光子集成电路、光电系统和制造PIC的方法与流程

本公开涉及一种光子集成电路(pic)，该pic可用于例如但不限于电信应用、光探测与测距(lidar)或传感器应用。本公开进一步涉及包括所述pic的光电系统。本公开进一步涉及一种制造所述pic的方法。

背景技术：

1、由于越来越多的光学和/或电气功能被集成在单个裸片上而且该裸片最好具有尽可能小的尺寸，因此能够应用于例如但不限于光通信应用、lidar或传感器应用领域的pic正变得越来越复杂。

2、日益复杂的pic的一个例子是可用于相干接收的pic。众所周知，相干传输涉及通过调制两个光载波的幅度和相位来对光载波上的信息进行编码。两种偏振，即横向磁(tm)和横向电(te)，通常用于防止所述光载波在沿着例如由光纤或集成光波导形成的相同光路传播时彼此干扰。为了恢复编码信息，需要分离接收的光信号中的tm和te模式。

3、用于pic(特别是用于光通信应用)的最通用的技术平台使用包含基于inp的半导体材料的晶圆。基于inp的技术实现了有源器件(例如光产生和/或光吸收光学器件)和无源器件(例如光导和/或光开关光学器件)在单个裸片上的一个pic中的单片集成。

4、众所周知，由于量子阱的受限性质，大多数的基于inp的pic被优化用于处理te模式。因此，在例如相干接收的情况下，通常的做法是分离tm和te模式，然后将tm模式旋转或转换为te模式。偏振分离器(polarization splitter)通常用于分离tm和te模式，偏振旋转器(polarization rotator)通常用于随后将tm模式旋转或转换为te模式。

5、高度复杂的pic、特别是包括基于inp的偏振分离器和基于inp的偏振旋转器中的至少一者的pic的已知缺点是：由于上述组件的高制造复杂性和敏感性、以及cmos水平的工艺控制尚未广泛用于基于inp的平台，所以要实现合适的芯片产量是非常具有挑战性的。因此，需要提供一种包括基于inp的偏振旋转器的pic，该pic由于基于inp的偏振旋转器的改进设计而能够实现pic的改进性能和改进产量中的至少一者。此外，需要提供一种包括这种pic的光电系统。还需要提供一种制造根据本公开的pic的方法。

技术实现思路

1、本公开的目的是提供一种包括基于inp的偏振旋转器的pic，该基于inp的偏振旋转器具有改进的设计，该pic可以用于例如但不限于电信应用、lidar或传感器应用，预防或至少减少与包括本领域已知的基于inp的偏振旋转器的pic相关的上述和/或其他缺点中的至少一个缺点。

2、本公开的另一目的是提供一种光电系统，该光电系统可用于例如但不限于电信应用、lidar或传感器应用，该光电系统包括根据本公开的pic。

3、本公开的另一目的是提供一种制造根据本公开的pic的方法。

4、本公开的各个方面在所附的独立和从属权利要求中陈述。从属权利要求的特征可以适当地与独立权利要求的特征组合，而不仅仅是如权利要求中明确阐述的那样。此外，所有特征都可以替换为其他技术上等效的特征。

5、上述目的中的至少一个目的是通过方案1所定义的pic实现的。方案1中，所述pic的基于inp的偏振旋转器基于这样的概念，即该偏振旋转器的细长的基于inp的光波导的第一波导段(waveguide section)从横向于细长的基于inp的光波导和支撑衬底的方向看具有不对称横截面。这种波导段通常被称为肋形波导段。作为如方案1所限定的宽度轮廓wp1-wp6的布置和配置的结果，细长的基于inp的光波导的第一波导段中的第一基于inp的覆层(inp-based cladding layer)和第二基于inp的覆层之间的空间不对称性使得第一波导段的第一部分能够包括具有杂化长度lh的杂化区域，其中低阶tm模式(例如基本tm模式(tm0))和高阶te模式(例如te1)的有效折射率分别相似或尽可能相似。结果，在低阶tm模式穿过第一波导段朝向第三波导段传播时，可以在杂化区域中实现低阶tm模式(例如tm0)到高阶te模式(例如te1)的转换。

6、注意，根据基于inp的偏振旋转器的具体配置，也能够在根据本公开的pic的基于inp的偏振旋转器的细长的基于inp的光波导的第一波导段的第一部分中的杂化区域中实现从低阶te模式(例如基本te模式(te0))到转换的高阶tm模式(例如tm1)的绝热转变。鉴于上述观察结果，即由于量子阱的受限性质，大多数的基于inp的pic被优化用于处理te模式，应注意，尽管低阶te模式到高阶tm模式的转换或旋转也落入本公开的范围内，但为了简单起见，关于pic的基于inp的偏振旋转器的讨论将仅涉及低阶tm模式到高阶te模式(例如tm0到te1)的旋转或转换。

7、在方案1中，根据本公开的pic包括具有支撑衬底的基于inp的偏振旋转器，并且基于inp的偏振旋转器包括细长的基于inp的光波导，该细长的基于inp的光波导包括：

