宽带光耦合到薄的ＳＯＩ　ＣＭＯＳ集成光路制造技术

一种用于提供光耦合进和耦合出相对薄的硅波导的装置，所述相对薄的硅波导在ＳＯＩ结构的ＳＯＩ层中形成，所述装置包括透镜元件和在ＳＯＩ结构中界定的、用于以高效的方式提供光耦合的参考表面。波导的输入可来自光纤或光发送器件（激光器）。相似的耦合装置可用在薄的硅波导与输出光纤（单模光纤或多模光纤）之间。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于提供耦合进和耦合出薄(即，亚微米尺寸)光波 导的设备，且更具体地说，涉及使用参考面和透镜元件来提供光纤或透镜 与薄波导间的耦合。
技术介绍
一种常见的用于将光从外部源耦合到硅波导的现有技术是在波导和 配合的光纤终端上切割或抛光末端面(end facets )。光纤终端的例子包括， 但不限于具有小切割/抛光角度或零切割/抛光角度的多模光纤或单模光 纤，和产生小到1.5 jam的光斑尺寸的特制形状的单模光纤或特制透镜单 模光纤。光纤终端被对准来产生最大量的通过波导的光传输，然后光纤终 端被固定在适当的位置。可在光纤终端和波导面上都使用抗反射(AR)涂 层，以减少菲涅耳损失(Fresnelloss)。在所有这些现有技术装置中，输入 端口和输出端口必须位于包含波导的圓晶棵片(wafer die)的边缘面处， 由于使用这种现有技术边缘耦合约束，对器件的几何形状(例如，布局及 /或尺寸)强加了相当多的限制。在SOI基光电装置中的SOI层中形成的极"薄"波导的开发和使用是 与光耦合相关的另一个因素。对本专利技术来说，"薄"波导4^定义为具有大 约0.5 jum量级的典型宽度和大约0.15 Mm量级的典型厚度。过去，"纳米锥(nanotaper )，，或"倒锥(inverse taper)" 3皮成功地用在波导中。然而， 这种成功只是出现在研究/开发环境中，而研究/开发环境对制造条件采取 严格控制。因此，在本领域中遗留的、对用于提供将激光器和光纤永久耦合到所 使用的薄的，SOI基光波导的可制造的，高效的光耦合装置的需求将因为 光电产品的大批量生产而被需要。专利技术概述在本领域中遗留的需求由本专利技术解决，本专利技术涉及一种用于提供耦合 进和耦合出形成在SOI结构的表面SOI层中的薄(即，亚微米尺寸)光波 导的设备，且更具体地说，涉及使用SOI结构本身中的参考面和使用相关的透镜元件以提供光纤或激光器与薄波导间的耦合。根据本专利技术，把在SOI结构中界定的界面(诸如，举例来说，硅衬底 和上覆的隐埋氧化物(BOX)层之间的界面)用作耦合装置的参考面。薄 波导在SOI层中形成，并在形成在SOI结构中的侧壁处终止，且透镜装置被用来提供输入器件和波导间的耦合。在本专利技术的一个实施方式中，在光源(光纤或激光器)和薄的波导的 侧壁终端间设置独立的透镜元件。透镜被保持在固定装置中，所述固定装置设置在刻蚀到SOI结构中的沟槽中。固定装置本身包括参考表面，该参 考表面与SOI基参考面相关，使得当固定装置放置在沟槽中时，透镜将与薄的波导光学对准。在此实施方式的"主动对准"构型中，可通过沿沟槽 的横向长度移动固定装置，来调整透镜固定装置相对于波导终端的横向位 移，直到获得最大量的光耦合。 一旦获得最大量的耦合，就进行永久性地 连接。在可选的实施方式中，透镜装置可直接与光源相结合为一体，诸如透 镜光纤或包括整体透镜的激光器。就透镜光纤来说，光纤首先定位在安装在SOI结构上的独立的块组件(优选地，硅块)中。硅块形成为包括精确 定位的V型槽，该V型槽支承光纤，使得光纤芯处在期望的位置以提供到薄的波导的耦合。硅块被倒装连接到SOI结构以形成永久的耦合装置，使用衬底/BOX参考面用于光纤芯与薄的波导间的光对准。在本专利技术的任意实施方式中，沿薄的波导传播的内耦合信号的一部分 可被引出，并用作主动反馈信号以调整激光器/光纤和薄的波导间的对准， 直到获得了最大量的耦合。另外，相同类型的对准装置可被用来将沿薄的 波导传播的信号外耦合到输出光纤，或其他光输出器件(诸如，举例来说， 光敏二极管)。本专利技术的其他以及进一步的实施方式和特征，将在下面的讨论过程中 并由参考附图而变得显而易见。