用于光耦合的波导结构制造技术

本发明专利技术提供了一种用于光耦合的波导结构(100)。所述波导结构(100)包括嵌入在第一包层(102)中的第一波导(101)、至少两个第二波导(103a、103b)，所述至少两个第二波导(103a、103b)与所述第一波导(101)垂直分隔并嵌入在所述第一包层(102)上提供的第二包层(104)中。因此，所述第一和第二波导(101、103a、103b)均包括所述波导结构(100)的耦合区域(105)中的一个至少部分锥化的端截面，所述第一波导101的所述端截面与所述第二波导(103a、103b)的所述端截面相对锥化。此外，所述第一波导(101)横向，优选地居中，放置在所述耦合区域(105)中的所述至少两个第二波导(103a、103b)之间。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于光耦合的波导结构相关申请案交叉申请本申请要求2016年2月12日递交的专利技术名称为“用于光耦合的波导结构(WAVEGUIDESTRUCTUREFOROPRICALCOUPLING)”的第16155525.5号欧洲专利申请案的在先申请优先权，该在先申请的内容以引用的方式并入本文本中。
本专利技术涉及用于光耦合的波导结构，并且涉及其制造方法。具体而言，波导结构可以通过一个设备到另一设备或到衬底的转印获得。波导结构以低损耗优选实现两个耦合设备之间的垂直光耦合。同时，波导结构允许设备之间存在大的对准容差。为此，波导结构采用波导“三叉戟”，其包括一个第一波导和两个或多个第二波导，以便传递光。
技术介绍
作为应用范围广的通用技术平台，硅光子学正迅速受到重视。这类应用可以例如在电信、数据通信、互连或传感
中使用。硅光子学的主要优势在于，其允许通过在高质量、低成本硅衬底上使用CMOS兼容晶圆级工艺来实施光子功能。此外，由于大规模硅生产的可用性，硅光子芯片的价格会极具优势，硅光子芯片有时集成数百个基础构建模块。这是非常重要的，尤其是对于设备成本是主要问题的短距离应用，像数据通信、互连或接入网络。然而，由于硅是间接带隙材料的这一事实，很难单片集成有源组件。因此，对于传统集成有源组件，设备需要对接耦合或倒装片，这产生更昂贵的封装。替代性方案将使制造工序更加复杂和昂贵。这个问题的第一种已知方案是增长硅上的锗。虽然该方案允许生产光电探测器和电吸收调制器，但是它们的制造工序变得相当复杂，并且所生产出的组件不如使用最新技术的III-V半导体技术制造的组件好。此外，放大器和激光器仍然不可能使用该方案实现。第二种已知方案通过晶圆键合采用异构集成。虽然该方案已获得满意效果，但是其当前仍然是不切实际的，这是因为需要在硅晶圆上处理III-V半导体。第三种已知方案利用中间衬底使用转移技术(例如转印)，这允许在衬底上进行成品(例如有源)设备的高吞吐量布置。该方案以及通常情况下的任何转移技术有可能显著降低硅光子芯片的成本，同时提高它们的性能。这首先是由于以下事实：所有III-V半导体处理都能够在专用III-V晶圆厂中且在具有高密度设备阵列的晶圆上进行。因为设备能够在晶圆上紧密封装在一起，所以每个设备的成本会相当低。此外，这类设备晶圆可以针对生产的设备类型充分优化，这比使用III-V半导体技术进行的单片集成更有优势。其次，转印是晶圆级工序，即，大量设备能够同时打印，这降低了集成成本。第三，由于设备从有源设备晶圆的顶部卸下，所以它们会与衬底上的底层电路非常紧密地集成，与异构集成相似，但是在200-300mm硅晶圆上进行晶圆键合和III-V半导体处理没有困难。但是使用转移技术的第三种方案存在一个问题。即对准精度，这在例如转印过程限制为约3σ<1.5μm时会实现。因此，为了能够将第三种方案用于硅光子设备，在例如印制有源设备与衬底或其它设备上的底层硅光子电路之间需要有一个支持更大对准容差的接口。在稍有不同的光纤到芯片耦合的