8、-作为所述支撑衬底的至少一部分的第一基于inp的覆层或被布置成至少部分地覆盖所述支撑衬底的外延基于inp的层；

9、-基于inp的芯层(inp-based core layer)，被布置成覆盖所述第一基于inp的覆层；和

10、-第二基于inp的覆层，被布置成至少部分地覆盖所述基于inp的芯层。

11、细长的基于inp的光波导被配置和布置成具有：

12、-第一波导段，所述第一波导段包括：

13、●第一部分，所述第一部分具有第一端部和第二端部，其中：

14、○从横向于所述细长的基于inp的光波导并平行于所述支撑衬底的方向看，至少所述基于inp的芯层的布置成与所述第一基于inp的覆层接触的第一部和所述第一基于inp的覆层具有第一宽度轮廓wp1，所述第一宽度轮廓wp1具有第一值w1，该第一值w1是恒定的；

15、○从横向于所述细长的基于inp的光波导并平行于所述支撑衬底的方向看，所述第二基于inp的覆层具有第二宽度轮廓wp2、或者所述基于inp的芯层的布置成与所述基于inp的芯层的第一部和所述第二基于inp的覆层两者接触的第二部以及所述第二基于inp的覆层具有第二宽度轮廓wp2，所述第二宽度轮廓wp2具有：

16、■在所述第一部分的第一端部处的第二值w2，所述第二值w2小于所述第一宽度轮廓wp1的第一值w1；和

17、■在所述第一部分的第二端部处的第三值w3，所述第三值w3大于所述第二值w2并且小于所述第一宽度轮廓wp1的第一值w1。

18、从平行于所述细长的基于inp的光波导的方向看，第一宽度轮廓wp1和第二宽度轮廓wp2被配置和布置成向所述第一部分提供杂化区域，在所述杂化区域中，所述细长的基于inp的光波导沿着杂化长度lh具有有效折射率值。所述有效折射率值使得能够在杂化区域中以至多-10db的模式转换损耗将低阶tm模式转换为高阶te模式。

19、应注意的是，杂化长度lh的控制是重要的，因为如果杂化长度lh太短，则低阶tm模式将没有时间完全转换成转换的高阶te模式。相反，如果杂化长度lh太长，则转换的高阶te模式可能在杂化区域结束之前开始转换回低阶tm模式。

20、在杂化区域中的某个点，细长的基于inp的光波导的有效折射率具有允许模式转换损耗具有最小值的值。在杂化区域中的这个所谓的交叉点处，在低阶tm模式到转换的高阶te模式的转换中存在最大值。理想情况下，该交叉点位于杂化区域的中心，即杂化长度lh的中间。

21、在根据本公开的pic的第一示例性实施例中，其中所述第二宽度轮廓wp2的第二宽度w2可以具有2.75μm的值，所述第二宽度轮廓wp2的第三宽度w3可以具有2.85μm的值，并且所述第一宽度轮廓wp1的第一宽度w1可以具有至少8μm的值，所述杂化区域沿着所述第一波导段的第一部分的偏移和所述杂化长度lh的变化可以主要取决于所述第二基于inp的覆层的第二宽度轮廓wp2的变化或者主要取决于所述基于inp的芯层的布置成与所述基于inp的芯层的第一部和所述第二基于inp的覆层两者接触的第二部以及所述第二基于inp的覆层的第二宽度轮廓wp2的变化，而不是取决于所述第二宽度轮廓wp2和至少所述基于inp的芯层的布置成与所述第一基于inp的覆层接触的第一部和所述第一基于inp的覆层的第一宽度轮廓wp1这两者的变化。

22、注意，第二宽度轮廓wp2从第二宽度w2到第三宽度w3的角度增量最接近地表示杂化区域中的有效折射率沿着杂化长度lh的变化率。如果在根据本公开的pic的上述第一示例性实施例中，其中第二宽度w2具有2.75μm的值并且第三宽度w3具有2.85μm的值，则使用具有0.00477度的第一值和±0.00095度的精度的角度，可以实现最多-10db的模式转换损耗。

