具有隔离吸收器的多模光波导结构制造技术

本公开涉及半导体结构，更具体地涉及具有隔离吸收器的多模光波导结构和制造方法。该结构包括：波导结构，其包括锥形段；以及至少一个隔离波导吸收器，其沿波导结构的长度邻近波导结构。结构。结构。

【技术实现步骤摘要】
具有隔离吸收器的多模光波导结构


[0001]本公开涉及半导体结构，更具体地涉及具有隔离吸收器的多模光波导结构和制造方法。

技术介绍

[0002]半导体光波导结构(例如光子部件)是集成光电子系统的重要部件。例如，半导体光波导结构能够通过限制光向周围衬底中的扩展而以最小的能量损失引导光波(例如光)。光波导结构可用于许多不同的应用，其中包括例如半导体激光器、滤光器、开关、调制器、隔离器和光电探测器。半导体材料的使用还允许借助已知的制造技术实现到光电子器件中的单片集成。
[0003]光子器件的开放或未连接的端口或其他终端点可导致光信号泄漏或反向散射到芯片中。这还可导致与其他光子器件的串扰，以及光信号的整体干扰。为了防止此类问题发生，吸收器(例如吸收器)被耦合到光子器件的开放或未连接的端口或其他终端点。已知由Ge材料制成的吸收器，因为它们很容易集成到光子器件的制造工艺中。

