适用于调制器。由于它是可穿透的，因此不符合吸收特性，因此不考虑用于光电探测器。
57.吸收至少一种波长的电磁辐射并由于吸收而产生电光信号和/或其折射率随电压和/或电荷和/或电场的存在而变化的材料也可以被称为电光活性材料。换言之，一个或多个活性元件包括至少一种电光活性材料或由至少一种电光活性材料组成。
58.可以以膜的形式提供活性元件或活性元件中的至少一种。膜优选以本身已知的方式表征为明显大于厚度的横向延伸部。至少一个活性元件的特征还可以在于正方形或矩形横截面。
59.活性元件或至少一种活性元件可以进一步包括或由至少一种折射率变化和/或吸收的材料的一层或多层或涂层形成。尤其可以规定，活性元件或至少一个活性元件形成为包括由一种或不同材料制成的多个层或涂层的膜。
60.石墨烯(可能是化学改性的石墨烯)的膜或由至少一层石墨烯和至少一层二硫属化物组成的二硫属化物-石墨烯异质结构或至少一层氮化硼和至少一层石墨烯的排列，已被证明会特别合适。
61.例如，活性元件还可以包括或由一个或多个硅涂层提供。在这种情况下，特别地，一个或多个活性元件或其部分可以形成波导(部分)。
62.活性元件可以进一步被掺杂或具有掺杂部分或区域，例如p掺杂和/或n掺杂或包括相应的部分或区域。也可以存在或提供p掺杂区域和n掺杂区域以及优选的中间未掺杂区域。这也称为pin结，其中i代表本征，即未掺杂。
63.在制造活性元件或相应的活性元件的情况下，可以使用或已经使用与上面结合栅电极解释的相同工艺。
64.这也包括传递过程。尤其是指各个元件不是整体生产的，例如在涂层上，而是单独生产然后转移，换句话说，是传递。例如，在li等人的论文“large-area synthesis of high-quality and uniform graphene films on copper foils”，science 324，1312，(2009)和来自bae等人的论文“roll-to-roll production of 30-inch graphene films for transparent electrodes”，nature nanotech 5，574-578(2010)或linbo的论文“integrated lithium niobate electro-optic modulators operating at cmos-compatible voltages”，nature volume 562，页面101104(2018)，或除其他外，gaas的论文“transfer print techniques for heterogeneous integration of photonic components”，progress in quantum electronics，volume 52，3月，2017，页面1-17。这些工艺之一也可用于本发明的背景中以获得一种或多种石墨烯或linbo或gaas涂层/膜。传递过程之后可以是结构化。
65.以上，可能在至少一个活性元件上，可以进一步提供钝化涂层和/或包层。包层特别适合或设计为使折射率对比度稍低，因此侧壁上的粗糙度不会产生那么强的影响；通常损耗会回到波导中。钝化涂层优选用于保护器件或电路免受环境(特别是水)影响。例如，钝化涂层可以由介电材料组成。氧化铝(al2o3)和二氧化硅(sio2)已被证明是特别合适的。
66.较高的最终的钝化涂层方便地具有到下面的触点的开口或中断，以实现电连接。钝化涂层中的开口或中断可以或已经通过例如光刻和/或蚀刻(特别是反应离子蚀刻)获得。
67.各种情况下相应的活性元件可以在一侧或相对侧连接到触点或接触元件。触点或接触元件可以与互连元件，特别是与垂直互连接入接触。通过互连元件，例如，可以实现与来自芯片或晶片的前端制程的一个或多个集成电子元件的连接。术语“连接”旨在表示以导电方式连接。
68.应该注意的是，特别是在探测器仅具有一个活性元件的情况下，可以规定该活性元件与两个触点或接触元件接触，优选地在相对侧上，并且在具有两个活性元件或一个活性元件和一个电极的调制器的情况下，适合它们各自与触点或接触元件接触。这优选在那些背离部分重叠或重叠的区域的端部区域或端部处的情况。
69.活性元件或至少一个活性元件有利地相对于波导的纵向部分布置成使得其至少部分地暴露于在其中引导的电磁辐射的倏逝场。优选地，至少一个活性元件已经或被布置在距波导的纵向部分小于或等于50nm、更优选地小于或等于30nm的距离处，例如10nm的距离处。
70.活性元件或至少一个活性元件进一步优选地以在5至500微米范围内的纵向延伸为特征。
71.也可以是活性元件或至少一个活性元件至少部分地在波导的纵向部分上和/或之内延伸，在后一种情况下例如在其两个段之间延伸。
72.在另一有利实施例中，在波导的至少横截面基本为梯形的纵向部分的区域中，活性元件或活性元件中的至少一个设置在波导上或波导上方，并且优选地遵循梯形形状。替代地或附加地，可以提供活性元件或至少一个活性元件，其被布置在平坦化涂层的至少基
本上梯形的区域中并且优选地遵循梯形形状，该区域在平坦化涂层之上或上方，如在横截面中所示。
73.在波导中，部分电磁辐射，特别是光，在波导外部被渐逝地引导。波导的界面是电介质的，因此强度分布由麦克斯韦边界条件描述，具有指数衰减。如果将电光活性材料(例如石墨烯)放置在倏逝场中的波导上或附近，则光子可以与材料(尤其是石墨烯)相互作用。
74.石墨烯中有四种效应会导致光电流。一种是辐射热效应，根据该辐射热效应，吸收的能量会增加石墨烯的电阻并减少施加的直流电流。直流电流的变化就是光信号。另一个效应是光电导性。这里，吸收的光子导致电荷载流子浓度增加，并且由于电阻与电荷载流子浓度的比例，额外的电荷载流子降低了石墨烯的电阻。施加的直流电流增加，变化就是光信号。还有一种热电效应，根据该热电效应，热电电压由pn结和该结处的温度梯度(由于p和n区域的塞贝克系数不同)产生。温度梯度由吸收的光信号的能量产生。这个热电电压就是信号。第四种效应是由于在pn结处激发的电子-空穴对是分开的。产生的光电流就是信号。
75.在调制器的情况下，如上所述，可以提供电控制电极和活性元件(为此目的适当绝缘的)，其包括或由至少一种材料组成，该材料的折射率随电压或电荷或电场的变化而变化，特别是石墨烯，或者电极也可以由相应的材料，特别是石墨烯制成，使得在操作中两个活性元件一起在倏逝场中并执行电光功能。例如，石墨烯可以通过控制电压改变其光学特性。在石墨烯-电介质-石墨烯布置的特别有利的情况下，产生电容并且两个石墨烯膜相互影响。电压对电容充电，电容由形成两个活性元件的石墨烯电极组成，并且电子占据石墨烯中的状态。这导致费米能量(晶体中最后占据状态的能量)向更高能量(或由于对称性而向更低能量)转移。当费米能量达到光子能量的一半时，它们不再被吸收，因为吸收过程所需的自由态已经被合适的能量占据了。因此，在这种状态下，石墨烯是可穿透的，因为吸收被禁止。通过改变电压，石墨烯在吸收和可穿透之间来回切换。连续发光的激光束的强度被调制，因此可用于信息传输。同样，折射率的实部随控制电压而变化。通过改变电压，可以通过改变折射率来调制激光器的相位，从而实现相位调制。优选地，相位调制工作在所有状态都在占据光子能量的一半以上的范围内，所以石墨烯是可穿透的，并且折射率的实部偏移明显，吸收的变化起次要作用。
76.此外，关于根据本发明的第一和第二方面的光电探测器以及根据本发明的第三、第四和第五方面的调制器，还可以应用以下内容。
77.波导或其纵向部分尤其是引导电磁波(尤其是光)的元件或部件。为了引导波，有利的提供一种材料的取决于波长的横截面，该材料至少对于该波长是光学可穿透的，并且通过折射率对比与同样对于该波长可穿透的相邻材料区别开来。如果周围材料的折射率较低，则光在较高折射率的区域中被引导。对于槽模式的特定情况，两个高折射率区域与相对于波长窄的低折射率区域分开，并且光在低折射率区域中被引导。为了实现由于散射造成的低损耗，低的侧壁粗糙度是有利的。