23、至少所述细长的基于inp的光波导的第一波导段的第二部分的基于inp的芯层的与所述细长的基于inp的光波导的第一波导段的第二部分的第一基于inp的覆层接触的第一部和所述细长的基于inp的光波导的第一波导段的第二部分的第一基于inp的覆层的第三宽度轮廓wp3，以及所述细长的基于inp的光波导的第一波导段的第二部分的第二基于inp的覆层的第四宽度轮廓wp4或者所述细长的基于inp的光波导的第一波导段的第二部分的基于inp的芯层的与所述细长的基于inp的光波导的第一波导段的第二部分的第二基于inp的覆层接触的第二部以及所述细长的基于inp的光波导的第一波导段的第二部分的第二基于inp的覆层的第四宽度轮廓wp4，被配置为使得能够将tm0(te1)模式转换为具有大约10％ te(tm)分数的准tm0(te1)模式。对于至少所述细长的基于inp的光波导的第一波导段的第三部分的基于inp的芯层的与所述细长的基于inp的光波导的第一波导段的第三部分的第一基于inp的覆层接触的第一部和所述细长的基于inp的光波导的第一波导段的第三部分的第一基于inp的覆层的第五宽度轮廓wp5，以及所述细长的基于inp的光波导的第一波导段的第三部分的第二基于inp的覆层的第六宽度轮廓wp6或者所述细长的基于inp的光波导的第一波导段的第三部分的基于inp的芯层的与所述细长的基于inp的光波导的第一波导段的第三部分的第二基于inp的覆层接触的第二部以及所述细长的基于inp的光波导的第一波导段的第三部分的第二基于inp的覆层的第六宽度轮廓wp6，也是如此。第一波导段的总长度足以支持低损耗模式转换。第一波导段的第一部分的长度大于第一波导段的第二部分和第三部分各自的长度。

24、注意，第二宽度轮廓wp2、第三宽度轮廓wp3、第四宽度轮廓wp4、第五宽度轮廓wp5和第六宽度轮廓wp6中的任何一个都可以被配置成具有任意合适的形状。如在平行于支撑衬底的平面中所见，上述宽度轮廓中的任何一个宽度轮廓都可以例如具有线性、绝热或单调锥形的形状。

25、细长的基于inp的光波导的第二波导段和第三波导段从横向于细长的基于inp的光波导和支撑衬底的方向看具有对称的横截面。这种波导段通常被称为脊形波导段。与肋形波导段相比，脊形波导段的优点在于脊形波导段具有较低的传播损耗，支持较小的弯曲半径，并且在模式形状方面更稳定。因此，将细长的基于inp的光波导的第二波导段和第三波导段配置为脊形波导段是有利的。第二波导段和第三波导段可以具有任意合适的宽度轮廓，只要它们各自从横向于细长的基于inp的光波导和支撑衬底的方向上所看到的横截面是对称的即可。

26、基于以上内容，可以理解的是，由方案1限定的pic的实施例的基于inp的偏振旋转器具有改进的设计，由于pic的基于inp的偏振旋转器的临界尺寸的至少减小的变化，使得能够实现pic的改进性能和改进产量中的至少一者。

27、在根据本公开的pic的实施例中，

28、第一波导段的第二部分中的第三宽度轮廓wp3具有位于第二部分的第三端部处的第四值w4和第二部分的第四端部处的第五值w5之间的线性锥形形状或绝热锥形形状；以及

29、第一波导段的第三部分中的第五宽度轮廓wp5具有位于第三部分的第五端部处的第八值w8和第三部分的第六端部处的第九值w9之间的线性锥形形状或绝热锥形形状。

30、在第三宽度轮廓wp3和第五宽度轮廓wp5中的至少一者具有线性锥形形状的情况下，线性锥形形状可以例如是分段线性锥形形状。在第三宽度轮廓wp3具有在第四值w4和第五值w5之间严格地增大的线性锥形形状、并且第五宽度轮廓wp5具有在第八值w8和第九值w9之间严格地减小的线性锥形形状的情况下，随后在第一波导段的第二部分、第一部分和第三部分中的第三宽度轮廓wp3、第一宽度轮廓wp1和第五宽度轮廓wp5被配置为至少为所述基于inp的芯层的与所述第一基于inp的覆层接触的第一部和所述第一基于inp的覆层提供倾斜的六边形形状。

31、将第三宽度轮廓wp3和第五宽度轮廓wp5配置为具有绝热锥形形状而不是线性锥形形状的优点在于，可以减少pic的占地面积，同时支持光辐射的低损耗传播。

32、在根据本公开的pic的实施例中，

33、第一波导段的第一部分中的第二宽度轮廓wp2具有位于在第一部分的第一端部处的第二值w2和在第一部分的第二端部处的第三值w3之间的线性锥形形状或绝热锥形形状；

34、第一波导段的第二部分中的第四宽度轮廓wp4具有位于在第二部分的第三端部处的第六值w6和在第二部分的第四端部处的第七值w7之间的线性锥形形状或绝热锥形形状；以及

35、第一波导段的第三部分中的第六宽度轮廓wp6具有位于在第三部分的第五端部处的第十值w10和在第三部分的第六端部处的第十一值w11之间的线性锥形形状或绝热锥形形状。

36、在第二宽度轮廓wp2、第四宽度轮廓wp4和第六宽度轮廓wp6中的至少一者具有线性锥形形状的情况下，线性锥形形状例如可以是分段线性锥形形状或线性锥形形状，其在细长的基于inp的光波导的第一波导段的相应部分的相应端部处的相应值之间严格地增大。

37、将第二宽度轮廓wp2、第四宽度轮廓wp4和第六宽度轮廓wp6配置为具有绝热锥形形状而不是线性锥形形状的优点在于，可以减少pic的占地面积，同时支持光辐射的低损耗传播。

