包括超材料层的边缘耦合器制造技术

本发明专利技术涉及包括超材料层的边缘耦合器，提供边缘耦合器的结构以及制造此类结构的方法。该结构包括衬底、波导芯，以及在该衬底与该波导芯间沿垂直方向设置的超材料层。该超材料层包括由多个间隙隔开的多个元件以及位于该多个间隙中的介电材料。个间隙中的介电材料。个间隙中的介电材料。

【技术实现步骤摘要】
包括超材料层的边缘耦合器


[0001]本揭示涉及光子芯片，尤其涉及边缘耦合器的结构以及制造此类结构的方法。

技术介绍

[0002]光子芯片用于许多应用及系统中，包括但不限于数据通信系统及数据计算系统。光子芯片将光学组件(例如波导、光检测器、调制器，以及光功率分配器)与电子组件(例如场效应晶体管)集成于统一的平台中。除其它因素以外，布局面积、成本以及操作开销可通过在同一芯片上集成两种类型的组件来减小。
[0003]边缘耦合器(也称为光斑尺寸转换器)通常用于将来自光源例如激光器或光纤的给定模式的光耦合至该光子芯片上的光学组件。该边缘耦合器可包括波导芯段，其定义具有顶端的倒锥(inverse taper)。在该边缘耦合器构造中，该倒锥的窄端提供位于邻近该光源设置的该顶端的端面，且该倒锥的宽端与该波导芯的另一段连接，以将光路由至该光子芯片的该光学组件。
[0004]当光从该光源被传输至该边缘耦合器时，该倒锥的逐渐变化的剖面面积支持模式转换以及与模式转换相关的模式尺寸变化。该倒锥的该顶端不能完全限制自该光源接收的入射模式，因为该顶端的剖面面积显著小于模式尺寸。因此，入射模式的电磁场的很大一部分分布于该倒锥的该顶端周围。随着宽度增加，该倒锥可支持全部入射模式并限制电磁场。
[0005]在使用期间，传统的边缘耦合器可能易受至衬底的光的显著泄漏损失的影响。该泄漏损失可包括来自大模式尺寸与边缘耦合器的顶端的小尺寸之间的不匹配的贡献。当将来自单模光纤的横磁极化模式的光耦合至氮化硅波导芯时，该泄漏损失可能尤其高。<br/>[0006]需要改进的边缘耦合器的结构以及制造此类结构的方法。