78.通常，例如在芯片或晶片上提供一个或多个波导。根据本发明的光电探测器或调制器的一部分通常只是这种光电探测器或调制器的纵向部分，方便的是在后者的活性元件下方延伸的纵向部分。当然，不排除将在其整个纵向延伸上的波导认为是根据本发明的光电探测器或调制器的一部分。换言之，除了特别是在活性元件下方延伸的波导的纵向部分之外，这种波导还可以包括后者的剩余部分。
79.就波导的尺寸而言，例如可以应用以下内容。厚度优选在150纳米至10微米的范围内。特别地，波导的宽度和长度可以在100纳米和10微米的范围内。
80.波导例如可以形成为带状波导，其特征在于例如矩形或正方形横截面，矩形或正方形横截面然后也适用于这种波导的纵向部分。波导可替代地或附加地形成为具有t形横截面的脊形波导。进一步替代地或附加地，波导可以由槽波导给出。
81.波导或这种波导的纵向部分可以包括横截面中的若干部分或段并且可以形成为若干部分，其例如包括或由第一部分(如下侧或左侧)以及第二部分(如上侧或右侧)组成。一个或多个波导段的特征可以是矩形或正方形横截面。波导的一个或多个段的特征还可以是，至少在部分中，逐渐变窄的横截面和/或，至少在部分中，通过加宽的横截面。
82.如果波导包括或由两个或更多个段组成，则这些段可以彼此相邻或彼此合并，或者也可以彼此间隔开，例如形成至少一个间隙或槽。
83.在根据本发明的第一和第二方面的上述光电探测器和根据本发明的第三、第四和第五方面的上述调制器的情况下，波导的纵向部分在特别有用的实施例中包括或由至少一种对波长为850nm和/或1310nm和/或1550nm的电磁辐射可穿透的材料组成。特别优选地，它对波长范围为800nm至900nm和/或1260nm至1360nm(所谓的原始波段或简称为o波段)和/或1360nm至1460nm的电磁辐射(所谓的扩展波段或简称e波段)和/或1460nm至1530nm(所谓的短波段或简称s波段)和/或从1530nm至1565nm(所谓的常规波段或c波段)和/或1565nm至1625nm(所谓的长波段或简称l波段)是可穿透的。这些频带在通信工程领域是已知的。
84.作为用于波导的纵向部分的材料，例如，已证明以下是特别合适的：二氧化钛和/或氮化铝和/或五氧化二钽和/或氮化硅和/或氧化铝和/或氮氧化硅和/或铌酸锂和/或硅(特别是多晶硅)和/或亚磷酸铟和/或砷化镓和/或砷化铟镓和/或砷化铝镓和/或至少一种二硫属化物(特别是二维过渡金属)和/或硫属化物玻璃和/或由二维材料的异化结构和/或树脂或含树脂材料(特别是su8)和/或聚合物或含聚合物材料(特别是ormoclad和/或ormocore)。在这点上，波导的纵向部分可以包括这些材料中的一种或多种，或者可以包括这些材料中的一种或这些材料中的两种或更多种的组合。这可以在每种情况下仅适用于一个或多个或可能所有的波导段。
85.如果波导的纵向部分包括多个波导段，则这些可以全部包括相同的一种或多种材料或由相同的一种或多种材料组成。然而，当然也有可能两个或更多个段在它们的材料方面不同。例如，可以是至少一个波导段的特征在于折射率大于至少一个其他波导段的折射率。例如，如果几个波导段被夹在中间或堆叠起来，则外部段可能具有较低的折射率。在这种情况下，光集中在波导排列的中心。纯粹示例性的材料是较高的和较低的段的氧化铝以及它们之间的中间段的氧化钛。
86.与其余部分相比，更高的折射率也已证明对位于两个活性元件之间的波导段是有利的，因为光随后会聚焦在活性元件的区域中。
87.波导(部分)的段的不同材料也可能是有利的，因为它们的特征在于不同的蚀刻速率。这可以在制造中提供优势，例如对于所需的结构化。
88.波导的纵向部分的制造可以包括或可能已经包括施加或已经施加(特别是沉积或旋涂或传递)波导材料然后优选地对施加的波导材料进行或已经进行结构化，特别是通过光刻和/或反应离子蚀刻(rie)。例如，可以使用与上述栅电极相关的相同沉积工艺。
89.波导或其纵向部分可以形成为一个或多个部分。它可以由几个波导段形成或包括几个波导段，特别是在横截面中观察时。它们可以彼此间隔开或直接彼此靠着并彼此接触，例如因为一个段已通过例如施加(例如通过沉积)材料直接制造在另一段上。
90.波导的纵向部分进一步优选地包括或由至少一种折射率不同于围绕它的材料的折射率的材料组成。
91.如果波导或波导的纵向部分是包括两个或更多个段的波导，则其中至少两个段彼此间隔开以形成间隙，可以在有利的实施例中规定该间隙被或已经被至少一种介电材料填充，介电材料的折射率低于限定间隙的波导段的材料的折射率。
92.波导的纵向部分可以在一侧或多侧被例如平坦化涂层包围。在这种情况下，纯粹示例性的折射率对于波导的纵向部分为3.4(si)，对于平坦化涂层为1.5(sio2)，或者在电介质的情况下，对于波导的纵向部分为2.4(tio2)，以及对于平坦化涂层为1.5(sio2)或对于波导的纵向部分为2(sin)，对于平坦化涂层为1.47。
93.特别优选地，波导的纵向部分的折射率比周围材料的折射率大至少20％，优选地至少大30％。
94.波导的纵向部分还可以设置在平坦化涂层上或上方。
95.优选地，平坦化涂层的特征在于，在波导的纵向部分所设置在其上的一侧至少部分地，粗糙度在从1.0nm rms到0.1nm rms，特别是0.6nm rms到0.1nm rms，优选0.4nm rms到0.1nm rms的范围内。此处和下文中的缩写nm以众所周知的方式代表纳米(10-9
m)。
96.替代地或附加地，波导的纵向部分可以至少部分地嵌入平坦化涂层中，并且活性元件或活性元件之一(在具有两个这样的元件的调制器的情况下)布置在平坦化涂层上。在这种情况下，可以优选应用，平坦化涂层的特征在于在其上布置活性元件的一侧，至少部分地，粗糙度在1.0nm rms至0.1nm rms，特别是0.6nm rms至0.1nm rms，优选0.4nm rms至0.1nm rms的范围内。
97.如果波导的纵向部分既设置在平坦化涂层的顶部上又嵌入平坦化涂层中，则存在两个平坦化涂层。
98.为了获得合适的粗糙度，例如，可以或已经执行化学机械抛光和/或抗蚀平坦化。
99.在化学机械抛光中，被抛光物体通常通过研磨垫之间的旋转运动进行抛光。抛光一方面通过化学方式进行，另一方面通过研磨膏进行物理抛光。通过结合化学和物理作用，可以获得亚纳米级的光滑表面。
100.特别地，抗蚀平坦化包括单次或重复的旋涂玻璃沉积和随后的蚀刻，优选反应离子蚀刻(rie)。如果要平坦化具有高度差的表面，例如sio2表面，这可以通过旋涂玻璃沉积和蚀刻来完成。旋涂玻璃涂层部分补偿了高度差，即，在旋涂玻璃涂层后，拓扑的谷部具有比相邻高程更高的涂层厚度。旋涂玻璃和例如sio2的蚀刻速率相似或相同于适配的rie工艺。这里的适配尤其是指相应地选择压力、气流、气体混合物的成分和功率。如果在旋涂玻璃涂层之后通过rie蚀刻整个旋涂玻璃涂层，则由于旋涂玻璃涂层的平坦化效应，高度差已经减小。通过重复可以进一步减小高度差。沉积sio2涂层时必须考虑消耗的sio2涂层厚度，以便在完成最终蚀刻步骤后达到所需的sio2涂层厚度。需要强调的是，抗蚀平坦化不限于sio2，其他材料也可以考虑。如果可以实现与旋涂玻璃的蚀刻速率相似或至少基本相同的材料蚀刻速率，则将是方便的。对于sio2和旋涂玻璃，满足此条件。应当注意，例如，蚀刻速
率与旋涂玻璃的蚀刻速率相差2倍的材料也是可能的，在这种情况下，通常需要多次通过。例如，氢倍半硅氧烷和/或聚合物可以作为液体材料应用，特别是旋涂。它在随后的退火过程中玻璃化，这就是为什么它也被称为旋涂玻璃。氢倍半硅氧烷(hsq)是一类无机化合物，分子式为[hsio
3/2
]n。
[0101]