38、在根据本公开的pic的实施例中，

39、-第一波导段的第一部分中的第二宽度轮廓wp2具有位于在第一部分的第一端部处的第二值w2和在第一部分的第二端部处的第三值w3之间的线性锥形形状或绝热锥形形状；

40、-第一波导段的第二部分中的第三宽度轮廓wp3具有位于在第二部分的第三端部处的第四值w4和在第二部分的第四端部处的第五值w5之间的线性锥形形状或绝热锥形形状；

41、-第一波导段的第二部分中的第四宽度轮廓wp4具有位于在第二部分的第三端部处的第六值w6和在第二部分的第四端部处的第七值w7之间的线性锥形形状或绝热锥形形状；

42、-第一波导段的第三部分中的第五宽度轮廓wp5具有位于在第三部分的第五端部处的第八值w8和在第三部分的第六端部处的第九值w9之间的线性锥形形状或绝热锥形形状；以及

43、-第一波导段的第三部分中的第六宽度轮廓wp6具有位于在第三部分的第五端部处的第十值w10和在第三部分的第六端部处的第十一值w11之间的线性锥形形状或绝热锥形形状。

44、在第二宽度轮廓wp2、第三宽度轮廓wp3、第四宽度轮廓wp4、第五宽度轮廓wp5和第六宽度轮廓wp6中的至少一者具有线性锥形形状的情况下，线性锥形形状例如可以是分段线性锥形形状或线性锥形形状，其相对于第二宽度轮廓wp2、第三宽度轮廓wp3、第四宽度轮廓wp4和第六宽度轮廓wp6而在细长的基于inp的光波导的第一波导段的相应部分的相应端部处的相应值之间严格地增大，并且相对于第五宽度轮廓wp5而在细长的基于inp的光波导的第一波导段的第三部分的第五端部处的第八值w8和第三部分的第六端部处的第九值w9之间严格地减小。

45、将第二宽度轮廓wp2、第三宽度轮廓wp3、第四宽度轮廓wp4、第五宽度轮廓wp5、和第六宽度轮廓wp6配置为具有绝热锥形形状而不是线性锥形形状的优点在于，可以减少pic的占地面积，同时支持光辐射的低损耗传播。

46、在根据本公开的pic的实施例中，

47、-第一波导段的第二部分中的第四宽度轮廓wp4具有第一部，如在平行于支撑衬底的平面中看到的，该第一部具有至少六边形形状的圆周并且具有第一边，该第一边布置在第二部分的第三端部处并且等于第二部分的第三端部处的所述第六值w6；以及

48、-第一波导段的第三部分中的第六宽度轮廓wp6具有第二部，如在平行于支撑衬底的平面中看到的，该第二部具有至少六边形形状的圆周并且具有第二边，该第二边布置在第三部分的第六端部处并且等于第三部分的第六端部处的所述第十一值w11。

49、在pic的上述定义的实施例的制造过程中，从平行于支撑衬底的方向看，第二基于inp的覆层、或者基于inp的芯层的与第二基于inp的覆层接触的第二部以及第二基于inp的覆层通过使用第一浅干蚀刻而连续地设置有细长的基于inp的光波导的第二波导段的第八宽度轮廓wp8、第一波导段的第四宽度轮廓wp4、第二宽度轮廓wp2和第六宽度轮廓wp6以及第三波导段的第十宽度轮廓wp10。例如，可以使用反应离子蚀刻来执行第一浅干蚀刻。

50、第一波导段的第二部分的第三端部处的第四宽度轮廓wp4的第一部和第一波导段的第三部分的第六端部处的第六宽度轮廓wp6的第二部的六边形形状是在分别将第一波导段的第二部分和第三部分中的第二基于inp的覆层、或者基于inp的芯层的与第二基于inp的覆层接触的第二部以及第二基于inp的覆层的未受保护的牺牲部分暴露于第二深干蚀刻之后产生的。在第二深干蚀刻期间被移除的未受保护的牺牲部分能够适应在横向于细长的基于inp的光波导且平行于支撑衬底的方向上的任何覆盖误差，所述覆盖误差是由在光刻工艺期间的未对准引起的，在光刻工艺中，在第二深干蚀刻期间要使用的掩模层设置有图案，从平行于支撑衬底的方向看，该图案连续地包括细长的基于inp的光波导的第二波导段的第七宽度轮廓wp7、第一波导段的第三宽度轮廓wp3、第一宽度轮廓wp1和第五宽度轮廓wp5以及第三波导段的第九宽度轮廓wp9。第二深干蚀刻可以例如使用电感耦合等离子体蚀刻来执行。

51、通过适应所述覆盖误差，至少可以减少并且理想地防止细长的基于inp的光波导的第二波导段和第三波导段的非最佳波导横截面。结果，至少可以减少并且理想地防止在第二波导段和第三波导段中可能对pic的产量具有负面影响的不可预测的模式分布。

