具有反转曲率区段的分段的光栅耦合器制造技术

本发明专利技术涉及具有反转曲率区段的分段的光栅耦合器，揭示一种包括光栅耦合器的结构和形成包括光栅耦合器的结构的方法。光栅耦合器包括沿纵轴间隔的分段。各分段相对于纵轴倾斜。各分段包括具有第一曲率的第一弯曲区段和具有相对于第一曲率反转的第二曲率的第二弯曲区段。区段。区段。

Segmented grating coupler with inverted curvature section

【技术实现步骤摘要】
具有反转曲率区段的分段的光栅耦合器


[0001]本专利技术涉及光电子芯片(photonics chip)，更具体地，涉及包括光栅耦合器(grating coupler)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]光电子芯片用于许多应用和系统，如数据通信系统和数据计算系统。光电子芯片将光学组件(如波导、光开关、光栅耦合器和偏振器)和电子组件(如场效应晶体管)集成到一个统一的平台中。除其他因素外，通过在光电子芯片中集成这两种类型的组件，可以减少布局面积、成本和操作开销。
[0003]光栅耦合器通常用于光电子芯片中，用于在光探测和测距(Light Detection and Ranging；LIDAR)系统中提供天线，以及在硅光子学相控阵列中提供天线。光栅耦合器可以在给定的发射角度引导芯片外(off
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chip)的激光脉冲或接收激光脉冲。传统光栅耦合器可能效率低或缺乏紧凑性，并且可能对制造可变性不稳健。
[0004]需要包括光栅耦合器的改进结构和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，一种结构包括光栅耦合器，其具有沿纵轴间隔的多个分段(segment)。各分段相对于该纵轴倾斜。各分段包括具有第一曲率的第一弯曲区段(section)和具有相对于该第一曲率反转(inverted)的第二曲率的第二弯曲区段。
[0006]在本专利技术的一个实施例中，一种方法包括形成光栅耦合器，其包括沿纵轴间隔的多个分段。各分段相对于纵轴倾斜。各分段包括具有第一曲率的第一弯曲区段和具有相对于第一曲率反转的第二曲率的第二弯曲区段。
附图说明
[0007]并入本说明书并构成本说明书一部分的附图说明了本专利技术的各种实施例，并与上面给出的本专利技术的一般说明和下面给出的实施例的详细说明一起，用于解释本专利技术的实施例。在附图中，相似的附图标记在各种视图中表示相似的特征。
[0008]图1为包括根据本专利技术的实施例的处理方法的初始制造阶段的结构的光电子芯片的俯视图。
[0009]图2为大致沿图1中的线2
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2截取的结构的横截面图。
[0010]图3为图1的后续制造阶段的结构的俯视图。
[0011]图4为大致沿图3中的线4
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4截取的结构的横截面图。
[0012]图5为图4的后续制造阶段的结构的横截面图。
[0013]图6为根据本专利技术的替代实施例的结构的俯视图。
[0014]图7为根据本专利技术的替代实施例的结构的俯视图。
[0015]图8为根据本专利技术的替代实施例的结构的俯视图。
[0016]图9为大致沿图8中的9
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9线截取的结构的横截面图。
[0017]附图标记说明
[0018]10结构
[0019]12光栅耦合器
[0020]13介电层
[0021]14波导芯
[0022]15处理基板
[0023]16、18区域
[0024]20、21特征
[0025]22分段
[0026]23凹槽
[0027]24纵轴
[0028]26、28、30区段
[0029]31介电层
[0030]32光栅耦合器
[0031]33凹槽
[0032]34分段
[0033]35纵轴
[0034]36、38区域
[0035]40、41特征
[0036]46、48、50区段
[0037]52介电层
[0038]54后段工艺堆栈
[0039]56介电层
[0040]58多边形形状
[0041]60、61特征
[0042]66、68区段
[0043]70、71特征
[0044]72光栅耦合器
[0045]74分段
[0046]75纵轴
[0047]76、78、80区段
[0048]r1至r6内径。
具体实施方式
[0049]参考图1、2并根据本专利技术的实施例，结构10包括光栅耦合器12和与光栅耦合器12相邻的波导芯(waveguidecore)14。波导芯14可包括紧邻光栅耦合器12的椎体。光栅耦合器12和波导芯14位于介电层13上及上方。光栅耦合器12可包括由凹槽23隔开的光栅结构或分段22。波导芯14可与纵轴24对准，且分段22可与凹槽23对准并沿纵轴24由凹槽23隔开。在