中，波导对准对于该
有时也很关键，所谓的三叉戟边缘耦合器是已知的。三叉戟耦合器由两个逆锥形并行波导组成，它们挨着彼此放置并将光输入模式转变为并行波导中的光偶阶模式。在光传播通过并行波导之后，偶阶模式被转换为第三单模波导中的基模，第三单模波导添加在这两个并行波导之间。第三波导从窄尖逐渐变为较宽波导形状，而两个并行波导削减为两个窄尖。与传统边缘耦合器相比，这种三叉戟边缘耦合器允许轻微增强与入射光的模态重叠，并且在存在横向对准误差时也能如此。然而，三叉戟耦合器仅可用作边缘耦合器，不能用作所谓的倏逝耦合器，即，用于在不同垂直排列的设备层或设备之间传递光的耦合器。换言之，三叉戟耦合器无法用于利用转印技术获得的设备接口。
技术实现思路
鉴于上文提及的问题和缺点，本专利技术旨在改进已知方案。因此，本专利技术的目标是提供一种可以用作倏逝耦合器的波导结构及其制造方法。具体地，本专利技术想要提供一种波导结构，从而实现比传统方案更高的对准容差。所述波导结构具体可用于利用转印技术获得的垂直(设备)接口。也就是，将会实现一个设备的不同垂直层中的波导之间或者两个垂直耦合设备的波导之间的有效耦合。在这个意义上，对于相对大的对准误差(即，大约1μm)，通过低耦合损耗(即，<0.1dB)来实现有效耦合。本专利技术的目的通过所附独立权利要求中提供的方案实现。本专利技术的有利实施方式在从属权利要求中进一步定义。具体而言，本专利技术提议使用一种包括波导“三叉戟”的波导结构，以便提高设备层或设备之间的耦合效率，并且在对准被关闭时也能如此。因此，使用具有反向锥化的端截面的多个波导，以便在不同设备层或设备，特别是转印或倒装片设备之间(在垂直方向)传递光。本专利技术的第一方面提供了一种用于光耦合的波导结构，包括嵌入在第一包层中的第一波导、与所述第一波导垂直分隔并嵌入在所述第一包层上提供的第二包层中的至少两个第二波导，其中，所述第一和第二波导均包括所述波导结构的耦合区域中的至少部分锥化的端截面，所述第一波导的所述端截面与所述第二波导的所述端截面相对锥化；所述第一波导横向，优选地居中，放置在所述耦合区域中的所述至少两个第二波导之间。每当使用词语‘垂直地’时，都表示沿波导结构生长(或者制造或集成)方向的方向。‘垂直’方向是垂直于波导结构的波导所在的平面。每当使用词语‘横向地’时，都表示垂直于波导的延伸方向并且还垂直于‘垂直’方向的方向。每当使用词语‘纵向地’时，都表示沿着波导的延伸方向，即，垂直于‘横向’和‘垂直’方向的方向。在第一方面的所提议波导结构中，存在至少两个包层(即，设备层)设置在彼此的上方。包层可以是相同类型或者不同类型。波导结构中的光可以在分别嵌入在两个包层中的波导之间传递。为了低耦合损耗，第一波导的光模式在绝热地传递到第二波导的光模式。第一波导的模式大小根据锥化端截面而增加。第二波导的模式大小比较大，因为其作为超模在至少两个波导上伸展，并且进一步根据锥化端截面而增加。因此，三个横向排列的波导的模式在一个较大的横向距离上伸展。因为第一波导还横向放置在第二波导之间，所以第一波导的模式与第二波导的模式之间的重叠仍然很大，即使是存在明显的横向对准误差时。因此，第一方面的波导结构允许两个包层(设备)之间的有效光耦合，即使是存在较大的横向对准误差时。此外，由于第一和第二波导的垂直对准仅根据包层的层厚度确定，而厚度在制造期间通常可以很好地控制，所以波导结构整体上具有非常好的对准容差。具体通过优化第一波导与第二波导之间的距离，特别是锥化端截面的距离和形状，以及优化不同波导的宽度，波导结构垂直方向上的耦合能够优化到低于0.1dB的非常低的耦合损耗，即使是对于1μm量级的明显对准误差。该对准容差有利地使波导结构能够用于通过光子设备的转印获得的接口，因为其解决了例如将一个光子(有源)印制设备对准到衬底上的下方光子电路这一挑战。