52、在根据本公开的pic的实施例中，从平行于细长的基于inp的光波导的方向看，

53、-第一波导段的第一部分具有大于杂化长度lh的第一长度l1，第一长度l1在从450μm到750μm的第一范围内或在从1450μm到1750μm的第二范围内；

54、-第一波导段的第二部分具有第二长度l2，第二长度l2在从20μm到100μm的第三范围内；以及

55、-第一波导段的第三部分具有第三长度l3，第三长度l3在从20μm到100μm的第三范围内。

56、注意，如果第一长度l1具有从第一范围中选择的第一值，则可以实现低阶tm模式到高阶te模式的一阶转换。例如，如果第二宽度轮廓wp2的第二宽度w2的值为2.75μm，第二宽度轮廓wp2的第三宽度w3的值为2.85μm，并且第二宽度轮廓wp2的角度增量为0.00477度的第一值且精度为±0.00095度，则值为600μm的第一长度l1可以实现tm0到te1的直接一阶转换。

57、如果第一长度l1具有从第二范围中选择的第二值，则可以实现低阶tm模式到高阶te模式的二阶转换，即低阶tm模式首先转换到高阶te模式、然后转换回低阶tm模式、最后转换到高阶te模式。例如，如果第二宽度轮廓wp2的第二宽度w2的值为2.75μm，第二宽度轮廓wp2的第三宽度w3的值为2.85μm，并且第二宽度轮廓wp2的角度增量为0.00179度的第二值且精度为±0.00019度，则值为1600μm的第一长度l1可以实现tm0到te1的二阶转换，即tm0首先转换到te1、然后再转换回tm0、最后转换到te1。

58、注意，尽管原则上对于超过1750μm的第一长度l1的值可以实现从低阶tm模式到高阶te模式的高阶转换，但是对于第一长度l1的这种值不仅会导致超过-10db的模式转换损耗，而且会导致pic的占地面积变得不必要的大。

59、如果第二长度l2和/或第三长度l3的值小于20μm，则可能出现显著的光学损耗。如果第二长度l2和/或第三长度l3的值大于100μm，则pic的占地面积将变得不必要的大。通过从第一范围或从第二范围选择第一长度l1的值、以及从第三范围选择第二长度l2和第三长度l3的值，细长的基于inp的光波导的第一波导段可以被配置为支持低损耗模式转换，即具有至多-10db的模式转换损耗。

60、在根据本公开的pic的实施例中，

61、-从横向于所述细长的基于inp的光波导并平行于所述支撑衬底的方向看，至少所述第二波导段的基于inp的芯层的布置成与所述第二波导段的第一基于inp的覆层接触的第一部和所述第二波导段的第一基于inp的覆层具有第七宽度轮廓wp7，所述第七宽度轮廓wp7具有第十二值w12，所述第十二值w12等于所述第一波导段的第二部分的第三端部处的第三宽度轮廓wp3的第四值w4；

62、-从横向于所述细长的基于inp的光波导并平行于所述支撑衬底的方向看，所述第二波导段的第二基于inp的覆层具有第八宽度轮廓wp8、或者所述第二波导段的基于inp的芯层的布置成与所述第二波导段的基于inp的芯层的第一部和第二基于inp的覆层两者接触的第二部以及所述第二波导段的第二基于inp的覆层具有第八宽度轮廓wp8，所述第八宽度轮廓wp8具有第十三值w13，所述第十三值w13等于所述第一波导段的第二部分的第三端部处的第四宽度轮廓wp4的第六值w6；以及

63、-从横向于所述细长的基于inp的光波导且平行于所述支撑衬底的方向看，至少所述第三波导段的基于inp的芯层的第一部和第一基于inp的覆层具有第九宽度轮廓wp9，所述第九宽度轮廓wp9具有第十四值w14，所述第十四值w14等于所述第一波导段的第三部分的第六端部处的第五宽度轮廓wp5的第九值w9；

64、-从横向于所述细长的基于inp的光波导且平行于所述支撑衬底的方向看，所述第三波导段的第二基于inp的覆层具有第十宽度轮廓wp10、或者所述第三波导段的基于inp的芯层的第二部和所述第三波导段的第二基于inp的覆层具有第十宽度轮廓wp10，所述第十宽度轮廓wp10具有第十五值w15，所述第十五值w15等于所述第一波导段的第三部分的第六端部处的第六宽度轮廓wp6的第十一值w11。