尤其可执行或已经执行化学机械抛光和/或抗蚀平坦化，使得粗糙度在1.0nm rms至0.1nm rms，特别是0.6nm rms至0.1nm rms，优选0.4nm rms到0.1nm rms的范围。
[0102]
上述范围内的粗糙度已被证明是特别合适的。它们对于避免覆盖层中的应力和变形特别有利。在这种情况下，也可以参考l.banszerus等人的论文“identifying appropriate substrates for high-quality graphene-based heterostructures”，2d mater.vol.4，no.2，025030，2017。
[0103]
应当注意，在根据本发明第一方面的光电探测器中可以特别设置在栅电极和活性元件之间的介电层，其特征在于其上侧的上述范围内的粗糙度，该粗糙度可以或可能已经以相同的方式获得，例如通过cmp和/或抗蚀平坦化。
[0104]
原子力显微镜(afm)可用作确定粗糙度的测量方法，特别是如en iso 25178标准中所述。该标准的第6部分(en iso 25178-6:2010-01)特别讨论了原子力显微镜，该部分涉及粗糙度测定的测量方法。
[0105]
此外，可以规定，平坦化涂层和/或附加的平坦化涂层(如果存在的话)包括一个或多个覆盖层，所述覆盖层优选设置在经过平坦化处理的表面上并且可以是例如二硫属化物层或二硫属化物异质结构或氮化硼层。这些材料优选地在不需要进一步化学机械抛光或进一步抗蚀平坦化的情况下被沉积或传递，尽管不排除再次执行该操作的可能性。
[0106]
也可以规定，相应的平坦化涂层通过沉积获得或者是通过沉积获得的涂层。原则上，可以或已经将相同的工艺用于上面提到的与栅电极相关的平坦化涂层(例如，cvd、pvd、原子层沉积、传递)。这和以下针对平坦化涂层解释的内容也可以应用于介电层(如果存在的话)。
[0107]
涂层可以仅包含一层或也可以包含几层。它可以仅由一种材料组成，也可以包括多种材料。例如，涂层可以包括两种或更多种不同材料的两层或更多层。当然，涂层也可以有多层，但都由相同的材料制成。可以特别地获得或存在具有多于一层的涂层，因为为其制造提供了几个原子层，例如沉积或已经沉积的例如几个原子层。
[0108]
平坦化涂层或每个平坦化涂层可以进一步包括或由旋涂玻璃和/或至少一种聚合物和/或至少一种氧化物(特别是二氧化硅)，和/或至少一种氮化物组成。旋涂玻璃通常是一种液体物质，可以通过旋涂它来涂覆晶片。旋涂后，在晶片上形成涂层，其厚度取决于表面拓扑结构。因此，加深部分被平滑化，并且旋涂玻璃涂层具有平坦化效果。旋涂玻璃通常在沉积后被加热，因此变成玻璃状涂层。
[0109]
特别地，还可以提供调制器以包括二极管或电容器。例如，它可能是集成的iii-v半导体调制器，如hiaki的论文“heterogeneously integrated iii
–
v/si mos capacitor mach-zehnder modulator”，nature photonics volume 11，页面482
–
485(2017)中所述。
[0110]
如果提供或已经提供二极管，它可以包括例如多个不同成分的涂层，例如ingaasp，特别是为了产生pn结和两个接触区域。
[0111]
本发明的主题也是一种半导体装置，其包括芯片和至少一个，优选多个根据本发
明的光电探测器和/或调制器，其中一个或多个光电探测器优选地布置在芯片上或布置在芯片上或上方的涂层上。
[0112]
最后，本发明涉及一种半导体器件，其包括晶片和至少一个，优选多个根据本发明的光电探测器和/或调制器，其中一个或多个光电探测器和/或调制器优选布置在晶片上或布置在晶片上或上方的涂层上。
[0113]
例如，光电探测器和/或调制器可以是制造在芯片或晶片上或结合到芯片或晶片上的光子平台的一部分。
[0114]
结合具体意味着光电探测器和/或调制器不是制造在芯片或晶片上或上方，而是与其分开制造，并在制造后结合到芯片或晶片上，也可能作为更大的单元的一部分，例如通过使用合适的中间涂层。
[0115]
如果从横截面来看芯片或晶片，它的垂直结构可以分为不同的子区域。最低的部分是前端制程，简称feol，通常包括一个或多个集成电子元件。集成电子元件可以是例如晶体管和/或电容器和/或电阻器。前端制程上方是后端制程，简称beol，其中通常有各种金属平面，feol的集成电子元件通过这些金属平面互连。
[0116]
晶片包括多个区域，在切割/分割/分段之后，每个区域形成芯片或管芯(die)。这些区域也称为芯片或管芯区域。晶片的每个芯片区域优选地包括晶片的特别是单件式半导体衬底的一个部分或局部的一部分。优选地，在横截面观察时，每个芯片区域还包括在半导体衬底的对应区域中和/或其上延伸的一个或多个集成电子元件，特别是在feol中。应该强调的是，芯片区域并不代表单独的芯片，即晶片不包括单独的芯片。
[0117]
对于根据本发明的半导体装置和根据本发明的半导体器件，其包括多个根据本发明的相同设计的光电探测器和/或多个根据本发明的相同设计的调制器或包括根据本发明的多个不同设计的光电探测器和/或根据本发明的多个不同设计的调制器，这是有效的。也可能有一些相同的光电探测器和/或调制器，以及另外的一个或多个不同设计的光电探测器和/或调制器。
[0118]
关于本发明的实施例，还参考从属权利要求以及参照附图对若干示例实施例的以下描述。
[0119]
图中显示：
[0120]
图1是包括根据本发明第一方面的光电探测器的实施例的半导体器件的部分截面图；
[0121]
图2是图1的光电探测器的顶视图；
[0122]
图3是具有根据本发明第一方面的光电探测器的另一个实施例的半导体器件的部分截面图；
[0123]
图4是具有根据本发明第二方面的光电探测器的实施例的半导体器件的部分截面图；
[0124]
图5是具有根据本发明第三方面的电光调制器的实施例的半导体器件的部分截面图；
[0125]
图6是具有根据本发明第四方面的电光调制器的实施例的半导体器件的部分截面图；
[0126]
图7是具有根据本发明第五方面的电光调制器的实施例的半导体器件的部分截面
图；和
[0127]
图8是制造根据图1的器件的方法的步骤。
[0128]
所有的图都显示了纯粹的示意图。在附图中，相同的部件或元件被赋予相同的附图标记。
[0129]
图1示出了通过根据本发明的半导体器件的实施例的部分截面。
[0130]
它包括晶片1、制作在晶片1上的平坦化涂层2和制作在平坦化涂层2上的多个光电探测器3。在根据图1的部分截面中，仅示例性地示出了光电探测器3中的一个。
[0131]
晶片1包括单片硅衬底4和多个集成电子元件5，在所示示例中，它们在半导体衬底4中延伸。集成电子元件5，尤其可以是晶体管和/或电阻器和/或电容器，在示意图1中仅由带有附图标记5的阴影线简化表示。在衬底4的相应位置，以充分已知的方式布置大量的集成电子元件5。这些也可以是处理器的组件，例如cpu和/或gpu，或者以同样已知的方式形成这样的组件。
[0132]
晶片1具有前段制程6(简称feol)和位于其上方的后段制程7(简称beol)，在前段制程6中配置多个集成电子元件5，在后端制程中或者通过后端制程，前段制程6的集成电子元件5通过不同的金属平面互连。前段制程6中的集成电子元件5和后段制程7中的相关互连以充分已知的方式形成晶片1的集成电路。前段制程6有时也称为晶体管前端，后段制程7有时也称为金属后端。金属平面包括多个互连元件8，在当前情况下，这些互连元件由所谓的via提供，via是垂直互连接入的缩写。垂直互连接入8由金属组成，例如铜、铝或钨。
[0133]
平坦化涂层制造在晶片1的上侧9(背离前段制程6)上并且由介电材料构成。在当前情况下，平坦化涂层2由二氧化硅(sio2)组成，尽管这应理解为示例性的，并且也可以使用其他材料。
[0134]
