本公开的实施例针对用于光耦合器的技术和构造，该光耦合器包括用于将光导引至光纤的光波导。在实施例中，光波导包括锥形段，以将所接收的光传播到光纤。在实施例中，锥形段被掩埋在半导体衬底的表面下方，以将半导体衬底内的所接收的光从第一光模式转变为第二光模式，以减少在所接收的光从光波导到光纤的传播期间的光损失。在实施例中，半导体衬底的表面包括硅光子芯片的底部平面表面，其包括无源或有源光子部件中的至少一个或多个。可以描述和/或要求保护其他实施例。或要求保护其他实施例。或要求保护其他实施例。
【技术实现步骤摘要】
包括掩埋式光波导和输出耦合器的光学器件
[0001]本公开的实施例总体上涉及光电子学领域，并且更具体地，涉及用于提供硅光波导和输出耦合器的技术和构造。
技术介绍
[0002]硅光子学通常被认为是用于成本高效的光电集成的基于平面光子学电路的最流行且成功的技术平台之一。通常在绝缘体上硅(SOI)晶圆上制造基于光波导的光子学器件，例如激光器、调制器和检测器。在SOI光子系统中，通常将光限制在晶圆(或芯片)平面内。硅波导通常设计为具有亚微米的横截面，从而允许有源和无源器件的密集集成，以实现更高的速度和更低的驱动功率。光模式转换器(OMC)通常用于改善光波导和光纤之间的光耦合。
[0003]然而，硅光子波导与光纤之间的光耦合可能具有挑战性，因为光通常在波导中被非常紧密地限制，而在光纤中被更松散地限制(例如，支持的光模式尺寸可以在从硅波导中的亚微米到光纤中的大约10微米(μm)的范围内)。波导或光纤的数值孔径(NA)是关键指标，因为它决定了光将发散多少。薄/窄波导将具有高NA和高发散度，而宽/厚的波导将具有较低的NA和较低的发散度。请注意，NA越高，与波导相关联的模式数量越多。波导的低NA可能是期望的，以实现与光纤的有效耦合；然而，具有足够低的NA的波导通常需要相对较厚的膜，例如，约为～10微米(μm)的半导体膜，由于应力、形貌和产量方面的考虑，这可能对工艺造成挑战。
附图说明
[0004]通过以下具体实施方式并结合附图，将容易理解实施例。为了促进该描述，相似的附图标记表示相似的结构元件。在附图的图中，通过示例而非限制的方式示出了实施例。
[0005]图1是根据本文所述的一些实施例的光电系统的框图，该光电系统包括光学器件，该光学器件包括光耦合器，该光耦合器具有掩埋在半导体衬底的表面下方的光波导。
[0006]图2A是根据一些实施例的更详细示出的图1的光学器件的一部分的俯视图的框图200。
[0007]图2B示出了根据实施例的图2A的示例性光学器件的一部分的截面侧视图。
[0008]图3是描述根据实施例的形成诸如图1的光学器件的光波导之类的光波导的过程300的流程图。
[0009]图4A-图4I示出了根据实施例的在与过程300相关联的各个阶段中的半导体衬底的截面侧视图和端视图。
[0010]图4J和图4K示出了根据各种实施例的处于与形成光学边缘耦合器相关联的各个阶段中的半导体衬底的截面侧视图和端视图。
[0011]图5、图6A、图6B和图7示出了根据实施例的各种类型的光耦合器，包括图1-图4K的光波导。
[0012]图8示出了根据各种实施例的示例性计算设备，其可以包括图1-图7的具有光耦合
器的光学器件。
具体实施方式
[0013]本公开的实施例描述了用于光学装置的技术和构造，该光学装置包括掩埋在半导体衬底的表面(例如，硅晶圆的平面)下方的锥形段，并且被形成为将在光波导处接收的光的光模式转变为接近光纤的光模式。在实施例中，光学装置包括用于将光导引到光纤的光波导，并且包括第一端和第二端，其中第一端用于接收从光源输入的光，并且第二端包括用于将所接收的光传播到光纤的锥形段。在实施例中，锥形段被掩埋在硅衬底的表面下方，以将硅衬底内的光从第一光模式转变为第二光模式，以减少在所接收的光从光波导到光纤的传播期间的光损失。
[0014]在下面的描述中，将使用本领域技术人员通常采用以向本领域其他技术人员传达其工作的实质的术语来描述说明性实施方式的各个方面。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，可以仅利用所描述的方面中的一些来实践本公开的实施例。为了解释的目的，阐述了具体的数字、材料和构造，以提供对说明性实施方式的透彻理解。对于本领域的技术人员将显而易见的是，可以在没有具体细节的情况下实践本公开的实施例。在其他实例中，省略或简化了众所周知的功能，以免使说明性实施方式难以理解。
[0015]在下面的具体实施方式中，参考形成其一部分的附图，其中，贯穿全文，类似的附图标记表示类似的部分，并且在附图中以例示的方式示出了可以实践本公开的主题的实施例。应当理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可以利用其他实施例并且可以进行结构或逻辑改变。因此，下面的具体实施方式不能以限制性意义理解，并且实施例的范围由所附权利要求及其等同物限定。