65、如上所述，有利的是，根据本公开的pic的第二波导段和第三波导段是脊形波导段，即，从横向于细长的基于inp的光波导和支撑衬底的方向看，具有对称的横截面。因此，第二波导段的第七宽度轮廓wp7和第八宽度轮廓wp8从横向于细长的基于inp的光波导且平行于支撑衬底的方向看具有相等的形状。对于第三波导段的第九宽度轮廓wp9和第十宽度轮廓wp10，也是如此。原则上，pic的上述实施例的第二波导段和第三波导段可以被配置为具有任意合适的形状。典型地，第二波导段的第七宽度轮廓wp7的第十二值w12和第八宽度轮廓wp8的第十三值w13在最终制造的pic中是恒定的。关于图7c和7h，提供了关于第二波导段的第七宽度轮廓wp7和第八宽度轮廓wp8以及第三波导段的第九宽度轮廓wp9和第十宽度轮廓wp10在制造pic期间的可能形状的示例，以在最终制造的pic中达到第二波导段的第七宽度轮廓wp7的第十二值w12和第八宽度轮廓wp8的第十三值w13的第一恒定值，以及第三波导段的第九宽度轮廓wp9的第十四值w14和第十宽度轮廓wp10的第十五值w15的第二恒定值。基于以上所述，第一恒定值和第二恒定值通常是不同的。

66、在根据本公开的pic的实施例中，基于inp的芯层包括ingaasp材料。

67、在根据本公开的pic的实施例中，pic是混合pic。混合pic允许本公开的优点应用于iii-v光子学领域以及硅光子学领域。混合pic可以在单个裸片上包括包括iii-v族半导体材料(例如，基于inp的半导体材料)的光子组件和包括iv族半导体材料(例如，si基半导体材料)的光子组件。根据本公开的混合pic的优点可以是例如在故障或损坏的情况下可以更换光子组件。

68、在根据本公开的pic的实施例中，pic是基于inp的单片pic。基于inp的单片pic的优点是有源组件(例如光生成和/或光吸收光学器件)和无源组件(例如光导和/或光开关光学器件)可以集成在单个裸片的同一半导体衬底上。因此，基于inp的单片pic的制造不那么麻烦，因此比混合pic的组装要便宜，混合pic需要组装步骤以实现有源和无源光电器件的混合互连，每个有源和无源光电器件通常在不同的衬底上制造。此外，基于inp的单片pic能够允许pic具有比混合pic的总尺寸更小的总尺寸。

69、根据本公开的另一方面，提供了一种光电系统，该光电系统包括根据本公开的pic。例如，该光电系统可用于但不限于电信应用、lidar或传感器应用。该光电系统可以是接收机、收发机、相干接收机和相干收发机之一。因为基于inp的偏振旋转器的改进设计可以提高根据本公开的pic的性能和产量中的至少一者，所以包括所述pic的光电系统的性能和产量中的至少一者也可以提高。

70、根据本公开的又一方面，提供了一种制造根据本公开的pic的方法。一种制造pic的方法，所述pic包括具有支撑衬底的基于inp的偏振旋转器，所述基于inp的偏振旋转器包括细长的基于inp的光波导，所述细长的基于inp的光波导包括：

71、-作为所述支撑衬底的至少一部分的第一基于inp的覆层或布置成至少部分地覆盖所述支撑衬底的外延基于inp的层；

72、-基于inp的芯层，被布置成覆盖所述第一基于inp的覆层；和

73、-第二基于inp的覆层，被布置成至少部分地覆盖所述基于inp的芯层；

74、其中所述细长的基于inp的光波导被配置和布置成具有：

75、-第一波导段，所述第一波导段包括：

76、●第一部分，所述第一部分具有第一端部和第二端部，其中：

77、○至少所述基于inp的芯层的布置成与所述第一基于inp的覆层接触的第一部和所述第一基于inp的覆层从横向于所述细长的基于inp的光波导且平行于所述支撑衬底的方向看具有第一宽度轮廓wp1，所述第一宽度轮廓wp1具有第一值w1，所述第一值w1是恒定的；

78、○从横向于所述细长的基于inp的光波导并平行于所述支撑衬底的方向看，所述第二基于inp的覆层具有第二宽度轮廓wp2、或者所述基于inp的芯层的布置成与所述基于inp的芯层的第一部和所述第二基于inp的覆层两者接触的第二部以及所述第二基于inp的覆层具有所述第二宽度轮廓，所述第二宽度轮廓具有：

79、■所述第一部分的第一端部处的第二值w2，所述第二值w2小于所述第一宽度轮廓wp1的第一值w1；和

80、■所述第一部分的第二端部处的第三值w3，所述第三值w3大于所述第二值w2并且小于所述第一宽度轮廓wp1的第一值w1；和

81、○所述第一宽度轮廓wp1和所述第二宽度轮廓wp2被配置和布置成向所述第一部分提供杂化区域，在所述杂化区域中，从平行于所述细长的基于inp的光波导的方向看，所述细长的基于inp的光波导沿着杂化长度lh具有有效折射率值，所述有效折射率值使得能够在所述杂化区域中以至多-10db的模式转换损耗将低阶tm模式转换为高阶te模式；

82、●第二部分，所述第二部分具有第三端部和第四端部，所述第四端部被布置成与所述第一部分的第一端部光学连接，其中：

83、○从横向于所述细长的基于inp的光波导且平行于所述支撑衬底的方向看，至少所述基于inp的芯层的第一部和所述第一基于inp的覆层具有第三宽度轮廓wp3，所述第三宽度轮廓wp3具有：

