光芯片及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种光芯片及其制造方法，所述光芯片包括：衬底；以及波导，设置所述衬底上；以及端面耦合结构，设置在所述衬底上且位于所述光芯片的边缘处，所述端面耦合结构配置为与外接光纤耦合以将所述外接光纤传输的光束引入所述光芯片，并将所述光束引导至所述波导中，所述衬底上设置有凹槽，所述凹槽位于所述衬底的边缘处，所述端面耦合结构在所述衬底上的正投影的至少一部分落入所述凹槽内，所述端面耦合结构靠近所述光芯片的边缘的端部在朝向所述光芯片的边缘的方向上逐渐收窄，使得端面耦合结构与外光纤的模场匹配，提高耦合效率，且避免或减少耦合进入光芯片的光束泄露至衬底中

【技术实现步骤摘要】
光芯片及其制造方法


[0001]本专利技术涉及光芯片
，具体而言，涉及一种光纤与光芯片片上波导端面耦合技术
。

技术介绍

[0002]随着光通信
、
激光雷达等飞速发展，硅光子技术成为高速光通信器件及激光雷达芯片的解决方案之一
。
由于硅光子器件与现有
CMOS
标准工艺兼容，可与微电子集成电路集成，实现高性能
、
低成本
、
小尺寸和高集成度的片上光互联
。
因此，基于
SOI
的硅基光电子器件成为研究热点
。
[0003]硅基光电芯片封装技术的关键部分是实现芯片片内的光信号与外部光信号
(
多数为光纤
)
的耦合连接
。
单模光纤的芯径约
10
微米，硅光芯片上波导尺寸只有数百纳米，两者尺寸相差较大，造成严重的模场失配，导致耦合损耗很大
。
因此，需要在芯片的输入
/
输出端设计特殊的端面耦合结构，实现模场匹配，提高耦合效率
。