技术实现思路

[0004]在本公开的一方面，一种结构包括：波导结构，其包括锥形段(tapered segment)；以及至少一个隔离波导吸收器，其沿所述波导结构的长度邻近所述波导结构。
[0005]在本公开的一方面，一种结构包括：波导结构，其包括半导体材料并具有沿其长度的至少一个锥形部分；以及至少一个波导吸收器，其包括半导体材料的组合，所述至少一个波导吸收器沿所述波导结构的长度定位。
[0006]在本公开的一方面，一种方法包括：形成包括锥形段的波导结构；以及形成沿所述波导结构的长度邻近所述波导结构的至少一个隔离波导吸收器。
附图说明
[0007]在下面的详细描述中，借助本公开的示例性实施例的非限制性示例，参考所提到的多个附图来描述本公开。
[0008]图1示出了根据本公开的一些方面的除其他特征之外的具有隔离吸收器的多模光波导结构以及相应的制造工艺。
[0009]图2A至图2E示出了根据本公开的一些方面的多模光波导结构和隔离吸收器的不同构造以及相应的制造工艺。
[0010]图3示出了根据本公开的一些方面的除其他特征之外的具有非锥形隔离吸收器的多模光波导结构以及相应的制造工艺。
[0011]图4示出了根据本公开的一些方面的除其他特征之外的沿波导结构的长度的连续隔离吸收器以及相应的制造工艺。
[0012]图5示出了根据本公开的另外一些方面的除其他特征之外的沿波导结构的长度的
连续隔离吸收器以及相应的制造工艺。
[0013]图6示出了根据本公开的一些方面的除其他特征之外的沿其长度具有切口(cut)的连续隔离吸收器以及相应的制造工艺。
具体实施方式
[0014]本公开涉及半导体结构，更具体地涉及具有隔离吸收器的多模光波导结构和制造方法。更具体地，该多模光波导结构包括具有分段锥形体(piecewise taper)的多级Si波导结构，以选择性地将基阶和高阶模(fundamental and higher
‑
order modes)耦合到相邻的隔离吸收器(例如衰减器)以进行光衰减。在实施例中，多模光波导结构和隔离吸收器通过利用各种Si光子模式和Si上Ge模式之间的倏逝波耦合以减少反向反射(back reflection)来提供无源衰减。此外，有利地，本文所述的结构能够衰减各种类型的光模(例如基阶和高阶模)，同时保持紧凑的占用面积(footprint)并且无需引入额外的制造步骤。
[0015]在实施例中，多模光波导结构包括具有一个或多个隔离波导段(例如吸收器)的分段锥形波导结构。这些隔离段可以位于波导结构的上方和/或下方。在实施例中，隔离段可以包括锥形输入部分(例如，缩减为最小特征尺寸)以减少反向反射。在另外的实施例中，隔离段可以相对于波导结构的锥形体偏移。此外，隔离段可以包括Si上Ge材料，其中Ge材料完全位于Si或其他半导体材料的边界内。多晶硅或Ge区域可以位于多模光波导结构的端部，其中多晶硅区域例如能够耦合横磁(TM)模。
[0016]本公开的具有隔离吸收器的多模光波导结构可以使用多种不同的工具，以多种方式来制造。然而，通常，使用方法和工具来形成具有微米和纳米级尺寸的结构。已经根据集成电路(IC)技术采用了用于制造本公开的多模光端接器的方法(即，技术)。例如，这些结构建立在晶片上，并在晶片顶部上借助光刻工艺图案化的材料膜中实现。特别地，具有隔离吸收器的多模光波导结构的制造使用三个基本构造块：(i)在衬底上沉积材料薄膜；(ii)通过光刻成像在膜顶部上施加图案化掩模；以及(iii)对掩模有选择性地蚀刻膜。
[0017]图1示出了除其他特征之外的具有隔离吸收器的多模光波导结构以及相应的制造工艺。更具体地，图1所示的结构10包括由任何合适的半导体材料构成的波导结构12，该半导体材料包括但不限于Si、SiN、SiCON、聚合物等。在实施例中，波导结构12可以包括单一半导体材料(例如体硅)或绝缘体上半导体(SOI)技术，该技术是本领域中公知的，因此不需要进一步解释便可完全理解本公开。波导结构12可以制造在下伏的绝缘体材料15(例如SiO2)上或SOI技术中的掩埋氧化物层上。本领域普通技术人员应当理解，在每个实施例中，绝缘体材料15还围绕(包覆)波导结构12和隔离区域16(例如吸收器)，如图2A至图2E进一步所示。
[0018]在任何不同情形中，波导结构12包括用于TE模(例如TEn、TE1、TE2等)的多个平面段12a，其中TE代表横电耦合模。平面段12a(例如非锥形段)可通过锥形段12b耦接在一起。以此方式，波导结构12为分段锥形波导结构。
[0019]多晶硅材料14可以设置在波导结构12的输出端处，完全位于半导体(例如波导结构12的材料)的边界内。在实施例中，多晶硅材料14可用于将TM模耦合到隔离段16的Ge区域。多晶硅材料14例如可以如图2A所示是全高度，如图2B所示凹陷到波导结构12中，或者如图2C所示通过中间氧化物层14a与波导结构12的半导体材料分隔开，图2A、图2B、图2C都表
示沿图1的线“A
”‑“
A”截取的截面图。在另外的实施例中，多晶硅材料14可以用Ge材料代替，具体取决于结构10的特定设计参数和所需功能。
[0020]仍参考图1，多个隔离段16(例如吸收器)可以被定位为邻近波导结构12，但与波导结构12分隔开一预定距离(例如距离“W4”)。隔离段16可以充当滤模器以选择性地衰减特定的(单个)或多个模。在本文所述的任何实施例中，隔离段16可沿波导结构12的长度位于波导结构12上方和/或下方。此外，每个隔离段16可以包括锥形输入端18以减少反向反射。例如，锥形输入端18可以逐渐变细到最小特征尺寸以减少反向反射。锥形输入端18可以与波导结构12的锥形段12b对准或相对于锥形段12b偏移。例如，尽管不是限制性特征，波导结构12的锥形段12b和隔离段16之间的偏移可以在0.09μm至0.5μm的范围内。
[0021]多个隔离段16可以由与波导结构12相同的半导体材料或不同的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种结构，包括：波导结构，其包括锥形段；以及至少一个隔离波导吸收器，其沿所述波导结构的长度邻近所述波导结构。2.根据权利要求1所述的结构，还包括位于所述波导结构的输出端处的多晶硅材料，其中所述多晶硅材料的边界位于所述波导结构的边界内。3.根据权利要求2所述的结构，其中所述波导结构的半导体材料包括凹槽，并且所述多晶硅材料位于所述凹槽内。4.根据权利要求2所述的结构，其中所述波导结构包括Si材料，并且所述至少一个隔离波导吸收器包括Si材料和Ge材料。5.根据权利要求4所述的结构，其中所述Ge材料凹陷到所述至少一个隔离波导吸收器的所述Si材料中。6.根据权利要求2所述的结构，还包括绝缘体材料，所述绝缘体材料将所述多晶硅材料与所述波导结构的半导体材料分隔开。7.根据权利要求1所述的结构，其中所述至少一个隔离波导吸收器包括沿所述波导结构的长度的多个波导吸收器。8.根据权利要求7所述的结构，其中所述多个波导吸收器中的每一个包括锥形输入端。9.根据权利要求8所述的结构，其中所述多个波导吸收器中的每一个的所述锥形输入端相对于所述波导结构的所述锥形段偏移。10.根据权利要求1所述的结构，其中所述至少一个隔离波导吸收器包括沿所述波导结构的长度的单个连续的波导吸收器，并且所述单个连续的波导吸收器包括Si材料和Ge材料。11.根据权利要求1所述的结构，其中所述波导结构包括在与所述至少一个隔离波导吸收器不同的层级上的SiN...

【专利技术属性】
技术研发人员：A，
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：