84、■所述第二部分的第三端部处的第四值w4，所述第四值w4小于所述第一部分中的第一宽度轮廓wp1的第一值w1；和

85、■所述第二部分的第四端部处的第五值w5，所述第五值w5等于所述第一部分中的第一宽度轮廓wp1的第一值w1；以及

86、○从横向于所述细长的基于inp的光波导且平行于所述支撑衬底的方向看，所述第二基于inp的覆层具有第四宽度轮廓wp4或所述基于inp的芯层的第二部以及所述第二基于inp的覆层具有第四宽度轮廓wp4，所述第四宽度轮廓wp4具有：

87、■所述第二部分的第三端部处的第六值w6，所述第六值w6等于所述第三宽度轮廓wp3的第四值w4；和

88、■所述第二部分的第四端部处的第七值w7，所述第七值w7等于所述第一部分中的第二宽度轮廓wp2的第二值w2；以及

89、●第三部分，所述第三部分具有第五端部和第六端部，所述第五端部布置成与所述第一部分的第二端部光学连接，其中：

90、○从横向于所述细长的基于inp的光波导且平行于所述支撑衬底的方向看，至少所述基于inp的芯层的第一部和所述第一基于inp的覆层具有第五宽度轮廓wp5，所述第五宽度轮廓wp5具有：

91、■所述第三部分的第五端部处的第八值w8，所述第八值w8等于所述第一部分中的第一宽度轮廓wp1的第一值w1；和

92、■所述第三部分的第六端部处的第九值w9，所述第九值w9小于所述第八值w8且大于所述第二部分中的第三宽度轮廓wp3的第四值w4；以及

93、○从横向于所述细长的基于inp的光波导且平行于所述支撑衬底的方向看，所述第二基于inp的覆层具有第六宽度轮廓wp6或者所述基于inp的芯层的第二部以及所述第二基于inp的覆层具有所述第六宽度轮廓wp6，所述第六宽度轮廓wp6具有：

94、■所述第三部分的第五端部处的第十值w10，所述第十值w10等于所述第一部分中的第二宽度轮廓wp2的第三值w3；和

95、■所述第三部分的第六端部处的第十一值w11，所述第十一值w11等于所述第五宽度轮廓wp5的第九值w9；

96、-第二波导段，所述第二波导段包括：

97、○第七端部；

98、○第八端部，布置成与所述第一波导段的第二部分的第三端部光学连接；以及

99、○第一横截面，所述第一横截面从横向于所述细长的基于inp的光波导和所述支撑衬底两者的方向上看是对称的，所述第一横截面允许所述第二波导段支持tm0模式、te0模式、tm1模式和te1模式中的至少一者；

100、其中：

101、○从横向于所述细长的基于inp的光波导且平行于所述支撑衬底的方向看，至少所述第二波导段的基于inp的芯层的第一部和第一基于inp的覆层具有第七宽度轮廓wp7，所述第七宽度轮廓wp7具有第十二值w12，所述第十二值w12等于所述第一波导段的第二部分的第三端部处的第三宽度轮廓wp3的第四值w4；以及

102、○从横向于所述细长的基于inp的光波导且平行于所述支撑衬底的方向看，所述第二波导段的第二基于inp的覆层具有第八宽度轮廓wp8或者所述第二波导段的基于inp的芯层的第二部以及所述第二波导段的第二基于inp的覆层具有所述第八宽度轮廓wp8，所述第八宽度轮廓wp8具有第十三值w13，所述第十三值w13等于所述第一波导段的第二部分的第三端部处的第四宽度轮廓wp4的第六值w6；以及

103、-第三波导段，所述第三波导段包括：

104、○第九端部，被布置成与所述第一波导段的第三部分的第六端部光学连接；以及

105、○第十端部；以及

106、○第二横截面，所述第二横截面从横向于所述细长的基于inp的光波导和所述支撑衬底两者的方向上看是对称的，所述第二横截面允许所述第三波导段支持tm0模式、te0模式、tm1模式和te1模式中的至少一者；

107、其中：

108、○从横向于所述细长的基于inp的光波导且平行于所述支撑衬底的方向看，至少所述第三波导段的基于inp的芯层的第一部和第一基于inp的覆层具有第九宽度轮廓wp9，所述第九宽度轮廓wp9具有第十四值w14，所述第十四值w14等于所述第一波导段的第三部分的第六端部处的第五宽度轮廓wp5的第九值w9；以及

109、○从横向于所述细长的基于inp的光波导且平行于所述支撑衬底的方向看，所述第三波导段的第二基于inp的覆层具有第十宽度轮廓wp10或者所述第三波导段的基于inp的芯层的第二部以及所述第三波导段的第二基于inp的覆层具有所述第十宽度轮廓wp10，所述第十宽度轮廓wp10具有第十五值w15，所述第十五值w15等于所述第一波导段的第三部分的第六端部处的第六宽度轮廓wp6的第十一