技术实现思路

[0004]本专利技术一些实施例提供一种光芯片，所述光芯片包括：
[0005]衬底；以及
[0006]波导，设置所述衬底上；以及
[0007]端面耦合结构，设置在所述衬底上且位于所述光芯片的边缘处，所述端面耦合结构配置为与外接光纤耦合以将所述外接光纤传输的光束引入所述光芯片，并将所述光束引导至所述波导中，
[0008]所述衬底上设置有凹槽，所述凹槽位于所述衬底的边缘处，所述端面耦合结构在所述衬底上的正投影的至少一部分落入所述凹槽内，所述端面耦合结构靠近所述光芯片的边缘的端部在朝向所述光芯片的边缘的方向上逐渐收窄
。
[0009]在一些实施例中，所述光芯片还包括绝缘层，所述绝缘层位于所述衬底上，且填充所述凹槽，所述绝缘层包覆所述端面耦合结构及所述波导
。
[0010]在一些实施例中，所述波导相对于所述端面耦合结构更加靠近所述衬底，
[0011]所述波导靠近所述端面耦合结构的端部在朝向所述端面耦合结构的方向上逐渐收窄，所述端面耦合结构靠近所述波导的端部在朝向所述波导的方向上逐渐收窄
。
[0012]在一些实施例中，所述波导靠近所述端面耦合结构的端部在所述衬底上的正投影与所述端面耦合结构靠近所述波导的端部在所述衬底上的正投影部分交叠
。
[0013]在一些实施例中，所述波导与所述端面耦合结构采用相同材料同层设置且为一体结构
。
[0014]在一些实施例中，所述波导在所述衬底上的正投影与所述凹槽不交叠
。
[0015]在一些实施例中，所述制造方法包括：
[0016]提供包括衬底的基板；
[0017]对所述基板执行刻蚀操作使得所述衬底被刻蚀以形成位于所述衬底的边缘处的凹槽；
[0018]在所述基板上形成第一绝缘层使得所述第一绝缘层填充所述凹槽并覆盖所述基板上的上表面；
[0019]对所述第一绝缘层执行平坦化操作；
[0020]在平坦的第一绝缘层上形成端面耦合结构，
[0021]其中，所述端面耦合结构在所述衬底上的正投影的至少一部分落入所述凹槽内，所述端面耦合结构靠近所述光芯片的边缘的端部在朝向所述光芯片的边缘的方向上逐渐收窄
。
[0022]在一些实施例中，所述基板为
SOI
基板，所述
SOI
基板包括衬底以及依次设置在衬底上的初始绝缘层及波导，
[0023]对所述基板执行刻蚀操作使得所述衬底被刻蚀以形成位于所述衬底的边缘处的凹槽包括：
[0024]图案化刻蚀所述初始绝缘层及所述衬底的一部分以形成所述位于所述衬底的边缘处的凹槽
。
[0025]在一些实施例中，在所述基板上形成第一绝缘层使得第一绝缘层填充所述凹槽并覆盖所述基板上的上表面包括：
[0026]在所述基板上沉积所述第一绝缘层使得所述第一绝缘层填充所述凹槽并覆盖所述基板上的上表面，其中，所述第一绝缘层覆盖所述波导
。
[0027]在一些实施例中，对所述第一绝缘层执行平坦化操作；
[0028]采用刻蚀及化学机械抛光工艺对所述第一绝缘层执行平坦化操作，其中平坦的第一绝缘层覆盖所述波导
。
[0029]在一些实施例中，在平坦的第一绝缘层上形成端面耦合结构包括：
[0030]在所述平坦的第一绝缘层上生成第一材料层；
[0031]对所述第一材料层执行构图工艺形成所述端面耦合结构
。
[0032]在一些实施例中，所述制造方法还包括：
[0033]在所述基板上形成第二绝缘层，所述第二绝缘层覆盖所述端面耦合结构
。
[0034]本专利技术实施例的上述方案与相关技术相比，至少具有以下有益效果：
[0035]通过将所述端面耦合结构靠近所述光芯片的边缘的端部设计为在朝向所述光芯片的边缘的方向上逐渐收窄的结构，使得端面耦合结构与外光纤的模场匹配，提高耦合效率，在衬底边缘处设置凹槽，所述端面耦合结构在所述衬底上的正投影的至少一部分落入所述凹槽内，使得端面耦合结构靠近所述光芯片的边缘的端部远离所述衬底，避免或减少耦合进入光芯片的光束泄露至衬底中，进一步提高耦合效率
。
附图说明
[0036]此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本专利技术的实施例，并与说明书一起用于解释本专利技术的原理
。
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
。
在附图中：
[0037]图1为本专利技术一些实施例提供的光芯片的应用场景示意图；
[0038]图2为本专利技术一些实施例提供的光芯片的局部结构示意图；
[0039]图3为本专利技术一些实施例提供的光芯片的局部结构示意图；
[0040]图4为本专利技术一些实施例提供的光芯片的制造方法的流程图；
[0041]图5至图
11
为图4中执行各步骤后的光芯片的局部结构示意图；
[0042]图
12
至图
18
为图4中执行各步骤后的光芯片的局部结构示意图
。
具体实施方式
[0043]为了使本专利技术的目的
、
技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作进一步地详细描述，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在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围
。
[0044]在本专利技术实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种光芯片，其特征在于，所述光芯片包括：衬底；以及波导，设置所述衬底上；以及端面耦合结构，设置在所述衬底上且位于所述光芯片的边缘处，所述端面耦合结构配置为与外接光纤耦合以将所述外接光纤传输的光束引入所述光芯片，并将所述光束引导至所述波导中，所述衬底上设置有凹槽，所述凹槽位于所述衬底的边缘处，所述端面耦合结构在所述衬底上的正投影的至少一部分落入所述凹槽内，所述端面耦合结构靠近所述光芯片的边缘的端部在朝向所述光芯片的边缘的方向上逐渐收窄
。2.
根据权利要求1所述的光芯片，其中，所述光芯片还包括绝缘层，所述绝缘层位于所述衬底上，且填充所述凹槽，所述绝缘层包覆所述端面耦合结构及所述波导
。3.
根据权利要求1或2所述的光芯片，其中，所述波导相对于所述端面耦合结构更加靠近所述衬底，所述波导靠近所述端面耦合结构的端部在朝向所述端面耦合结构的方向上逐渐收窄，所述端面耦合结构靠近所述波导的端部在朝向所述波导的方向上逐渐收窄
。4.
根据权利要求3所述的光芯片，其中，所述波导靠近所述端面耦合结构的端部在所述衬底上的正投影与所述端面耦合结构靠近所述波导的端部在所述衬底上的正投影部分交叠
。5.
根据权利要求1或2所述的光芯片，其中，所述波导与所述端面耦合结构采用相同材料同层设置且为一体结构
。6.
根据权利要求1或2所述的光芯片，其中，所述波导在所述衬底上的正投影与所述凹槽不交叠
。7...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘乾坤，贾晓宁，孙杰，孙天博，王冠，
申请(专利权)人：北京摩尔芯光科技有限公司，
类型：发明
国别省市：