在所示实施例中，平坦化涂层2是通过在晶片1的背离前段制程6的上侧9上沉积相应的涂层材料(在这种情况下为sio2)并随后在背对晶片的上侧10上对沉积材料进行平坦化处理而获得的涂层。由于在其背对晶片1的上侧10上的处理，平坦化涂层2目前以0.2nm rms的粗糙度为特征，其中这被理解为示例性的。
[0135]
在所示示例中，平坦化涂层2在晶片1的整个上侧9上延伸。平坦化涂层2的材料已经沉积在晶片1的整个上侧9上。因此，这以通过直径来表征，该直径至少基本上对应于晶片1的直径。
[0136]
在平坦化涂层2上制造的光电探测器3是根据本发明第一方面的光电探测器3的实施例。在实施例中，这些在结构上都是相同的，尽管这不应被理解为限制性的。
[0137]
下面，将基于图1所示的探测器3，通过示例的方式描述探测器3的设计以及它们的制造。此外，关于下文进一步描述的其他探测器和调制器的实施例(参见图3至图6)，该设计基于部分节段中所示的示例进行解释。
[0138]
(各个)光电探测器3包括波导11之一的纵向部分12，即与光电探测器3的活性元件13重叠的纵向部分。在以纯示意性俯视图显示活性元件13和下面的波导11的图2中，由活性元件13覆盖的波导的纵向部分12用虚线示出。
[0139]
同样用于所示实施例的电介质(优选二氧化钛)特别适合作为波导材料。替代地或附加地，可以提供一个或多个波导11，该波导为氮化铝和/或五氧化二钽和/或氮化硅和/或氧化铝和/或氧氮化硅和/或铌酸锂或者还有诸如硅、磷化铟、砷化镓、砷化铟镓、砷化铝镓
或二硫属化物或硫属化物玻璃或聚合物(例如su8或ormo-clad和/或ormocore)的半导体。
[0140]
波导的纵向部分12在此由两个波导段12a、12b形成，两个波导段12a、12b在纵向方向上延伸并且至少基本上彼此平行，并且在横向方向上(在图中从左到右，反之亦然)彼此间隔开以形成在其间延伸的间隙14。因此它是一个缝隙波导。借助这种波导11，光模在操作期间在间隙14中被引导。在所示示例中，两个波导段的特征在于矩形横截面。例如，间隙14可以填充有二氧化硅。
[0141]
两个波导段12a、12b各自至少在一侧与硅栅电极15a、15b接触，在本例子下为它们的面向活性元件13的一侧。栅电极15a、15b由制造在相应波导段12a、12b上的硅覆盖层或硅涂层形成。
[0142]
活性元件13包括至少一种材料或由至少一种材料组成，该材料吸收至少一种波长的电磁辐射并且基于此吸收产生电光信号。在所示示例中，活性元件13指定为石墨烯膜。石墨烯还可以根据电压和/或电荷和/或电场改变其折射率(折射和/或吸收)。应该强调的是，活性元件13也可以由包含或由至少一种其他或另外的电光活性材料组成的膜给出，例如包含或由至少一层石墨烯和至少一层二硫属化物的二硫属化物-石墨烯异质结构构成的膜，或者由包含至少一层氮化硼和至少一层石墨烯的膜。
[0143]
从图1可以看出，石墨烯膜13设置在附加的平坦涂层17的背向晶片1的上侧16上，其中嵌入了波导11并因此嵌入了其纵向部分12。附加的平坦涂层17由与平坦化涂层2相同的材料构成并且特点在于其上侧16处的与平坦化涂层2的上侧10相同的粗糙度。然而，这仅应被理解为示例性而非限制性的。
[0144]
借助设置在波导段12a、12b上的栅电极15a、15b，可以在间隙14上方延伸的区域中的石墨烯膜13中实现pn结，从而在波导11的间隙14内操作引导光模的区域中实现pn结。pn结可用于分离由吸收产生的电子-空穴对以产生光电流。同样，可以在石墨烯中利用热电效应，其中相反符号的塞贝克系数在p和n区域中产生，当被吸收的能量(光子)加热时产生热电电压。
[0145]
应当注意，未进一步示出的用于电源的栅电极15a、15b的连接可以位于例如横向靠近垂直互连接入8的位置。
[0146]
光电探测器3，特别是其石墨烯膜13，与晶片1的前端制程6的集成电子元件5中的至少一个导电连接。从根据图1的示意性截面图中可以看出，连接是通过晶片1的后端制程7的垂直互连接入8以及另外的垂直互连接入8来实现的，另外的垂直互连接入8延伸穿过平坦化涂层2以及存在于平坦化涂层2上的任何其他涂层或元件，在本例子下是附加的平坦化涂层17。
[0147]
具体而言，石墨烯膜13通过触点或接触元件18在相对的端部区域与垂直互连接入8的上端导电连接，垂直互连接入8延伸穿过附加的平坦化涂层17和平坦化涂层2到晶圆1的后端制程7。在图2的顶视图中，与接触元件18相连接的垂直互连接入8用细线指示出，该垂直互连接入8位于接触元件18下方。
[0148]
在所示示例中，在石墨烯膜13上提供钝化涂层19，其包括或由氧化铝(al2o3)和/或二氧化硅(sio2)组成。
[0149]
如图1和图3和图4所示的光电探测器3，将在下面解释，可以以本身已知的方式使用，特别是用于从光学世界到电子世界的信号转换。
[0150]
为了获得图1所示的半导体器件，在第一步骤s1(参见图8)中，晶片1被提供有集成电路，该集成电路包括集成电子元件5和包括垂直互联接入8的金属化层。晶片1可以是通过先前已知的制造工艺获得的任何常规类型的晶片1。
[0151]
在第二步骤s2中，在晶片1的后端制程7上制造平坦化涂层2。为此，施加涂层材料(本例子为二氧化硅(sio2)，该涂层材料的施加可以例如通过化学气相沉积或物理气相沉积或在旋涂玻璃上旋转来完成，化学气相沉积例如低压化学气相沉积或等离子体增强化学气相沉积。在本例中，使用pecvd。在已经沉积涂层材料之后，对获得的涂层的上侧进行平坦化处理(步骤s3)，在本例子下为进行抗蚀平坦化处理，由此获得具有0.2nm rms的粗糙度的上侧10。
[0152]
抗蚀平坦化包括单次或重复的旋涂玻璃旋涂和随后的蚀刻，目前是反应离子蚀刻(rie)。旋涂玻璃涂层部分地补偿了高度差异，即，在旋涂玻璃涂层后，拓扑的谷部具有比相邻高程更高的涂层厚度。如果在旋涂玻璃涂抹之后蚀刻整个旋涂玻璃涂层，例如通过rie，则由于旋涂玻璃涂层的平坦化效应，高度差已经减小。通过重复，可以进一步减小高度差，直到获得所需的粗糙度。需要说明的是，平坦化涂层2的对应于低粗糙度的上侧10也可以通过例如化学机械抛光(cmp)的方式获得。
[0153]
在代表制造探测器3的第一步的下一步骤s4中，制造具有栅电极15a、15b的(相应的)波导11。为此目的，特别是在获得的平坦化涂层2的整个上侧10上沉积波导材料(目前为二氧化钛(tio2)。沉积可以通过pvd或cvd，特别是pecvd或lpcvd，或通过旋涂来进行，正如对于平坦化涂层一样。也可以进行原子层沉积(ald)或转移印刷工艺。类似于平坦化涂层2，使用lpcvd。
[0154]
随后，用于栅电极15a、15b的涂层材料，栅电极材料在本例子中为硅，例如通过pvd或cvd工艺并且优选地还以二维方式被沉积。
[0155]
特别是通过反应离子蚀刻(rie)进行光刻和结构化，以获得各个波导11，其具有各个波导段12a、12b和位于其间的相应间隙14以及相应的栅电极15a、15b。
[0156]
在下一步骤s5中，在波导11(其上设置有栅电极15a、15b)和平坦化涂层2的上侧10上制造附加的平坦化涂层17。附加的平坦化涂层17以与平坦化涂层2完全类似的方式通过pecvd和抗蚀平坦化的沉积而获得。在材料沉积期间或由于材料沉积，间隙14也填充有sio2。作为抗蚀平坦化的结果，波导11上方的附加的平坦化涂层17的横截面是梯形的(参见图1)。
[0157]
此外，关于附加的平坦化涂层17，它适用于替代的lpcvd和cmp，其他上述工艺也可以使用，并且可以使用其他平坦化处理(例如cmp)和/或进一步的平坦化也是可以的，如上关于平坦化涂层2的描述。
[0158]
平坦化涂层2和附加的平坦化涂层17可以包括一个或多个覆盖层，所述覆盖层优选地设置在经受平坦化处理的表面上并且可以是例如二硫属化物层或二硫属化物异质结构或氮化硼层。这些材料优选地被沉积或转移，而不需要进一步的化学机械抛光或进一步的抗蚀平坦化，尽管这不被排除在外。
