一种波导交叉单元及其制作方法技术

本发明专利技术提供的一种波导交叉单元及其制作方法，其中，基于SOI的波导交叉单元包括：衬底、下层光波导、上层光波导、中间层及隔离层；下层光波导与上层光波导呈桥式结构相互交叉设置在衬底上；隔离层设置在衬底的中间部位处，中间层分别设置在下层光波导、隔离层的上表面，上层光波导设置在中间层的上表面；下层光波导与上层光波导的折射率相同；中间层的折射率小于下层光波导的折射率；隔离层的折射率小于下层光波导的折射率；衬底的折射率小于下层光波导的折射率；隔离层的折射率小于中间层的折射率；本发明专利技术具有低损耗、低串扰的结构特点。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供的，其中，基于SOI的波导交叉单元包括：衬底、下层光波导、上层光波导、中间层及隔离层；下层光波导与上层光波导呈桥式结构相互交叉设置在衬底上；隔离层设置在衬底的中间部位处，中间层分别设置在下层光波导、隔离层的上表面，上层光波导设置在中间层的上表面；下层光波导与上层光波导的折射率相同；中间层的折射率小于下层光波导的折射率；隔离层的折射率小于下层光波导的折射率；衬底的折射率小于下层光波导的折射率；隔离层的折射率小于中间层的折射率；本专利技术具有低损耗、低串扰的结构特点。【专利说明】
本专利技术属于光波导
，特别涉及。
技术介绍
现代光子技术的发展对器件的集成性、片上器件密度、功能、性能等要求越来越高，这使得单芯片上光波导之间交叉次数大大增加。同时，SOI (Silicon On Isolator,绝缘衬底上的硅)材料作为光集成研究的热点材料具有导光特性好、对光的限制作用强以及与标准CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor,互补金属氧化物半导体)工艺完全兼容等优点，然而SOI大的芯/包折射率差使其导模的空间角很大，从而导致光在波导交叉的部分会产生显著的散射。SOI光波导单次直接交叉的损耗和串扰分别为I?1.5dB和-10?-15dB，大量交叉产生的损耗和串扰对单芯片而言将难以接受。因此，寻找一种低损耗、低串扰、具有紧凑性且与现代半导体工艺相容的光波导交叉方案一直是现阶段急需解决的难题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种低损耗、低串扰的基于SOI的波导交叉单元及其制作方法。为解决上述技术问题，依据本专利技术的一个方面，提供了一种波导交叉单元，包括:衬底、下层光波导、上层光波导、中间层及隔离层；所述下层光波导与所述上层光波导呈桥式结构相互交叉设置在所述衬底上；所述隔离层设置在所述衬底的中间部位处，且覆盖在所述下层光波导的上表面；所述中间层分别设置在所述下层光波导和所述隔离层的上表面，且覆盖所述衬底；所述上层光波导设置在所述中间层的上表面；所述下层光波导与所述上层光波导的折射率相同；所述中间层的折射率小于所述下层光波导的折射率；所述隔离层的折射率小于所述下层光波导的折射率；所述衬底的折射率小于所述下层光波导的折射率；所述隔离层的折射率小于所述中间层的折射率；所述衬底、所述下层光波导、所述上层光波导及所述中间层构成波导交叉单元的垂直耦合部分，所述垂直耦合部分由下至上依次为:所述衬底、所述下层光波导、所述中间层、所述上层光波导；所述衬底、所述下层光波导、所述上层光波导、所述中间层及所述隔离层构成波导交叉单元的交叉部分，所述交叉部分由下至上依次为:所述衬底、所述下层光波导、所述隔离层、所述中间层和所述上层光波导。进一步地，所述下层光波导是直波导和锥形波导中的一种；和/或，所述上层光波导是直波导和锥形波导中的一种。进一步地，还包括:包层；所述包层设置在所述上层光波导的上表面，且覆盖所述上层光波导；所述包层的折射率小于所述下层光波导的折射率。进一步地，所述上层光波导的宽度大于或等于所述下层光波导的宽度。