含有具有可变折射率的材料的可调谐光栅耦合器制造技术

本发明专利技术涉及含有具有可变折射率的材料的可调谐光栅耦合器，揭示包括光栅耦合器的结构以及形成包括光栅耦合器的结构的方法。该光栅耦合器包括在平板层上以间隔关系定位的片段。该些片段含有活性材料，该活性材料经配置以响应施加刺激而具有第一状态及第二状态，该第一状态具有第一折射率，该第二状态具有第二折射率。可通过向该些片段施加不同的偏置电压组作为该施加刺激来产生该第一及第二状态。为该施加刺激来产生该第一及第二状态。为该施加刺激来产生该第一及第二状态。

【技术实现步骤摘要】
含有具有可变折射率的材料的可调谐光栅耦合器


[0001]本专利技术涉及光子芯片，尤其涉及包括光栅耦合器的结构，以及形成包括光栅耦合器的结构的方法。

技术介绍

[0002]光子芯片用于许多应用及系统中，例如数据通信系统以及数据计算系统。光子芯片将光学组件(例如波导、光学开关、光栅耦合器，以及偏振器)与电子组件(例如场效应晶体管)集成于统一的平台中。除其它因素以外，布局面积、成本以及操作开销可通过在该光子芯片中集成两种类型的组件来减小。
[0003]在光子芯片中通常使用光栅耦合器，以在光探测和测距(Light Detection and Ranging；LIDAR)系统中提供天线，以及在硅光子相位阵列中提供天线。光栅耦合器是平面结构，其可以给定的发射角引导激光脉冲离开芯片或接收激光脉冲。传统的光栅耦合器是被动光学组件，其光学性能无法被调谐、切换或以其它方式配置或重新配置。
[0004]需要改进的包括光栅耦合器的结构，以及形成包括光栅耦合器的结构的方法。