[0159]
为了完整起见，应该注意的是，根据本发明的半导体器件也将具有没有附加的平坦化涂层17的区域，例如还有在其中的结构对应于图3至图6的结构的区域，附加的平坦化涂层17(和位于其上的任何涂层)随后再次部分地去除，特别是通过光刻和蚀刻。
[0160]
在步骤s6中，通过平坦化涂层2和附加的平坦化涂层17来制造垂直互连接入8。原则上，这可以以现有技术中已知的任何方式进行。特别地，它们要延伸的区域首先被限定，优选地通过光刻，并且通过rie进行干化学蚀刻。然后进行金属化并将金属化的表面结构化，例如通过cmp(镶嵌工艺)或通过光刻和rie。可以在完成附加的平坦化涂层17之后，穿过两个平坦化涂层2、17制造垂直互连接入8，或者在完成其第一涂层2部分后穿过第一平坦化涂层2并且在完成其第二平坦化涂层17部分之后穿过第二涂层17，来制造垂直互连接入8。
[0161]
在步骤s7中，由石墨烯膜13给出的(各个)探测器3的活性元件被提供在附加的平坦化涂层17的上侧16上，例如沉积在上侧16上。
[0162]
(各个)探测器的石墨烯膜13的沉积可以例如通过如上文更详细描述的转移工艺来进行。然后，特别地，在每种情况下，在单独的衬底或单独的金属箔或单独的锗晶片上制造的石墨烯膜被转移到附加的平坦化涂层17。(各个)石墨烯膜13也可以直接制造在附加的平坦化涂层17上。这可以包括例如材料沉积。
[0163]
如果使用转移工艺，则可能已经在各个石墨烯膜13的上侧提供了钝化涂层，例如，钝化涂层已经沉积在其上，然后与其一起转移。或者，也可以在转移或制造石墨烯膜13之后沉积钝化涂层。
[0164]
也可以首先在附加的平坦化涂层17上制造在其整个表面上延伸的全面积的石墨烯膜和/或全面积的钝化涂层。在这种情况下，然后仍然进行结构化，特别是通过光刻和rie，以获得作为多个探测器3的活性元件的单独的石墨烯膜13探测器。
[0165]
然后制造接触元件18(步骤s8)，优选地通过在整个表面上沉积金属，然后再次通过光刻和rie进行结构化以获得单独的元件18。
[0166]
在倒数第二个步骤s9中，沉积上面的钝化涂层19，钝化涂层19优选由al2o3和/或sio2组成。在该涂层中，特别是用于接触元件的开口随后通过光刻和rie方便地制造(步骤s10)。优选地，对用于将光子和/或电子器件连接到外部的接触元件制作开口。
[0167]
图3示出了根据本发明第一方面的光电探测器3的另一个实施例。
[0168]
这与根据图1的实施例的不同基本在于，波导11的纵向部分12的两个波导段12a、12b不具有矩形横截面，并且没有附加的平坦化涂层17，而是具有设置在介电涂层上的活性元件(在此也通过示例由石墨烯膜13给出)，介电涂层设置在栅电极15a、15b上，这在图中未示出。电介质涂层代表栅电介质。它的特点是其上侧的粗糙度为0.2nm rms。其厚度为15nm，其中这两个值仅作为示例来理解。
[0169]
可以看出，两个波导段12a、12b中的每一个都具有面向位于两个段12a、12b之间的间隙14的端部区域，其横截面在间隙14的方向上分段加宽。可以看出，两个端部区域和间隙14形成中央的梯形区域。可以看出，在两侧邻接该梯形区域的段12a、12b的部分或区域的特征在于恒定的厚度。
[0170]
两个栅电极15a、15b各自在横向方向上仅在相应段12a、12b的上侧的一部分上延伸。
[0171]
在图3中，可以看到与栅电极15a、15b相关联并且每个与栅电极15a、15b接触的垂直互连接入8。通过这些，与来自前段制程6的至少一个集成电子元件5进行连接，但是出于简化表示的原因，这在图中是不可见的。可以看出，这些垂直互连接入8在每种情况下都延伸穿过平坦化涂层2和其上布置有相应栅电极15a、15b的波导段12a、12b。栅电极15a、15b的
电压供应通过垂直互连接入8来确保。在图3所示的例子中，同样可以在操作期间经由栅电极15a、15b在石墨烯膜13中获得pn结，同样在间隙14上方延伸的区域中获得pn结，操作期间在该区域引导光模。
[0172]
为了获得根据图3的装置，步骤s1到s3可以与制造图1的装置的步骤相同。
[0173]
在步骤s4中，在波导材料也已经在这里例如以如上文结合图1所述的相同方式，沉积在该区域上以获得具有斜切边缘的梯形区域之后，为制造波导11和栅电极15、15b而执行适合的蚀刻工艺(特别是rie工艺)。例如，与各向异性蚀刻工艺相比，rie工艺的各向同性蚀刻行为可以通过增加的工艺压力和合适的气体混合物来获得。与10毫托相比，增加的工艺压力(例如20毫托)为蚀刻过程指定非定向分量，由于蚀刻时间较长，这会导致上边缘的去除率更高。随后，首先制造用于栅电极15a、15b的垂直互连接入8，然后再次沉积用于栅电极15a、15b的材料，例如硅。
[0174]
然后蚀刻(各个)槽14和栅电极15a、15b。结果，最初为全表面的栅电极涂层被“分割”。
[0175]
此处省略图1所示布置的步骤s5，因为此处不再制造附加的平坦化涂层17。因此，用于石墨烯膜13的垂直互连接入8在此在步骤s5中制作。
[0176]
在步骤s6中，首先在栅电极15a、15b的上侧制作介电涂层，并优选在其上侧进行抗蚀平坦化以达到上述粗糙度，然后在其上设置石墨烯膜13。
[0177]
梯形形状确保活性元件(在本例子中为石墨烯膜13)特别是在斜切边缘上紧贴栅电极15a、15b或介电涂层。结果，石墨烯总是位于电极15a、15b上的介电涂层上并且可以特别好地实现静电控制。此外，可以实现特别均匀的电场。
[0178]
提供(各个)石墨烯膜13之后的步骤可以对应于图1中所示的布置的那些步骤(特别是接触元件18的制造、钝化涂层19的制造以及在其中提供开口)。
[0179]
图4示出了根据本发明第二方面的光电探测器的实施例。
[0180]
它还包括波导11的纵向部分12和活性元件13，该活性元件13包括或由至少一种吸收至少一种波长的电磁辐射并由于吸收而产生电光信号的材料组成。此外，在根据图3的探测器中，活性元件示例性地由石墨烯膜13给出。
[0181]
与图1和图3中的示例相反，属于探测器3的波导11及其纵向部分12在此形成为一体。具体来说，它是一种具有矩形横截面的条形波导。
[0182]
另一个不同之处在于两个载体元件20布置在波导11的纵向部分的相对侧上，从纵向部分间隔开形成两个间隙21。载体元件20由此布置于在横向方向上与波导11的纵向部分12相隔一定距离处。两个间隙21没有材料。它们中存在真空。
[0183]
载体元件20可以由与波导11的纵向部分12相同的材料制成，尽管这应被理解为示例性的。
[0184]
可以看出，活性元件13在横向方向上与波导11的纵向部分12和两个间隙21重叠，并且与两个载体元件20的部分重叠。
[0185]
此外，石墨烯膜13是平面的，这与图1和图3的示例相反，在图1和图3中，石墨烯膜13位于梯形区域中。
[0186]
就晶片1、平坦化涂层2和钝化涂层19而言，图4中的布置与图2中的布置相同。可以看出，它也没有附加的平坦化涂层17。此外，该探测器3不包括栅电极。
[0187]
为了制造图4的布置，步骤s1到s3可以再次与结合图1描述的那些步骤相同。
[0188]
在步骤s4中，随后制造波导11和载体元件20。为此目的，波导材料，例如与前述示例中相同的材料，被沉积在表面上，然后通过光刻和蚀刻获得间隙21。
[0189]
然后制造垂直互连接入8，其在此延伸穿过平坦化涂层2和载体元件20之一(步骤s5)。
[0190]
在步骤s6中，提供例如石墨烯膜13形式的活性元件，这便利地通过转移工艺来完成，如上文更详细描述的。
[0191]
其余步骤可以再次与在先前示例中提供活性元件13之后的那些步骤相同(特别是，接触元件18的制造、钝化涂层19的制造以及在其中开口的提供)。