因为转印是晶圆级的且快速的工序，所以能够实现高产量，因此制造成本较低。此外，不同半导体技术能够更简单地组合，因此设备能变得更加复杂而无需增加太多成本。根据如上所述第一方面，在所述波导结构的第一实施形式中，所述第二波导的所述端截面不在所述耦合区域的传本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于光耦合的波导结构(100)，其特征在于，包括：第一波导(101)，嵌入在第一包层(102)中，至少两个第二波导(103a、103b)，与所述第一波导(101)垂直分隔并嵌入在所述第一包层(102)上提供的第二包层中(104)中，其中：所述第一和第二波导(101、103a、103b)均包括所述波导结构(100)的耦合区域(105)中的一个至少部分锥化的端截面，所述第一波导(101)的所述端截面与所述第二波导(103a、103b)的所述端截面相对锥化，以及所述第一波导(101)横向，优选地居中，放置在所述耦合区域(105)中的所述至少两个第二波导(103a、103b)之间。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.02.12 EP 16155525.51.一种用于光耦合的波导结构(100)，其特征在于，包括：第一波导(101)，嵌入在第一包层(102)中，至少两个第二波导(103a、103b)，与所述第一波导(101)垂直分隔并嵌入在所述第一包层(102)上提供的第二包层中(104)中，其中：所述第一和第二波导(101、103a、103b)均包括所述波导结构(100)的耦合区域(105)中的一个至少部分锥化的端截面，所述第一波导(101)的所述端截面与所述第二波导(103a、103b)的所述端截面相对锥化，以及所述第一波导(101)横向，优选地居中，放置在所述耦合区域(105)中的所述至少两个第二波导(103a、103b)之间。2.根据权利要求1所述的波导结构(100)，其特征在于：所述第二波导(103a、103b)的所述端截面不在所述耦合区域(105)的传递部分(202)中锥化，以及所述第一波导(101)的所述端截面在所述传递部分(202)中锥化。3.根据权利要求2所述的波导结构(100)，其特征在于：所述第一波导(101)与每个所述第二波导(103a、103b)之间的横向距离至少为0.7μm。4.根据权利要求1至3之一所述的波导结构(100)，其特征在于：所述第一和第二波导(101、103a、103b)的所述排列设计为与所述耦合区域(105)中的偶超模具有耦合，其中禁止任何奇超模。5.根据权利要求1至4之一所述的波导结构(100)，其特征在于，还包括：第三波导(202)，优选地嵌入在所述第二包层(104)中，其中：所述第三波导(202)与所述第一波导(101)纵向分隔，并且优选地不与所述第二波导(103a、103b)垂直分隔，所述第二和第三波导(103a、103b、202)均包括所述波导结构(100)的转换区域(203)中的锥化端截面，所述第二波导(103a、103b)的所述端截面与所述第三波导(202)的所述端截面相对锥化，以及所述第三波导(202)横向，优选地居中，放置在所述转换区域(203)中的所述至少两个第二波导(103a、103b)之间。6.根据权利要求3至5之一所述的波导结构(100)，其特征在于：所述转换区域(203)中的所述第二波导(103a、103b)的所述端截面与所述耦合区域(105)中的...

【专利技术属性】
技术研发人员：马汀·塔萨特，
申请(专利权)人：华为技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44