又一方面，本专利技术提供了一种基于SOI的波导交叉单元制作方法，包括:对光波导材料基片进行初次刻蚀，生成相互交叉的下层光波导；所述下层光波导的折射率为Il1 ;在生成有下层光波导的光波导材料基片中间部位处生长隔离层；所述隔离层覆盖所述下层光波导；所述隔离层的折射率为n2 ;对所述光波导材料基片上除生长隔离层区域外的其他区域进行二次刻蚀至所述下层光波导的上表面；分别在所述下层光波导、所述隔离层上生长中间层；所述中间层覆盖所述光波导材料基片；所述中间层的折射率为n3 ;在所述中间层上生长上层光波导；所述上层光波导的折射率为n4 ;其中，n2小于Ii1 ；n3小于Ii1 ；n2小于n3等于n4。进一步地，还包括:在生成有所述下层光波导、所述隔离层、所述中间层及所述上层光波导的光波导材料基片上生长包层；所述包层覆盖所述下层光波导、所述隔离层、所述中间层及所述上层光波导。进一步地，还包括:在所述光波导材料基片上除生长隔离层区域外的其他区域进行二次刻蚀之前，对所述隔离层进行平坦化；平坦化之后的所述隔离层的上表面与所述下层光波导的上表面的垂直距离大于零。进一步地，还包括:在所述中间层上生长上层光波导之前，对所述中间层进行平坦化；平坦化之后的所述中间层的上表面与所述下层光波导的上表面的垂直距离大于零。本专利技术提供了的一种波导交叉单元，通过将下层光波导与上层光波导采用桥式结构相互交叉设置在衬底上(下层光波导在下，上层光波导在上)；将隔离层设置在衬底的中间部位处，且覆盖在下层光波导的上表面；中间层分别设置在下层光波导、隔离层的上表面，且覆盖衬底；上层光波导设置在中间层的上表面，实现了相互交叉的两支光波导中的一支首先通过下层光波导进行传输，然后耦合至上层光波导中，另一支在下层光波导中保持原有的方向进行传输，从而使原本应该产生交叉的两支光波导在空间上分为上、下两层光波导，同时在交叉部分的下层光波导、上层光波导之间填充低折射率的隔离层使串扰几乎为零，填充较大折射率的中间层实现了短距离、高效率的光束耦合；具有低损耗、低串扰的结构特点。【专利附图】【附图说明】为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的一种波导交叉单元结构主视图；以及图2为本专利技术实施例提供的一种波导交叉单元中，未设置隔离层时衬底及下层光波导的结构俯视图；以及图3为本专利技术实施例提供的一种波导交叉单元中，设置隔离层后衬底、下层光波导及隔离层的结构俯视图；以及图4为本专利技术实施例提供的一种波导交叉单元中，设置上层光波导后衬底、下层光波导、隔离层、中间层及上层光波导的结构俯视图；以及图5为本专利技术实施例提供的一种波导交叉单元制作方法的工艺流程图；其中，衬底-101，下层光波导-102，上层光波导-103，中间层-104，包层-105，隔离层-106。【具体实施方式】下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。请参阅图1，本专利技术实施例提供的一种波导交叉单元，包括:衬底101、下层光波导102、上层光波导103、中间层104及隔离层106 ;其中，下层光波导102与上层光波导103呈桥式结构相互交叉设置在衬底101上(下层光波导102在下，上层光波导103在上);隔离层104设置在衬底101的中间部位处，且覆盖在下层光波导102的上表面；中间层104分别设置在下层光波导102、隔离层106的上表面，且覆盖衬底101 ;上层光波导103设置在中间层104的上表面。具体而言，请参阅图2-4，可选用基于SIO的光波导材料基片作为波导交叉单元的衬底101，该衬底101可呈方形结构；在衬底101的上表面可设置呈本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘陈，魏玉明，刘德明，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：