[0192]
图5示出了根据本发明第三方面的电光调制器22的实施例。
[0193]
它也包括波导11的纵向部分12，但包括在纵向方向上延伸并且至少基本上彼此平行的四个波导段12a、12b、12c、12d。
[0194]
由于它是调制器22，它还包括两个活性元件13a、13b，活性元件包括至少一种材料或由至少一种材料组成，该至少一种材料的折射率随电压和/或电荷和/或电场的存在而变化。在所示示例中，两个活性元件由两个石墨烯膜13a、13b给出。
[0195]
在两个活性元件13a、13b中，较低的活性元件13a位于平坦化涂层2的上侧10。
[0196]
需要说明的是，除了提供两个活性元件13a、13b之外，也可以仅提供一个活性元件和一个例如由金属制成的常规电极并相互对应布置。
[0197]
对于四个波导段12a-12d，进一步适用于波导段中较低的一个波导段12a设置在两个活性元件13a、13b之间，并且波导段的中间一个波导段12b设置在两个活性元件13a、13b的上方，特别是在上方的活性元件13b上。换言之，存在第一活性元件13a、较低的波导段12a、第二活性元件13b和中间段12b的夹层结构(在图5中从底部到顶部)。上方的活性元件13b在波导的纵向部分12内延伸。波导段12a-12d可以都是相同的材料。
[0198]
较低的波导段12a和中间的波导段12b同时用作钝化和蚀刻保护。特别地，段12a是波导的一部分，并且当元件13b被蚀刻时也是元件13a的保护件。然后，波导段12a用作蚀刻阻挡涂层并用作钝化涂层来保护石墨烯13a。特别地，段12b也是在区域14的制造期间用于构造部分12c和12d的蚀刻阻挡涂层。
[0199]
剩余的两个较高的波导段12c、12d布置在中间波导段12b上方，目前在其上侧。两个较高的波导段12c、12d在横向上彼此间隔开，形成在其间延伸的间隙14。两个较高的波导段12c、12d因此并排位于中间波导段12b上并且间隙14位于它们之间。它适用于在两个活性元件13上方恰好提供一个间隙14。间隙14填充有涂层19的材料。
[0200]
可以看出，较低的和中间的波导段12a、12b在横向方向上的延伸超过两个较高的段12c、12d在该方向上的延伸数倍。段12a-12d的横截面是矩形的。
[0201]
两个活性元件13a、13b通过较低的波导段12a彼此间隔开，此外，它们在横向方向上彼此偏移，使得它们在重叠区域23中部分彼此重叠。活性元件13的一部分与另一活性元件13的一部分对齐或重叠。具体地，彼此面对的端部区域彼此重叠或对齐，形成重叠区域23。从图5可以看出，重叠区域23位于形成在两个段12c、12d之间的间隙14的下方并与间隙14对齐。
[0202]
重叠区域23的延伸和间隙14在横向上的延伸相互适配。具体而言，重叠区域23在
横向方向上的延伸是间隙14在该方向上的延伸的大约1.3倍。例如，它也可以对应1.0倍或0.8倍，即在这个方向上具有相同或更小的延伸。特别是，重叠越小，电容越低，调制器越快。
[0203]
此外，在具有两个活性元件13的调制器22的情况下，调制器，特别是其活性元件13，适用于连接到来自晶片1的前段制程的至少一个集成电子元件5。每个活性元件13通过与其相关联并与其接触的接触元件18连接到垂直互连接入8，该垂直互连接入8延伸穿过平坦化涂层2(用于图5左侧的活性元件13的垂直互连接入8)或延伸穿过平坦化涂层和波导段12a(用于图5右侧的活性元件13的垂直互连接入8)，并且与后端制程7中的其他垂直互连接入8一起确保连接。
[0204]
电光调制器22，如图5以及图6和7所示，可以以本身已知的方式使用，特别是用于光信号编码，这将进一步解释。
[0205]
为了获得图5的布置，步骤s1到s3可以相同。
[0206]
随后，在步骤s4中，可以提供第一、较低的石墨烯膜13a作为较低的活性元件。这可以以与上述探测器3的活性元件13相同的方式完成。因此，这可以包括例如材料的全区域沉积和随后的结构化。
[0207]
然后可以制造属于该活性元件13的接触元件18，再次以与图1、3和4中的接触元件18完全相同的方式。
[0208]
在步骤s6中，然后制造较低的波导段12a，其可以优选地包括材料沉积和随后的结构化——类似于来自先前图中的段12a、12b。与前述实施例所述的相同材料可用作波导材料。
[0209]
在步骤s7中，第二、较高的石墨烯膜13b设置在段12a的上侧，优选地以与第一、较低的石墨烯膜13a相同的方式。
[0210]
在步骤s8中，为其制造接触元件18。
[0211]
在步骤s9中，中间段12b被制造——优选地以与较低的段12a相同的方式——并且在步骤s10中，两个较高的段12c、12d被制造在中间段12c的顶部。同样，可以以前述方式沉积波导材料，然后将其结构化以获得两个相邻段12c、12d，两个相邻段12c、12d包围它们之间的间隙14。应该注意的是，中间的段12b和较高的两段12c、12d的材料沉积可以中断或分开，例如当使用不同的波导材料时。然而，不排除中段12b所需的材料和上段12c、12d所需的材料在一次沉积过程中不间断地施加，并且段12b、12c、12d通过后续结构化获得。
[0212]
然后优选地，随后是用于获得钝化涂层19(s11)和其中的开口(s12)的步骤，如上面结合前面的图所解释的。在涂层19的材料沉积期间或由于涂层19的材料沉积，间隙14填充有涂层19的材料。
[0213]
图6示出了根据本发明第四方面的调制器22的实施例。
[0214]
它与根据图5的实施例不同，特别是在活性元件13的下方而不是上方存在的间隙14，此处活性元件13也通过石墨烯膜13给出(作为举例)，并且波导11的纵向部分12不包括四个，而是五个段12a、12b、12c、12d、12e。
[0215]
具体而言，两个较低的波导段12a、12b设置在活性元件13的下方并且在横向方向上彼此间隔开，形成在其间延伸的间隙14，并且波导段中的第一中间波导段12c设置在两个活性元件13之间，并且第二中间波导段12d设置在两个活性元件13上方，具体地在较高的活性元件13的上侧，并且较高的波导段12e设置在第二中间波导段12d上方，特别是在其上侧。
在该示例中，因此存在夹层状结构，从底部到顶部包括两个较低的波导段12a、12b、较低的活性元件13a、第一中间波导段12c、较高的活性元件13b、第二中间波导段12d和在其上侧的较高的波导段12e。这里，两个活性元件13都在波导11的纵向部分12内延伸。
[0216]
这里，两个较低的波导段12a、12b和第一中间波导段12c还同时用作钝化和蚀刻保护。
[0217]
关于间隙14在重叠区域23中在横向方向上的延伸，与关于图5的情况相同。
[0218]
为了获得图6的布置，步骤s1到s3可以再次相同。
[0219]
在步骤s4中，然后首先在平坦化涂层2的上侧10上制造两个波导段12a、12b，其中为此目的沉积波导材料，优选地以与前述实施例完全相同的方式，由此首先获得连续涂层，然后通过结构化制造间隙14，该结构化优选包括光刻和蚀刻，特别是rie，并填充有介电材料，例如sio2，并且表面优选被平坦化，例如通过cmp和/或抗蚀平坦化。
[0220]
然后，可以制造与图5中的左侧石墨烯膜13相关联的垂直互连接入8(步骤s5)，其延伸穿过平坦化涂层2和图5中左侧的较低的段12a，这可以如上所述进行。
[0221]
接下来，提供第一、较低的石墨烯膜13(步骤s6)，这也可以如前述示例中那样进行。较低的石墨烯膜13优选地以这样的方式布置，即它在横向方向上完全重叠间隙14，如图5中所见。
[0222]