[0016]为了本公开的目的，短语“A和/或B”表示(A)、(B)或(A和B)。为了本公开的目的，短语“A、B和/或C”表示(A)、(B)、(C)、(A和B)、(A和C)、(B和C)或(A、B和C)。
[0017]该描述可以使用基于透视图的描述，例如顶部/底部、入/出、之上/之下等。这样的描述仅用于方便讨论，而并非旨在将本文描述的实施例的应用限制于任何特定的取向。
[0018]该描述可以使用短语“在实施例中”，其可以指代相同或不同实施例中的一个或多个。此外，关于本公开的实施例使用的术语“包括”、“包含”、“具有”等是同义的。
[0019]本文中可以使用术语“与...耦合”及其派生词。“耦合”可以表示以下一个或多个。“耦合”可以表示两个或更多个元件直接物理或电接触。然而，“耦合”还可以表示两个或更多个元件彼此间接接触，但是仍然彼此协作或相互作用，并且可以表示一个或多个其他元件被耦合或连接在被说成彼此耦合的元件之间。术语“直接耦合”可以表示两个或更多个元件直接接触。
[0020]在各个实施例中，短语“形成、沉积、或以其他方式设置在第二层上的第一层”可以表示第一层形成、沉积、生长、接合或以其他方式设置在第二层之上，并且第一层的至少一部分可以与第二层的至少一部分直接接触(例如，直接物理和/或电接触)或间接接触(例如，在第一层和第二层之间具有一个或多个其他层)。
[0021]图1是根据一些实施例的光电系统100的框图，该光电系统100包括光耦合器，该光耦合器包括掩埋在半导体衬底的表面下方的光波导。在实施例中，光波导包括掩埋在半导体衬底(例如，硅衬底)的表面下方的锥形段，以将在光波导的第一端处接收的光从第一光
模式转变为第二光模式，以减少将光波导光学耦合到光纤的光损耗。在实施例中，该表面是半导体光子集成电路芯片(例如，硅光子芯片)的平面表面，其中硅光子芯片包括波导、激光器、光电检测器、调制器、分束器和其他无源或有源光子部件中的至少一个或多个。在实施例中，平面表面是硅光子芯片的第一或第二表面。在实施例中，平面表面是硅光子芯片的底部平面表面。
[0022]光电系统100可以用于例如在数据中心中的机架之间、或者在数据存储设施、数据中心等之间的长距离经由光纤传送用数据信号调制的光信号。在实施例中，光电系统100可以是包括光学装置的光通信系统。在实施例中，光学装置包括或为光学器件102，例如光子电路或光子芯片，其包括半导体衬底207的底表面188，在底表面188下方掩埋包括波导124的光耦合器170(其可以用作光模式转换器(OMC))。在实施例中，光波导124耦合到(或可以包括)输出耦合器126本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种光学装置，包括：光波导，其用于将光导引到光纤，其中，所述光波导包括第一端和第二端，其中，所述第一端用于接收从光源输入的光，并且所述第二端包括锥形段，所述锥形段将所接收的光传播到所述光纤；以及半导体衬底，其中，所述锥形段被掩埋在所述半导体衬底的表面下方，以将所述半导体衬底内的所接收的光从第一光模式转变为第二光模式，以减少在所接收的光从所述光波导到所述光纤的传播期间的光损失。2.根据权利要求1所述的光学装置，其中，所述半导体衬底的所述表面包括硅光子芯片的底表面，并且其中，所述硅光子芯片包括无源或有源光子部件中的至少一个或多个，所述无源或有源光子部件包括但不限于波导、激光器、光电检测器、调制器或分束器。3.根据权利要求1所述的光学装置，其中，所述第一光模式包括在所述光波导的所述第一端处接收的光的光模式，并且所述第二光模式包括所述光纤的光模式。4.根据权利要求1所述的光学装置，其中，所述锥形段的横截面尺寸具有的数值孔径(NA)接近或基本匹配所述光纤的所述NA。5.根据权利要求1所述的光学装置，其中，所述锥形段在所述光波导的所述第二端处的横截面尺寸具有大约10微米的厚度。6.根据权利要求1所述的光学装置，其中，所述半导体衬底是硅衬底，并且光波导由被埋在所述硅衬底内的外延生长的单晶硅形成。7.根据权利要求6所述的光学装置，其中，所述光波导的所述锥形段被耦合到输出小面以形成光耦合器，并且所述输出小面被蚀刻在所述硅衬底内。8.根据权利要求7所述的光学装置，其中，所述光耦合器是光学边缘耦合器或背面光耦合器中的至少一个，以耦合至所述光纤。9.根据权利要求8所述的光学装置，其中，所述光耦合器包括输出边缘耦合器，并且用于将所述光纤直接耦合到所述锥形段。10.根据权利要求8所述的光学装置，其中，所述光耦合器包括背面光耦合器，并且包括被蚀刻在所述硅衬底内以接收从所述锥形段反射的光的硅透镜。11.根据权利要求1-10中任一项所述的光学装置，其中，所述半导体衬底的所述表面包括硅光子器件的平面表面。12.一种形成光学装...
【专利技术属性】
技术研发人员：J，
申请(专利权)人：英特尔公司，
类型：发明
国别省市：
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