光波导路由构造及其方法技术

光波导可包括硅部分和位于硅部分上方的氮化硅部分。硅部分可包括减小硅部分的宽度的锥部。光波导可包括在加载单模或多模波导到单模波导之间的过渡。氮化硅部分可将行进通过光波导的光信号限制在硅部分中。

【技术实现步骤摘要】
光波导路由构造及其方法
本公开内容大致涉及用于硅光子器件的波导路由构造。
技术介绍
硅光子学涉及将硅用作光学或光电器件的光学介质。在某些光子器件中，硅可位于硅层的顶部，这种构造称为绝缘体上硅(silicononinsulator,SOI)。可将硅图案化为光子组件或微光子元件。可使用现有的半导体制造技术来制造硅光子器件，并且由于硅已经被用作某些集成电路的基板，因此能够创建混合器件，其中光学和电子元件被集成到单个微芯片上。硅光子器件可在光学网络中实施，所述光学网络用于在电信网络的各个节点之间传递用于传输信息的光信号。为了在光学网络中传输数据，可使用光电装置将数据从电信号转换成光信号。光学网络是可实施本文所述的硅光子器件的一个环境示例。但是，所描述的概念也可在其他情况下实施。例如，可在计算机处理、传感器、光学路由、信号处理或其他合适的应用中实施硅光子器件。除非由上下文指示，否则本文公开的实施方式不限于任何特定环境。要求保护的主题不限于解决任何缺点或仅在诸如上述那些环境中操作的实施方式。上述
技术介绍
仅仅是为了说明可利用本公开内容的示例而被提供的。
技术实现思路
本公开内容大致涉及用于硅光子器件的硅波导路由。在一个示例实施方式中，光波导可包括硅部分和位于硅部分上方的氮化硅部分。硅部分可包括减小硅部分的宽度的锥部。氮化硅部分可将行进通过光波导的光信号限制在硅部分中。所述氮化硅部分可沿着锥部的长度延伸并且可包括沿着锥部的长度保持基本相同的宽度。硅部分可包括在锥部的第一侧上的第一宽度和在锥部的第二侧上的第二宽度，所述第二侧与所述第一侧相对。锥部可使光波导在加载单模或多模波导(loadedsinglemodeormultimodewaveguide)至单模波导之间进行过渡。光波导可在加载单模或多模波导至单模波导之间过渡。在一些方面，硅部分和氮化硅部分可彼此间隔开来，使得硅部分中的光学模式被氮化硅部分横向地限制。硅部分和氮化硅部分可彼此间隔开来。硅部分和氮化硅部分可延伸与光波导基本相同的长度。锥部可包括足够长的长度以基本上避免行进通过锥部的光信号的损失。在一些实施方式中，光波导可包括邻近锥部定位的弯曲部。锥部可将行进通过光波导的光信号从多模改变为单模，以允许将光信号路由通过弯曲部。硅部分和氮化硅部分可延伸穿过弯曲部。锥部可在弯曲部之前减小硅部分的宽度。光波导可包括掩埋氧化物部分(buriedoxideportion)。氮化硅部分和硅部分可位于掩埋氧化物部分中。在另一个示例实施方式中，光波导可包括在加载单模或多模波导至单模波导之间的过渡部。该过渡部可包括硅部分、位于硅部分上方的氮化硅部分和减小硅部分的宽度的锥部。光波导可包括改变光波导方向的弯曲部。所述光波导可包括在单模波导至加载单模或多模波导之间的第二过渡部。第二过渡部可包括第二硅部分、位于硅部分上方的第二氮化硅部分和增加第二硅部分的宽度的第二锥部。氮化硅部分可将行进通过光波导的光信号限制在硅部分中。所述氮化硅部分可沿着锥部的长度延伸并且可包括沿着锥部的长度保持基本相同的宽度，并且锥部的长度可是足够长以基本上避免行进通过锥部的光信号的损失。本
技术实现思路
的概述以简化形式介绍了一些概念，这些概念将在下面的详细描述中进一步描述。本概述既不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于帮助确定所要求保护的主题的保护范围。附图说明图1是波导的示例的示意性侧视图。图2是波导的示例的示意性截面图。图3示出了示例波导的光学模场(opticalmodefield)分布。图4A-4C是针对氮化硅的不同构造的波导的有效折射率的图表。图4D是针对不同氮化硅折射率的模场直径与氮化硅宽度的关系图。图5是波导过渡构造的示例的示意性截面图和俯视图。图6是通过传输通过波导过渡的光信号的比例与锥部长度的关系图。图7是实施图5的波导过渡的波导示例的示意性俯视图。具体实施方式本公开内容总体上涉及用于硅光子器件的硅波导路由。硅光子学涉及将硅用作光学或光电器件的光学介质。在某些光子学设备中，硅可位于硅层的顶部，这种构造称为绝缘体上硅(SOI)。可将硅图案化为光子或微光子元件。可使用现有的半导体制造技术来制造硅光子器件，并且由于硅已经被用作某些集成电路的基板，因此能够创建混合器件，其中光学和电子元件被集成到单个微芯片上。硅波导可被包括在硅光子器件中，以传输或路由光信号。附加地或替代地，硅波导可用于在不同硅光子器件之间传输或路由光信号。通常，波导包括被包覆层围绕的芯。根据波导的构造，行进通过波导的光信号可能会由于各种原因而减少或损失。例如，行进通过硅波导的光信号可能会遭遇散射损耗或传播损耗。在一些构造中，波导可包括曲线、弧形或弯曲以改变行进通过波导的光信号的方向和/或将光信号引导到特定区域或元件(例如，用于与不同的光学元件进行光耦合)。但是，弯曲也会导致散射损耗或传播损耗。特别地，硅波导可在波导的芯的折射率与波导的包覆层的折射率之间具有相对高的对比度，这反过来可能导致在芯与包覆层之间的界面或边界处的散射损耗。在某些情况下，单模亚微米硅波导中的传播损耗可能约为2dB/cm。因此，由于在芯和包覆层边界处的高折射率对比度，即使在多模波导设计中，对于大型硅光子网络而言，波导的路由路径的传播损耗也可能相对较高。为了减少传播损耗，某些硅波导构造采用了较厚的波导或较厚的SOI，以更好地限制在波导的芯内部的光信号的模式，从而使边界处的光重叠最小化。在一个示例中，具有约3μm的厚度的波导或SOI可导致0.1dB/cm的传播损耗。但是，较大或更粗的波导可能比较小或更细的波导占用更多的空间。另外，较厚的波导可导致较低的波导密度，因为在给定区域中会容纳更少量的波导。此外，较厚的波导可能需要相对较大的弯曲以避免散射损失(例如，导致较大的占地面积)，并减少了光学器件中的波导密度。在其他情况下，可使用诸如湿式氧化和/或剥离的各种制造技术来使波导的侧壁平滑化。在另一个示例中，可使用浸没式光刻(immersionlithography)以通过改善波导的线边缘粗糙度来减少散射损耗。这样的构造可改善光信号的限制并减小散射损耗，但是会增加制造复杂度和制造成本。因此，本公开内容涉及导致低散射损耗和传播损耗的波导构造。这样的构造可成本有效地实施并且可不需要昂贵且复杂的制造技术。另外，这样的构造可用于在多模波导和单模波导之间提供低损耗或无损耗的过渡，其又可以实施用于波导路由的曲线、弧形或弯曲。一些实施方式包括用于硅光子的氮化硅带状加载波导(striploadedwaveguide)，其可在硅光子器件或网络中实施。如本文所使用的，氮化硅带状加载波导是指在硅平板顶部上或上方具有氮化硅条带的波导。在这样的构造中，氮化硅条带可位于SOI层顶部上或上方，从而导致在波导的芯中的相对较高的光学限制(和低的传播损耗)，而无需蚀刻步骤或其他昂贵且复杂的制造技术。例如，与常本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光波导，包括：/n硅部分，所述硅部分包括减小所述硅部分的宽度的锥部；/n位于所述硅部分上方的氮化硅部分；和/n弯曲部，所述弯曲部位于所述锥部附近，其中所述锥部将行进通过所述光波导的光信号从多模改变为单模，以允许将所述光信号路由通过所述弯曲部。/n