然后，可以如上所述制造相关的接触元件18(步骤s6)，然后制造第一、中间波导段12c、用于第二、较高的石墨烯膜13的垂直互连接入8(步骤s7)、第二、较高的石墨烯膜13(s8)，以及如第一那样制造第二中间段12d(s9)，以及上段12e(s10)。段12c、12d和12e的制造可以例如类似于图5的段12a至12d的制造来完成，不同之处在于在段12e中不提供间隙，其仅被蚀刻为具有矩形横截面的条形段。
[0223]
最后，上述用于获得钝化涂层19(s11)和其中的开口(s12)的步骤也可以在这里进行。
[0224]
图7示出了根据本发明第五方面的调制器22的实施例。
[0225]
它与图6中的示例的不同之处仅在于在活性元件上方额外提供了第二间隙14，同样作为示例，活性元件由石墨烯膜13形成。作为图6中的条形波导段12e的替代，在第二中间段12d的上侧、在石墨烯膜13上方还设置了两个相邻的段12e和12f，它们彼此间隔开以形成第二间隙14。应当注意，在这种情况下，在涂层19材料的沉积期间或由于涂层19的材料的沉积，第二、较高的间隙14也填充有涂层19的材料。
[0226]
在该示例中，存在一种夹层状的结构，从底部到顶部包括两个较低的波导段12a、12b、较低的活性元件13a、第一中间波导段12c、较高的活性元件13b、第二中间波导段12d和在其上侧的两个相邻的较高的波导段12e、12f。同样，两个活性元件13在波导11的纵向部分12内延伸。
[0227]
两个较低的波导段12a、12b和第一中间波导段12c在这里也同时用作钝化和蚀刻保护。
[0228]
从图6中可以看出，由于两个活性元件13的偏置而形成的重叠区域23位于一个间隙14(具体地在下段12a和12b之间)上方，并且位于另一个间隙14下方，具体而言是上段12e和12f之间的间隙14。
[0229]
下间隙14、重叠区域23和上间隙14对齐。
[0230]
此处进一步适用的是，重叠区域23的延伸和两个间隙14的延伸在横向方向上相互适配。具体而言，重叠区域23在横向特别是在下段12a和12b之间上的延伸是上间隙14和下间隙14在该方向上的延伸的大约1.3倍。例如，它也可以对应于1.0倍或0.8倍。
[0231]
为了获得图7的布置，可以遵循与图6相同的过程，唯一的区别是较高的间隙14也必须被蚀刻。结果，在第二中间波导段12d的上侧而不是一个上段12e上得到在其间具有间隙14的两个上段12e和12f。
[0232]
如上所述，根据本发明的半导体器件的示例均包括多个光电探测器3或调制器22，在部分截面中仅以示例的方式示出了其中之一。在根据本发明的半导体器件的所示实施例中，所有光电探测器3或调制器22在设计上可以相同。然后该一致性实现了特别简单、快速的制造。然而，应该强调的是，根据本发明的半导体器件当然也可以包括图1和图3至图6中所示的光电探测器3和/或调制器22的不同实施例，例如根据图1的两个探测器3和根据图5的调制器。还可以存在多于两个不同的实施例，例如所示的光电探测器3和/或调制器22中每个的一个或多个。
[0233]
应当注意，晶片1上提供的各个布置，包括涂层2，可能是涂层17和涂层19，以及光电探测器3和/或调制器22，也可以各自被考虑和指定为光子平台。此外，应该注意的是，作为在所述实施例中在晶片1的后端制程7上制造光子平台的替代方案，原则上也可以将其单独制造并结合到晶片1。
[0234]
在完成根据本发明的半导体器件之后，可以从中以一种简单而快速的方式(特别是通过简单的切割，换句话说就是碎片化)获得多个半导体器件，每个半导体器件由其上构建有集成光子的芯片形成，该芯片具有一个或多个根据本发明的光电探测器3和/或调制器22。
[0235]
然后可以将通过切割获得的具有光电探测器3和/或调制器22的“裸芯片”插入封装中并提供以供进一步使用，正如从常规裸芯片中也已知的那样。
[0236]
通过切割具有晶片1和光电探测器3和/或调制器22的半导体器件而获得的具有一个或多个这种元件的芯片是根据本发明的半导体装置的一个实施例。
[0237]
需要说明的是，所有的局部截面图都只显示了一个比较小的截面，特别是只显示了切割后得到的晶片1或芯片的一小部分的截面。因此，所有部分截面都代表通过根据本发明的半导体器件和半导体装置的实施例的截面。此外，应当注意，已经在单个芯片之上可以根据应用提供多个光电探测器3和/或调制器22，例如几十个、几百个或甚至几千个。
技术特征：1.一种光电探测器(3)，其包括波导(11)的纵向部分(12)，所述波导(11)包括两个波导段(12a、12b)或由两个波导段(12a、12b)形成，两个波导段(12a、12b)在纵向方向上延伸并且至少基本上彼此平行，所述波导段(12a、12b)优选地在横向方向上彼此间隔开，形成在其间延伸的间隙(14)；和活性元件(13)，活性元件(13)与波导的纵向部分(12)重叠，并包括至少一种材料或由至少一种材料组成，所述至少一种材料吸收至少一种波长的电磁辐射，并且由于吸收而产生电光信号，其中两个波导段(12a、12b)分别在至少一侧，特别是在面向活性元件(14)的一侧至少部分地接触栅电极(15a、15b)，栅电极(15a、15b)优选包括硅或由硅组成。2.根据权利要求1所述的光电探测器(3)，其特征在于，所述栅电极(15a、15b)各自在其下侧与波导段(12a、12b)的上侧接触，并且各自在其上侧与设置在所述活性元件(13)和所述波导段(12a、12b)之间的介电涂层的下侧接触。3.根据权利要求1或2所述的光电探测器(3)，其特征在于，所述栅电极(15a、15b)包括至少一个波长的电磁辐射能够穿透和/或导电的材料或由至少一个波长的电磁辐射能够穿透和/或导电的材料组成。4.根据前述权利要求中任一项所述的光电探测器(3)，其特征在于，所述两个栅电极(15a、15b)中的每一个与和其接触的连接元件(8)相关联，并且在每种情况下，所述连接元件(8)中的一个延伸穿过所述波导段(12a、12b)之一。5.根据前述权利要求中任一项所述的光电探测器(3)，其特征在于，所述活性元件(13)至少部分地与所述两个波导段(12a、12b)和两个波导段(12a、12b)之间的间隙(14)重叠。6.一种光电探测器(3)，其包括波导(11)的纵向部分(12)和活性元件(13)，所述活性元件包括至少一种材料或由至少一种材料组成，所述至少一种材料吸收至少一种波长的电磁辐射，并且由于吸收而产生电光信号，其中两个载体元件(20)布置在波导(11)的纵向部分(12)的相对侧，并且与波导(11)的纵向部分(12)间隔开以形成两个间隙(21)，其中两个间隙(21)不含材料，并且其中活性元件(13)优选在横向方向上与波导(11)的纵向部分(12)、两个间隙(21)以及两个载体元件(20)的至少部分相重叠。7.根据权利要求6所述的光电探测器(3)，其特征在于，所述活性元件(13)位于所述波导(11)的纵向部分(12)的面向活性元件(13)的上侧，和/或位于所述载体元件(20)的面向活性元件(13)的上侧。8.根据前述权利要求中任一项所述的光电探测器(3)，其特征在于，所述活性元件(13)的吸收至少一种波长的电磁辐射并由于吸收而产生电光信号的至少一种材料是石墨烯，和/或至少一种二硫属化物，特别是二维过渡二硫属化物，和/或二维材料的异质结构和/或锗和/或至少一种电光聚合物和/或硅和/或至少一种化合物半导体，特别是至少一种iii-v半导体和/或一种ii-vi半导体。9.一种调制器(22)，其包括波导(11)的纵向部分(12)，所述波导(11)的纵向部分(12)包括四个波导段(12a、12b、12c、12d)或由四个波导段(12a、12b、12c、12d)形成，四个波导段(12a、12b、12c、12d)在纵向方向上延伸并且至少基本上彼此平行；和两个活性元件(13)，其包括折射率随电压和/或电荷和/或电场的存在而变化的至少一种材料或由折射率随电压和/或电荷和/或电场的存在而变化的至少一种材料组成，或者一个这种活性元件(13)和电极，其中所述波导段中的较低的波导段(12a)布置在所述两个活性元件(13)之间或布置在