附图的简要说明现参考附图，附图说明图1是包括根据本专利技术形成的光纤基耦合装置和激光器基耦合装置的 示例性的SOI结构的等距视图2是根据本专利技术形成的示例性的光纤耦合装置的放大的侧视图3是光纤耦合装置的硅块部分和相关光纤的分解等距视图4是图3的硅块的等距视图，光纤定位在该块的V型槽中；图5是处在SOI结构之上适当位置的图4的硅块的等距视图，SOI结 构包括待被光纤对齐的薄波导；图6是根据本专利技术形成的示例性的激光器耦合装置的简化的顶视图7是本专利技术的示例性的透镜固定装置的侧视图，详细显示了参考表 面和相关的透镜組件的构型；图8是本专利技术的激光器耦合装置的侧视图，将来自激光源24的光输 出显示为穿过透镜组件并^^皮聚焦到薄SOI波导中；以及图9是本专利技术的呈现输入耦合装置和输出耦合装置的形式的示例性的 装置的顶视图。详细说明图1是示例性的SOI结构10的等距视图，SOI结构10形成为包括本专利技术的光纤耦合装置和激光器耦合装置二者。应理解，任何个数的光纤基耦合装置及/或激光器基耦合装置可用在给出的SOI结构上。只是为讨论和解释起见在此处显示一对耦合装置。如所显示的，SOI结构10包括硅衬底12、隐埋氧化物(BOX)层14 和亚微米厚的单晶硅表面层16 (在下文中称之为"SOI层16")。本专利技术的 重要特征是通过利用SOI层16中的亚微米尺寸的光波导，纳米锥耦合装 置可被配置成本质上与极化状态无关。就是说，TE光^^莫和TM光模都将以 基本上相同的耦合效率耦合到波导中。 一个示例性的构型(用于与1310nm 的传播波长结合使用)利用厚度大约为140nm的SOI层16和宽180-200nm 的纳米锥尖。通过利用模场直径2.5Mm的相关的透镜系统，TE模和TM 才莫将以几乎相同的效率(例如，小于ldB极化相关损失)耦合到纳米锥尖 中。应理解，可利用其他的SOI层厚度和纳米锥尖的宽度(伴随着^t场直 径中的相关调整)以获得满足要求的极化状态无关性能。极化状态无关耦 合对其中光检测器待与波导结合使用的应用来说是重要的优势，因为光检 测器能获得随机极化的单才莫输入耦合光的固定的响应率。根据本专利技术，SOI结构相邻层间的选定的界面用作参考表面，以提供 输入元件(诸如光纤或激光器)和形成于SOI层16中的相对薄的波导间 的对准。优选地，硅衬底12和BOX 14间的界面被界定为参考面(在下文 中称为参考面13)，因为此界面的位置在圓晶与圆晶之间不会有4艮大的变 化。使用此界面作为参考面，参考面13和SOI层16中的薄波导的位置间 的距离可被确定并将保持基本不变。然而，应理解，结构中的任何相邻层 之间的界面可被用作"参考面"，如SOI层16本身的顶面。此外，当在处 理过程中其他层(诸如，举例来说，CMOS层间介电层)添加到SOI结构 时，在这些层间的任何界面可用作参考面。参考图1,光纤18显示为定位在通过SOI结构10厚度形成的沟槽20 中。在此例中，光纤18包括透镜端面(endface) 19以提高光纤18与在SOI 层16中形成的薄波导22间的耦合效率。光纤18的透镜端面19和薄波导22之间的对准由覆盖在SOI结构上的保持光纤的固定装置(此视图中未显 示)提供，该固定装置使用参考面13以确定提供对准所需要的尺寸。保 持光纤的固定装置的具体方面在下文中结合图2-5示出并描述。同样在图1中显示的是激光源24，其在SOI结构10中形成的相对薄 的凹槽26上设置。透镜元件28在激光源24的输出端和薄的波导22间定 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于提供向／来自形成在绝缘体上硅（ＳＯＩ）结构的上部硅层（ＳＯＩ层）中的相对薄的硅波导的光耦合的装置，所述绝缘体上硅（ＳＯＩ）结构包括硅衬底、上覆的隐埋氧化物层和所述上部硅层（ＳＯＩ层），所述薄的硅波导形成为包括沿通过所述ＳＯＩ结构的厚度的一部分形成的深沟槽的端面终端，所述耦合装置包括：　透镜元件，其用于将传播的光信号耦合进／出所述薄的硅波导的所述端面终端；　参考面，其界定在所述ＳＯＩ结构的相邻层之间的界面处；以及　参考结构，其用于支承所述透镜元件，所述参考结构连接到所述ＳＯＩ结构，用于提供所述薄的硅波导和所述透镜元件之间的聚焦对准。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：马格利特吉龙，普拉卡什约托斯卡，约翰芳曼，罗伯特凯斯蒙特哥莫里，玛丽纳多，
申请(专利权)人：斯欧普迪克尔股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]