技术实现思路

[0007]在本专利技术的一个实施例中，一种结构包括衬底、波导芯，以及在该衬底与该波导芯之间沿垂直方向设置的超材料层。该超材料层包括由多个间隙隔开的多个元件以及位于该多个间隙中的介电材料。
[0008]在本专利技术的一个实施例中，一种方法包括形成包括由多个间隙隔开的多个元件以及位于该多个间隙中的第一介电材料的超材料层，以及形成波导芯。该超材料层在该衬底与该波导芯之间沿垂直方向设置。
附图说明
[0009]包含于并构成本说明书的一部分的附图示例说明本专利技术的各种实施例，并与上面所作的有关本专利技术的概括说明以及下面所作的有关该些实施例的详细说明一起用以解释本专利技术的该些实施例。在该些附图中，类似的附图标记表示不同视图中类似的特征。
[0010]图1显示依据本专利技术的实施例处于制程方法的初始制造阶段的结构的顶视图。
[0011]图2显示大体沿图1中的线2
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2所作的剖视图。
[0012]图3显示处于图1之后的该制程方法的制造阶段的该结构的顶视图。
[0013]图4显示大体沿图3中的线4
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4所作的剖视图。
[0014]图5显示处于图3之后的该制程方法的制造阶段的该结构的顶视图。
[0015]图6显示大体沿图5中的线6
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6所作的剖视图。
[0016]图7显示处于图5之后的该制程方法的制造阶段的该结构的顶视图。
[0017]图8显示大体沿图7中的线8
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8所作的剖视图。
[0018]图9显示依据本专利技术的替代实施例的结构的剖视图。
[0019]图10显示依据本专利技术的替代实施例的结构的顶视图。
[0020]图11显示依据本专利技术的替代实施例的结构的顶视图。
[0021]图12显示依据本专利技术的替代实施例处于制程方法的制造阶段的结构的顶视图。
[0022]图13显示大体沿图12中的线13
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13所作的剖视图。
[0023]图14显示处于图13之后的该制程方法的制造阶段的该结构的剖视图。
具体实施方式
[0024]请参照图1、2并依据本专利技术的实施例，边缘耦合器的结构10包括设置于介电层14及衬底16上方的波导芯12。在一个实施例中，介电层14可由介电材料例如二氧化硅组成，且衬底16可由半导体材料例如单晶硅组成。在一个实施例中，介电层14可为绝缘体上硅衬底的埋置氧化物层，且介电层14可将波导芯12与衬底16隔开。在一个替代实施例中，在介电层14与波导芯12之间可设置由介电材料例如二氧化硅组成的额外介电层。
[0025]波导芯12可沿纵轴13对齐。波导芯12可包括倒锥18、倒锥19、通过倒锥19与倒锥18连接的段20，以及终止倒锥18的端部表面22。倒锥是指由沿模式传播方向的宽度逐渐增加表征的波导芯的锥形段。在此方面，倒锥18的宽度W1随着沿纵轴13与端部表面22的距离增加而增加，且倒锥19的宽度W1也随着沿纵轴13与端部表面22的距离增加而增加，但具有不同的锥角。波导芯12的段20可与其它光学组件连接。
[0026]波导芯12可由介电材料例如氮化硅组成，其折射率大于二氧化硅的折射率。在一个替代实施例中，波导芯12可由氮氧化硅组成。在一个实施例中，波导芯12可通过在介电层14上通过化学气相沉积沉积其构成材料层并通过光刻及蚀刻制程图案化该沉积层来形成。
[0027]结构10包括连续布置的多个阶段。在该些阶段的其中之一中布置波导芯12的倒锥18，并在该些阶段的其中另一个中布置波导芯12的倒锥19。
[0028]请参照图3、4，其中，类似的附图标记表示图1、2中类似的特征，且在下一制造阶段，在波导芯12上方形成介电层24。介电层24可由介电材料例如二氧化硅组成。波导芯12嵌埋于介电层24中，因为介电层24厚于波导芯12的高度。介电层24的厚度及波导芯12的高度可为可调节的变量。构成介电层24的介电材料与构成波导芯12的介电材料相比可具有较低的折射率。
[0029]结构10还可包括具有并列(也就是，并排)布置的多个元件26。元件26由细长的脊(也就是，长大于宽的条带)构成，且由于该并列排列，间隙G1将相邻的元件26隔开，以定义栅状结构。各元件26可以包括段27、倒锥28、倒锥29、锥30，以及段31，它们沿纵轴25对齐并在多个阶段中布置。倒锥28在倒锥29与段27之间沿纵轴25纵向设置，倒锥29在倒锥28与锥30之间沿纵轴25纵向设置，以及锥30在倒锥29与段31之间沿纵轴25纵向设置。在一个实施
例中，段27可与倒锥28邻接(也就是，附着)，倒锥28可与倒锥29邻接，倒锥29可与锥30邻接，且锥30可与段31邻接。
[0030]各元件26具有相对的侧边23、在相对侧边23之间的宽度W1，以及横向于该宽度的方向的长度。倒锥28的宽度W1随着沿纵轴25与段27的距离增加而增加，且倒锥29的宽度W1也随着沿纵轴25与段27的距离增加而增加，但具有不同的锥角。锥30的宽度W1随着沿纵轴25与段27的距离增加而减小。段27的宽度Wl及段31的宽度W1可为沿长度方向恒定。
[0031]各元件26可沿纵轴25从端部32延伸至端部33，且各元件26可终止于相对的端部32、33。在一个实施例中，各元本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种边缘耦合器的结构，其特征在于，该结构包括：衬底；第一波导芯；以及第一超材料层，在该衬底与该第一波导芯间沿垂直方向设置，该第一超材料层包括由多个第一间隙隔开的多个第一元件以及位于该多个第一间隙中的第一介电材料。2.如权利要求1所述的结构，其特征在于，各该多个第一元件包括第一倒锥。3.如权利要求2所述的结构，其特征在于，各该多个第一元件包括与该第一倒锥邻接的第二倒锥，且该第二倒锥具有不同于该第一倒锥的锥角。4.如权利要求3所述的结构，其特征在于，各该多个第一元件包括锥，且该第二倒锥在该第一倒锥与该锥间纵向设置。5.如权利要求3所述的结构，其特征在于，各该多个第一元件包括端部表面，且该第一倒锥在该第二倒锥与该端部表面间纵向设置。6.如权利要求1所述的结构，其特征在于，还包括：光源，经配置以沿模式传播方向向该边缘耦合器提供光，其中，各该多个第一元件包括邻近该光源设置的端部表面。7.如权利要求1所述的结构，其特征在于，该第一波导芯包括氮化硅，且该多个第一元件包括氮化硅碳或氢化氮化硅碳。8.如权利要求1所述的结构，其特征在于，该第一波导芯包括氮化硅，且该多个第一元件包括氮化硅、氮化铝，或氮氧化硅。9.如权利要求1所述的结构，其特征在于，该衬底包括底切，且该第一波导芯及该多个第一元件与位于该衬底中的该底切具有重叠布置。10.如权利要求1所述的结构，其特征在于，该衬底在该第一波导芯及该多个第一元件下方为实心。11.如权利要求1所述的结构，其特征在于，还包括：第二波导芯，其中，该第二波导芯在该第一超材料层与该衬底间沿该垂直方向设置。12.如权利要求1所述的结构，...

【专利技术属性】
技术研发人员：卞宇生，
申请(专利权)人：格芯美国集成电路科技有限公司，
类型：发明
国别省市：