活性元件(13)与电极之间，所述波导段中的中间的波导段(12b)布置在所述两个活性元件(13)上方或布置在活性元件(13)和电极的上方，并且两个剩下的较高的波导段(12c，12d)布置在中间的波导段(12b)上方，其中两个较高的波导段(12c，12d)优选地在横向方向上彼此间隔开，形成在其间延伸的间隙(14)。10.一种调制器(22)，其包括波导(11)的纵向部分(12)，所述波导(11)的纵向部分(12)包括五个波导段(12a、12b、12c、12d、12e)或由五个波导段(12a、12b、12c、12d、12e)形成，五个波导段在纵向方向上延伸并且至少基本上彼此平行；和两个活性元件(13)，其包括由折射率随电压和/或电荷和/或电场的存在而变化的至少一种材料或由折射率随电压和/或电荷和/或电场的存在而变化的至少一种材料组成，或者一个这样的活性元件(13)和电极，其中波导段中的两个较低的波导段(12a、12b)布置在活性元件(13)下方或布置在活性元件(13)和电极下方，并且优选地在横向方向上彼此间隔开，形成在其间延伸的间隙(14)，并且波导段中的第一中间波导段(12c)布置在两个活性元件(13)之间或布置在活性元件(13)与电极之间，并且第二中间波导段(12d)布置在两个活性元件(13)上方或者布置在活性元件(13)与电极上方，并且较高的波导段(12e)布置在第二中间波导段(12)上方。11.一种调制器(22)，其包括波导(11)的纵向部分(12)，所述波导(11)的纵向部分(12)包括六个波导段(12a、12b、12c、12d、12e、12f)或由六个波导段(12a、12b、12c、12d、12e、12f)形成，六个波导段沿纵向方向延伸并且至少基本上彼此平行；和两个活性元件(13)，其包括折射率随电压和/或电荷和/或电场的存在而变化的至少一种材料或由折射率随电压和/或电荷和/或电场的存在而变化的至少一种材料组成，或者一个这种活性元件(13)和电极，其中波导段中的两个较低的波导段(12a、12b)布置在活性元件(13)下方或布置在活性元件(13)和电极下方，并且优选地在横向方向上彼此间隔开，从而形成在其间延伸的间隙(14)，并且波导段中的第一中间波导段(12c)布置在两个活性元件(13)之间或布置在活性元件(13)与电极之间，并且第二中间波导段(12d)布置在两个活性元件(13)上方或布置在活性元件(13)和电极上方，并且剩余的两个较高的波导段(12e，12f)布置在第二中间波导段(12d)上方，其中两个较高的导波段(12e，12f)优选在横向上彼此间隔开，形成在其间延伸的间隙(14)。12.根据权利要求9至11中任一项所述的调制器(22)，其特征在于，所述两个活性元件(13)或所述活性元件(13)和所述电极彼此间隔开，并且彼此偏置布置，使得它们部分地彼此叠置，从而形成重叠区域(23)。13.根据权利要求9或10以及权利要求12所述的调制器(22)，其特征在于，所述重叠区域(23)位于所述间隙(14)上方或下方。14.根据权利要求11和权利要求12所述的调制器(22)，其特征在于，所述重叠区域(23)位于一个间隙(14)的上方，并且位于另一间隙(14)的下方。15.根据权利要求9至14中任一项所述的调制器(22)，其特征在于，在两个活性元件(13)上方或在活性元件和电极上方设置形成在彼此间隔开的两个波导段(12a-12f)之间的正好一个间隙(14)，和/或在两个活性元件(13)下方或在活性元件(13)和电极下方设置形成在彼此间隔开的两个波导段(12a-12f)之间的正好一个间隙(14)。16.根据权利要求9至15中任一项所述的调制器(22)，其特征在于，所述重叠区域(23)在横向方向上的延伸对应于间隙(14)或间隙(14)中的至少一个在横向方向上的延伸的0.8
倍至1.8倍，优选1.0倍至1.5倍。17.根据权利要求9至16中任一项所述的调制器(22)，其特征在于，所述活性元件(13)中的至少一个的折射率随电压和/或电荷和/或电场的存在而变化的至少一种材料是石墨烯，和/或至少一种二硫属化物，特别是二维过渡二硫属化物，和/或二维材料的异质结构和/或锗和/或铌酸锂和/或至少一种电光聚合物和/或硅和/或至少一种化合物半导体，特别是至少一种iii-v族半导体和/或至少一种ii-vi族半导体。18.根据前述权利要求中任一项所述的光电探测器(3)或调制器(22)，其特征在于，所述波导(11)的纵向部分(12)布置在平坦化涂层(2，17)上或上方，其中所述平坦化涂层，至少部分地，在波导(11)的纵向部分(12)所布置在其上的一侧上的粗糙度在1.0nm rms至0.1nm rms的范围内，特别是0.6nm rms至0.1nm rms的范围内，优选0.4nm rms至0.1nm rms的范围内，和/或波导(11)的纵向部分(12)至少部分地嵌入平坦化涂层(2，17)中，并且活性元件(13)或活性元件(13)中的一个布置在平坦化涂层(2，17)上，其中平坦化涂层(2，17)优选，至少部分地，在活性元件(13)所布置的一侧上的粗糙度在1.0nm rms至0.1nm rms的范围内，特别是从0.6nm rms至0.1nm rms的范围内，优选从0.4nm rms至0.1nm rms的范围内。19.根据前述权利要求中任一项所述的光电探测器(3)或调制器(22)，其特征在于，所述波导(11)的纵向部分(12)包括或由二氧化钛和/或氮化铝和/或五氧化二钽和/或氮化硅和/或氧化铝和/或氮氧化硅和/或铌酸锂和/或硅，特别是多晶硅，和/或亚磷酸铟和/或砷化镓和/或砷化铟镓和/或砷化铝镓和/或至少一种二硫属化物，特别是二维过渡金属二硫属化物，和/或硫属化物玻璃和/或二维材料的异质结构和/或树脂或含树脂材料，特别是su8，和/或聚合物或含聚合物的材料，特别是ormoclad和/或ormocore组成。20.一种半导体装置，其包括芯片和至少一个光电探测器(3)和/或调制器(22)，优选多个根据权利要求1至19中任一项所述的光电探测器和/或调制器(22)，其中所述光电探测器(3)和/或调制器(22)优选地布置在芯片上或设置在芯片上或上方的涂层上。21.根据权利要求20所述的半导体装置，其特征在于，所述光电探测器(3)和/或调制器(22)是在所述芯片上制造或结合到所述芯片的光子平台的一部分。22.一种半导体器件，其包括晶片(1)和至少一个光电探测器(3)和/或调制器(22)，优选多个根据权利要求1至19中任一项所述的光电探测器(3)和/或调制器(22)，其中所述光电探测器(3)和/或调制器(22)优选地布置在所述晶片(1)上或布置在所述晶片(1)上或上方设置的涂层(2)上。23.根据权利要求22所述的半导体器件，其特征在于，所述光电探测器(3)和/或调制器(22)是在所述晶片(1)上制造或结合到所述晶片(1)的光子平台的一部分。
技术总结本发明涉及一种光电探测器(3)，其包括：波导(11)的纵向部分(12)，该纵向部分包括或由两个波导段(12a、12b)形成，两个波导段(12a、12b)在纵向方向上至少基本上彼此平行地延伸，并且优选地在横向方向上彼此间隔开，以在它们之间形成间隙(14)；和活性元件(13)，其叠置于波导的纵向部分(12)并且包括或由吸收至少一种波长的电磁辐射并由于吸收而产生电光信号的至少一种材料组成，两个波导段(12a、12b)各自至少在某些部分上、在至少一侧、特别是在面对活性元件(14)的一侧上与栅电极(15a、15b)接触，栅电极(15a、15b)优选包含硅或由硅组成。15b)优选包含硅或由硅组成。15b)优选包含硅或由硅组成。
技术研发人员：D
受保护的技术使用者：应用微电子和光电子有限责任公司-AMO有限责任公司
技术研发日：2021.02.23
技术公布日：2022/11/1