技术实现思路

[0005]在本专利技术的一个实施例中，一种结构包括平板层以及包括在该平板层上以间隔关系定位的多个片段的光栅耦合器。该多个片段由活性材料组成，该活性材料经配置以响应施加刺激而具有第一状态以及第二状态，该第一状态具有第一折射率，该第二状态具有第二折射率。
[0006]在本专利技术的一个实施例中，一种方法包括形成平板层，以及形成包括在该平板层上以间隔关系定位的多个片段的光栅耦合器。该多个片段由活性材料组成，该活性材料经配置以响应施加刺激而具有第一状态以及第二状态，该第一状态具有第一折射率，该第二状态具有第二折射率。
附图说明
[0007]包含于并构成本说明书的一部分的附图示例说明本专利技术的各种实施例，并与上面所作的有关本专利技术的概括说明以及下面所作的有关该些实施例的详细说明一起用以解释本专利技术的该些实施例。在该些附图中，类似的附图标记表示不同视图中类似的特征。
[0008]图1显示包括依据本专利技术的实施例处于制程方法的初始制造阶段的结构的光子芯片的顶视图。
[0009]图2显示大体沿图1中的线2
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2所作的该结构的剖视图。
[0010]图3显示处于图2之后的制造阶段的该结构的剖视图。
[0011]图3A显示依据本专利技术的替代实施例的结构的剖视图。
[0012]图4显示包括依据本专利技术的替代实施例的结构的光子芯片的顶视图。
[0013]图5显示包括依据本专利技术的替代实施例的结构的光子芯片的顶视图。
[0014]图6显示大体沿图5中的线6
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6所作的该结构的剖视图。
[0015]图7
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8显示依据本专利技术的替代实施例的结构的顶视图。
[0016]图9
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10显示依据本专利技术的替代实施例的结构的剖视图。
具体实施方式
[0017]请参照图1、2并依据本专利技术的实施例，结构10包括与波导芯14耦接的光栅耦合器12。光栅耦合器12定位于平板层16上。在该代表性实施例中，平板层16是波导芯14的整合部分，且可由与波导芯14相同的材料组成。在一个实施例中，波导芯14可由单晶半导体材料(例如单晶硅)组成。在一个实施例中，该单晶半导体材料可源自绝缘体上硅衬底的装置层，该绝缘体上硅衬底还包括埋置氧化物层18以及由单晶半导体材料(例如单晶硅)组成的衬底20。可在光子芯片50的前端工艺制程期间通过光刻及蚀刻制程自该绝缘体上硅衬底的该装置层图案化波导芯14。在该代表性实施例中，波导芯14的平板层16为矩形垫，其通过锥部与波导芯14的较窄部分连接。
[0018]光栅耦合器12可包括以给定间距在波导芯14的平板层16上横向隔开的光栅结构或片段22。在该代表性实施例中，片段22是长度尺寸L大于宽度尺寸的矩形脊或带，且沿其相应长度尺寸呈平行布置。在一个实施例中，片段22可与波导芯14的平板层16直接接触，并突伸远离平板层16的顶部表面。片段22可具有垂直的侧壁，如图所示，或具有某种程度的锥化及/或弯曲的侧壁。波导芯14的该较窄部分经配置以将激光引导至光栅耦合器12或引导激光离开光栅耦合器12。
[0019]光栅耦合器12的片段22与凹槽24交替布置，该些凹槽隔开相邻对的片段22。凹槽24延伸至波导芯14的平板层16，以在相邻片段22之间暴露平板层16的条带。在一个实施例中，片段22可具有均匀的宽度及/或在相邻片段22之间的均匀间距，以定义周期性布置。在一个替代实施例中，片段22可具有不均匀的宽度及/或相邻片段22之间不均匀的间距。在一个替代实施例中，片段22可为弯曲的脊，而不是该代表性实施例中的线性脊。
[0020]片段22可含有以可变折射率为特征的活性材料，该可变折射率可随施加偏置电压的变化而变化，以在以不同折射率为特征的离散状态之间转换。例如，依据该施加偏置电压，各片段22的活性材料可具有以高折射率为特征的状态以及以小于该高折射率的低折射率为特征的状态。例如，与该偏置电压不存在时相比，当该偏置电压存在时，该活性材料的折射率的实部(real part)可较高，从而提供以高折射率状态及低折射率状态为特征的两态系统(two
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state system)。在替代实施例中，可通过施加及移除与电性偏置不同类型的施加刺激(例如通过光学泵浦的加热或光学吸收)来产生状态间转换。
[0021]片段22可由通过原子层沉积或化学气相沉积来沉积的层形成并通过光刻及蚀刻制程图案化。在一个实施例中，片段22可由导电氧化物组成，例如氧化铟锡(ITO)。在一个实施例中，片段22可由相变材料组成，例如氧化钒或碲化锗锑。在一个实施例中，片段22可由二维材料组成，例如石墨烯或二硫化钼。在一个替代实施例中，片段22可由有机材料组成，例如聚合物。
[0022]请参照图3，其中，类似的附图标记表示图2中类似的特征，且在下一制造阶段，在光栅耦合器12及波导芯14上方形成介电层26。介电层26可由介电材料(例如二氧化硅)组成，介电材料是通过化学气相沉积来沉积，并利用例如化学机械抛光平坦化，以移除形貌。
片段22嵌入或埋置于介电层26的介电材料中，以使凹槽24被介电层26的介电材料填充。
[0023]通过中间工艺(MOL)制程在介电层26中形成接触件28、30。该些接触件28的其中之一与各片段22耦接，且在一个实施例中，接触件28可与片段22直接连接。接触件30与平板层16耦接，且在一个实施例中，接触件30可与平板层16直接连接。在一个实施例中，接触件28可邻近片段22的端部的其中一端或另一端设置，或设置于片段22的两端，以避免在使用期间阻碍光栅耦合器12。
[0024]可在介电层26上方通过后端工艺(BEOL)制程形成后端工艺堆叠。该后端工艺堆叠可包括由介电材料(例如二氧化硅或低k介电材料)组成的一个或多个介电层34，以及设置于该一个或多个介电层34中的由金属(例如铜或铝)组成的金属特征36。
[002本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种结构，包括：平板层；以及光栅耦合器，包括在该平板层上以间隔关系定位的多个片段，该多个片段由活性材料组成，该活性材料经配置以响应施加刺激而具有第一状态以及第二状态，该第一状态具有第一折射率，该第二状态具有第二折射率。2.如权利要求1所述的结构，还包括：介电层，位于该平板层及该多个片段上方；多个第一接触件，位于该介电层中，各该多个第一接触件与该多个片段的其中之一耦接；以及第二接触件，位于该介电层中，该第二接触件与该平板层耦接。3.如权利要求1所述的结构，其中，该活性材料为导电氧化物。4.如权利要求1所述的结构，其中，该活性材料为相变材料。5.如权利要求1所述的结构，其中，该活性材料为二维材料或聚合物。6.如权利要求1所述的结构，还包括：波导芯，与该光栅耦合器耦接，其中，该平板层与该波导芯整合。7.如权利要求1所述的结构，其中，该平板层具有锥形形状，且该多个片段具有不同的长度。8.如权利要求1所述的结构，还包括：波导芯，与该光栅耦合器耦接，其中，该平板层不同于该波导芯。9.如权利要求8所述的结构，其中，该波导芯由介电材料组成，且该平板层由导体组成。10.如权利要求1所述的结构，其中，该多个片段以多行设置，且各该多行含有该多个片段的其中不止一个。11.如权利要求10所述的结构，其中，该平板层具有锥形形状，且该多行含有不同数目的该多个片段。1...

【专利技术属性】
技术研发人员：卞宇生，
申请(专利权)人：格芯美国集成电路科技有限公司，
类型：发明
国别省市：