【技术特征摘要】
20190208 US 16/271,4711.一种光波导，包括：
硅部分，所述硅部分包括减小所述硅部分的宽度的锥部；
位于所述硅部分上方的氮化硅部分；和
弯曲部，所述弯曲部位于所述锥部附近，其中所述锥部将行进通过所述光波导的光信号从多模改变为单模，以允许将所述光信号路由通过所述弯曲部。


2.根据权利要求1所述的光波导，其中所述氮化硅部分将行进通过所述光波导的所述光信号限制在所述硅部分中。


3.根据权利要求1所述的光波导，其中所述氮化硅部分沿着所述锥部的长度延伸并且包括沿着所述锥部的长度保持基本相同的宽度。


4.根据权利要求1所述的光波导，其中所述硅部分包括在所述锥部的第一侧上的第一宽度和在所述锥部的第二侧上的第二宽度，所述第二侧与所述第一侧相对，并且所述第二宽度小于所述氮化硅部分的宽度。


5.根据权利要求1所述的光波导，其中所述锥部将所述光波导在加载单模或多模波导至单模波导之间进行过渡。


6.根据权利要求1所述的光波导，其中所述光波导在加载单模或多模波导至单模波导之间过渡。


7.根据权利要求1所述的光波导，其中所述硅部分和所述氮化硅部分彼此间隔开来，使得所述硅部分中的光学模式被所述氮化硅部分横向地限制。


8.根据权利要求1所述的光波导，其中所述硅部分和所述氮化硅部分彼此间隔开来。


9.根据权利要求1所述的光波导，其中所述硅部分和所述氮化硅部分延伸与所述光波导基本相同的长度。


10.根据利要求1所述的光波导，其中所述锥部的长度足够长以基本避免行进通过所述锥部的所述光信号的损失。


11.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·马格雷夫特，罗英，林世运，李金铉，
申请(专利权)人：菲尼萨公司，
类型：发明
国别省市：美国;US