【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及硅光子，尤其涉及一种端面耦合器件及集成方法。
技术介绍
1、在半导体集成电路领域，随着器件线宽进入纳米尺寸时代，越来越小的特征尺寸带来发热、串扰、延迟等问题，同时还会面临量子效应的挑战。传统的电互连将遇到理论与技术的瓶颈，摩尔定律也在接近极限。
2、受集成电路的启发，集成光路成为了重点关注的发展方向。光互连具有信号带宽大，功耗小，可靠性高等特点。硅光集成能与传统半导体工艺兼容，具有独到的优势。
3、而随着硅光集成技术的发展，集成度越来越高，硅光芯片逐渐小型化，带来了光纤与光波导光模尺寸不匹配的问题，使得光信号的耦合效率降低、带宽减小。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种端面耦合器件及集成方法。
2、为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：
3、本专利技术提供一种端面耦合器件，包括：
4、设于衬底上的波导层，和相向配合设于所述波导层上方的光耦合单元层，所述光耦合单元层与所述波导层之间通过第一中间介质层相隔离。
5、进一步地，所述光耦合单元层包括依次连接的前端部、变径部和后端部，所述波导层包括相连的常规波导部和过渡波导部，所述光耦合单元层与所述波导层之间以各自的所述后端部和所述过渡波导部相向设置并上下叠合。
6、进一步地，所述前端部的宽度和厚度大于所述后端部的宽度和厚度，所述变径部的宽度和厚度自所述前端部向所述后端部方向逐渐减小，所述常规波导部和所
7、进一步地，位于所述过渡波导部的端面以外，且位于所述前端部和所述变径部下方的所述第一中间介质层表面上设有底部位于所述衬底中的沟槽结构，所述沟槽结构中充满第二中间介质层。
8、进一步地，所述光耦合单元层上设有将所述光耦合单元层和所述波导层覆盖的顶部介质层。
9、进一步地，所述波导层与所述衬底之间通过绝缘体层相隔离。
10、进一步地，所述波导层、所述光耦合单元层与所述第一中间介质层之间的材料折射率依次减小，且所述波导层、所述光耦合单元层与所述第二中间介质层之间的材料折射率依次减小。
11、本专利技术还提供一种端面耦合器件集成方法，包括：
12、在衬底上形成波导层；
13、在所述衬底上形成将所述波导层覆盖的第一中间介质层；
14、在所述第一中间介质层上形成与所述波导层之间构成相向配合的光耦合单元层。
15、进一步地，所述在衬底上形成波导层，具体包括：
16、提供具有衬底硅层、绝缘体层和顶层硅层的所述衬底；
17、对所述顶层硅层进行图形化，在所述绝缘体层的表面上形成具有相连的常规波导部和过渡波导部的所述波导层，并使形成的所述过渡波导部在背离所述常规波导部方向上具有逐渐收缩的宽度；
18、所述在所述第一中间介质层上形成与所述波导层之间构成相向配合的光耦合单元层，具体包括：
19、在所述过渡波导部端面以外的所述第一中间介质层表面上形成沟槽结构，并使所述沟槽结构的底部位于所述衬底硅层中；
20、在所述沟槽结构中填充并形成第二中间介质层；
21、在所述沟槽结构上方的所述第一中间介质层上形成具有依次连接的前端部、变径部和后端部的所述光耦合单元层，并使所述前端部的宽度和厚度大于所述后端部的宽度和厚度，使所述变径部的宽度和厚度自所述前端部向所述后端部方向逐渐减小，且使得所述光耦合单元层与所述波导层之间以各自的所述后端部和所述过渡波导部相向设置并上下叠合。
22、进一步地，还包括：
23、在所述光耦合单元层上形成将所述光耦合单元层和所述波导层覆盖的顶部介质层。
24、由上述技术方案可以看出，本专利技术通过在光耦合单元层与波导层之间形成中间介质层，可避免光耦合单元层形成工艺对波导层造成损伤，进而能够对光耦合单元层的结构和光模场尺寸进行充分调整，以更好匹配光纤模场分布，实现耦合效率的明显提高。并且，通过在光耦合单元层下方的衬底上形成沟槽结构，并填充介质，不仅可避免经光耦合单元层导入的光泄露至衬底，提高了耦合效率，还能有效保证机械稳定性。此外，通过在光耦合单元层和波导层上形成顶部介质层，可满足光耦合单元层与外部光纤之间光模场分布的匹配需求，实现使光纤导入的光能够高效率、低损耗地耦合进入半导体器件中。
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1.一种端面耦合器件，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的端面耦合器件，其特征在于，所述光耦合单元层包括依次连接的前端部、变径部和后端部，所述波导层包括相连的常规波导部和过渡波导部，所述光耦合单元层与所述波导层之间以各自的所述后端部和所述过渡波导部相向设置并上下叠合。
3.根据权利要求2所述的端面耦合器件，其特征在于，所述前端部的宽度和厚度大于所述后端部的宽度和厚度，所述变径部的宽度和厚度自所述前端部向所述后端部方向逐渐减小，所述常规波导部和所述过渡波导部的宽度小于所述后端部的宽度，且所述过渡波导部的宽度朝向所述后端部方向逐渐收缩。
4.根据权利要求2所述的端面耦合器件，其特征在于，位于所述过渡波导部的端面以外，且位于所述前端部和所述变径部下方的所述第一中间介质层表面上设有底部位于所述衬底中的沟槽结构，所述沟槽结构中充满第二中间介质层。
5.根据权利要求1所述的端面耦合器件，其特征在于，所述光耦合单元层上设有将所述光耦合单元层和所述波导层覆盖的顶部介质层。
6.根据权利要求1所述的端面耦合器件，其特征在于，所述波
7.根据权利要求1所述的端面耦合器件，其特征在于，所述波导层、所述光耦合单元层与所述第一中间介质层之间的材料折射率依次减小，且所述波导层、所述光耦合单元层与所述第二中间介质层之间的材料折射率依次减小。
8.一种端面耦合器件集成方法，其特征在于，包括：
9.根据权利要求8所述的端面耦合器件集成方法，其特征在于，所述在衬底上形成波导层，具体包括：
10.根据权利要求8所述的端面耦合器件集成方法，其特征在于，还包括：
...【技术特征摘要】
1.一种端面耦合器件，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的端面耦合器件，其特征在于，所述光耦合单元层包括依次连接的前端部、变径部和后端部，所述波导层包括相连的常规波导部和过渡波导部，所述光耦合单元层与所述波导层之间以各自的所述后端部和所述过渡波导部相向设置并上下叠合。
3.根据权利要求2所述的端面耦合器件，其特征在于，所述前端部的宽度和厚度大于所述后端部的宽度和厚度，所述变径部的宽度和厚度自所述前端部向所述后端部方向逐渐减小，所述常规波导部和所述过渡波导部的宽度小于所述后端部的宽度，且所述过渡波导部的宽度朝向所述后端部方向逐渐收缩。
4.根据权利要求2所述的端面耦合器件，其特征在于，位于所述过渡波导部的端面以外，且位于所述前端部和所述变径部下方的所述第一中间介质层表面上设有底部位于所述衬底中的沟...
【专利技术属性】
技术研发人员：施睿达，
申请(专利权)人：上海集成电路研发中心有限公司，
类型：发明
国别省市：
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