110、值w11；

111、其中所述方法包括：

112、-为所述基于inp的偏振旋转器的所述细长的基于inp的光波导提供所述支撑衬底、所述第一基于inp的覆层、所述基于inp的芯层和所述第二基于inp的覆层；

113、-提供覆盖所述第二基于inp的覆层的第一掩模层或提供被布置成覆盖所述第二基于inp的覆层的至少一个保护层；

114、-对所述第一掩模层施加第一光刻工艺，以向所述第一掩模层提供第一图案，从平行于所述支撑衬底的方向看，所述第一图案连续地包括所述细长的基于inp的光波导的所述第二波导段的所述第八宽度轮廓wp8、所述第一波导段的所述第四宽度轮廓wp4、所述第二宽度轮廓wp2和所述第六宽度轮廓wp6以及所述第三波导段的所述第十宽度轮廓wp10，由此获得：

115、●所述第二基于inp的覆层的或被布置成覆盖所述第二基于inp的覆层的所述至少一个保护层的、被根据所述第一图案成形的所述第一掩模层覆盖的区域；以及

116、●所述第二基于inp的覆层的或被布置成覆盖所述第二基于inp的覆层的所述至少一个保护层的、未覆盖区域；

117、-对所述第二基于inp的覆层的或被布置成覆盖所述第二基于inp的覆层的所述至少一个保护层的所述未覆盖区域以及所述第一掩模层施加第一干蚀刻，以将所述第一图案转移到所述基于inp的芯层的布置成与所述第二基于inp的覆层接触的第二部和所述第二基于inp的覆层中的至少一者，由此获得：

118、●蚀刻的第一掩模层；以及

119、●相对于所述第二基于inp的覆层的或布置成覆盖所述第二基于inp的覆层的所述至少一个保护层的、未蚀刻区域，处于第一蚀刻深度处的基于inp的材料的第一蚀刻区域；

120、-从所述第二基于inp的覆层的或布置成覆盖所述第二基于inp的覆层的所述至少一个保护层的所述未蚀刻区域移除蚀刻的第一掩模层；

121、-提供第二掩模层，所述第二掩模层覆盖所述基于inp的材料的所述第一蚀刻区域和所述第二基于inp的覆层的或布置成覆盖所述第二基于inp的覆层的所述至少一个保护层的所述未蚀刻区域；

122、-对所述第二掩模层施加第二光刻工艺，所述第二光刻工艺向所述第二掩膜层提供第二图案，从平行于所述细长的基于inp的光波导的所述第二波导段的所述第八宽度轮廓wp8、所述第一波导段的所述第四宽度轮廓wp4、所述第二宽度轮廓wp2和所述第六宽度轮廓wp6以及所述第三波导段的所述第十宽度轮廓wp10的方向看，所述第二图案连续地包括所述细长的基于inp的光波导的所述第二波导段的所述第七宽度轮廓wp7、所述第一波导段的所述第三宽度轮廓wp3、所述第一宽度轮廓wp1和所述第五宽度轮廓wp5以及所述第三波导段的所述第九宽度轮廓wp9，由此获得：

123、●根据所述第二图案成形的所述第二掩模层，所述第二掩模层覆盖：

124、○所述第二基于inp的覆层的或布置成覆盖所述第二基于inp的覆层的所述至少一个保护层的、所述未蚀刻区域的至少一部分；以及○基于inp的材料的所述第一蚀刻区域的部分；

125、●基于inp的材料的所述第一蚀刻区域的未覆盖部分；以及

126、●如果根据所述第二图案成形的所述第二掩模层部分地覆盖所述第二基于inp的覆层的或布置成覆盖所述第二基于inp的覆层的所述至少一个保护层的、所述未蚀刻区域，则所述第二基于inp的覆层的或布置成覆盖所述第二基于inp的覆层的所述至少一个保护层的、所述未蚀刻区域的未覆盖部分；

127、-将第二干蚀刻施加到：

128、●所述第二掩模层；

129、●基于inp的材料的所述第一蚀刻区域的所述未覆盖部分；以及

130、●如果根据所述第二图案成形的所述第二掩模层部分地覆盖所述第二基于inp的覆层的或布置成覆盖所述第二基于inp的覆层的所述至少一个保护层的、所述未蚀刻区域，则所述第二基于inp的覆层的或布置成覆盖所述第二基于inp的覆层的所述至少一个保护层的、所述未蚀刻区域的所述未覆盖部分；

131、将所述第二图案转移到至少所述基于inp的芯层的第一部和所述第一基于inp的覆层，从而获得：

132、●蚀刻的第二掩模层；以及

133、●相对于所述第二基于inp的覆层的或布置成覆盖所述第二基于inp的覆层的所述至少一个保护层的、所述未蚀刻区域，处于第二蚀刻深度d2处的基于inp的材料的第二蚀刻区域，所述第二蚀刻深度d2大于所述第一蚀刻深度d1。

134、通过执行根据本公开的方法直接获得的pic可以具有上述优点中的至少一个优点。