一个实施例中，分段22可以均匀的节距(pitch)和均匀的占空比(duty cycle)隔开，以定义周期性布置。在替代实施例中，分段22可以非均匀的间距和/或非均匀的占空比隔开，以定义变迹(即，非周期)布置。
[0050]光栅耦合器12和波导芯14可以由相同的材料组成。在一个实施例中，光栅耦合器12和波导芯14可由单晶半导体材料(例如单晶硅)组成。在一个实施例中，单晶半导体材料可源自绝缘体上硅(silicon
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on
‑
insulator；SOI)基板的装置层(device layer)，该装置层还包括提供介电层13的埋置氧化物层以及由单晶半导体材料(例如单晶硅)组成的处理(handle)基板15。光栅耦合器12和波导芯14可以通过光刻和蚀刻工艺从装置层图案化。装置层可被完全蚀刻以限定光栅耦合器12和波导芯14。或者，可以仅部分蚀刻装置层，以在介电层13上定义薄的残余层，残余层连接光栅耦合器12的分段22的各个下部，并连接到波导芯14的下部。在替代实施例中，光栅耦合器12和波导芯14可由不同类型的材料组成，例如类似氮化硅或多晶硅的介电材料。
[0051]光栅耦合器12包括区域16，其具有多个与分段22相交的多个特征20、21，以及没有类似特征20、21的特征的区域18。光栅耦合器12的区域18位于光栅耦合器12的区域16和波导芯14之间。
[0052]各分段22在光栅耦合器12的布局(layout)中相对于纵轴24成角度或倾斜。各分段22可包括相对于纵轴24纵向布置的区段26、区段28和区段30。分段22可沿纵轴24以给定的节距定位，且区段30可与纵轴24相交。在各分段22内，区段30沿分段22的长度定位在区段26和区段28之间，且区段30可直接将区段26连接至区段28。在各分段22内，区段26和区段28可相对于区段30对称布置。在一个实施例中，位于光栅耦合器12的区域16中的分段22和位于光栅耦合器12的区域18中的分段22可以具有相等或基本相等的长度。
[0053]各分段22的区段26可以延伸到光栅耦合器12的布局中的弯曲或曲线路径上，并且可以在其弯曲弧长度上具有给定的曲率。各分段22的区段28可在光栅耦合器12的布局中的弯曲或曲线路径上延伸，并可在其弯曲弧长度上具有给定的曲率。各分段22的区段30可在光栅耦合器12的布局中的弯曲或曲线路径上延伸，并可在其弯曲弧长度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种结构，其特征在于，包括：第一光栅耦合器，包括沿第一纵轴间隔的多个第一分段，该多个第一分段的每一个相对于该第一纵轴倾斜，且该多个第一分段的每一个包括具有第一曲率的第一弯曲区段和具有相对于该第一曲率反转的第二曲率的第二弯曲区段。2.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，该多个第一分段的每一个包括具有相对于该第一曲率反转的第三曲率的第三弯曲区段。3.根据权利要求2所述的结构，其特征在于，该多个第一分段的每一个的该第一弯曲区段纵向定位在该第二弯曲区段和该第三弯曲区段间。4.根据权利要求3所述的结构，其特征在于，该多个第一分段的每一个的该第一弯曲区段与该第一纵轴相交，且该第三曲率基本等于该第二曲率。5.根据权利要求3所述的结构，其特征在于，该多个第一分段的每一个围绕该第一纵轴居中，且该第三曲率基本等于该第二曲率。6.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，该多个第一分段的每一个的该第一弯曲区段和该第二弯曲区段包括多个多边形形状。7.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，还包括：波导芯，邻接该第一光栅耦合器的该多个第一分段，其中，该多个第一分段的每一个的该第一弯曲区段被定向，使得该第一曲率背向该波导芯。8.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，还包括：第二光栅耦合器，位于具有重叠布置的该第一光栅耦合器上方，该第二光栅耦合器包括沿第二纵轴间隔的多个第二分段，该多个第二分段的每一个相对于该第二纵轴倾斜，且该多个第二分段的每一个包括具有第一曲率的第一弯曲区段和具有相对于该第一曲率反转的第二曲率的第二弯曲区段。9.根据权利要求8所述的结构，其特征在于，该第一光栅耦合器包括第一材料，且该第二光栅耦合器包括与该第一材料不同的第二材料。10.根据权利要求9所述的结构，其特征在于，该第一材料包含单晶硅，且该第二材料包含多晶硅或氮化硅。11.根据权利要求8所述的结构，其特征在于，还包括：第三光栅耦合器，位于具有重叠布置的该第一光栅耦合器和该第二光栅耦合器间，该第三光栅耦合器包括沿第三纵轴间隔的多个第三分段...

【专利技术属性】
技术研发人员：亚历克，
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：