集成端面耦合器的硅基片上光源制造技术

本发明专利技术公开了一种集成端面耦合器的硅基片上光源，包括倒脊型波导硅基激光器和端面耦合器。其中，倒脊型波导硅基激光器包括：衬底，衬底通过矩形槽形成位于衬底中段的梁，和位于衬底两端的第一平面和第二平面，第一平面设有连通沟槽；倒脊型波导微米线，倒脊型波导微米线设置在连通沟槽内，倒脊型波导微米线设置有波导层；介质填充层，覆盖倒脊型波导微米线；端面耦合器包括：硅波导，设置于第二平面和梁上，与倒脊型波导微米线对应设置；介质波导，覆盖于梁上，介质波导与倒脊型波导微米线相接触；电极，包括上电极和下电极，上电极设置于介质填充层上，并与倒脊型波导微米线接触，下电极与衬底接触。与衬底接触。与衬底接触。

【技术实现步骤摘要】
集成端面耦合器的硅基片上光源


[0001]本专利技术涉及硅基光电集成领域，具体涉及一种集成端面耦合器的硅基片上光源。

技术介绍

[0002]随着集成电路集成度的提高，器件的带宽、功耗、速度、时延等无法按照人们的预期发展。目前，硅基光电子集成技术已经成为信息技术发展的必然和业界的普遍共识。硅基选区外延激光器被认为是一种理想的片上光源，用于光密集集成。由于硅是间接带隙，有效的硅基光源一直是硅基光电密集集成的一大难题。硅基选区外延激光器与硅波导的耦合十分关键，且目前没有标准的耦合方案。

技术实现思路

[0003]基于此，本专利技术提出了一种集成端面耦合器的硅基片上光源，具有高对准精度、低成本，可批量生产，易于实施，可进行光密集集成等优点。
[0004]根据本专利技术的一个方面，提供了一种集成端面耦合器的硅基片上光源，包括倒脊型波导硅基激光器和端面耦合器；
[0005]上述倒脊型波导硅基激光器包括：
[0006]衬底，上述衬底通过上述矩形槽形成位于上述衬底中段的梁，和
[0007]位于上述衬底两端的第一平面和第二平面，上述第一平面设有连通沟槽；
[0008]倒脊型波导微米线，上述倒脊型波导微米线设置在上述连通沟槽内；
[0009]介质填充层，覆盖上述倒脊型波导微米线；
[0010]上述端面耦合器包括：
[0011]硅波导，设置于上述第二平面和上述梁上，与上述倒脊型波导微米线对应设置；
[0012]介质波导，覆盖于上述梁上，上述介质波导与上述倒脊型波导微
[0013]米线相接触；
[0014]电极，包括上电极和下电极，上述上电极设置于上述介质填充层上，并与上述倒脊型波导微米线接触，上述下电极与上述衬底接触。
[0015]根据本专利技术的实施例，其中，上述硅波导包括相连的锥形硅波导和直硅波导，上述直硅波导作为片上光发射器的输出端，与硅光芯片相对接。
[0016]根据本专利技术的实施例，其中，上述介质波导包裹上述锥形硅波导。
[0017]根据本专利技术的实施例，其中，上述介质波导的长度不小于其所覆盖的锥形硅波导的长度。
[0018]根据本专利技术的实施例，其中，上述介质波导的材料为SiN
x
，SiO
x
N
y
，BCB，SiO2的一种或几种。
[0019]根据本专利技术的实施例，其中，上述衬底包括硅底层和掩埋氧化层，上述掩埋氧化层上形成覆盖上述梁的刻蚀结构，上述梁下方的硅底层刻蚀形成与上述矩形槽贯通的空腔，通过上述矩形槽与上述空腔形成作为上述梁的悬臂结构。
[0020]根据本专利技术的实施例，其中，上述连通沟槽包括制备在上述掩埋氧化层的矩形二氧化硅沟槽和制备在上述硅底层的V型沟槽；
[0021]上述矩形二氧化硅沟槽的深宽比大于2。
[0022]根据本专利技术的实施例，其中，上述倒脊型波导微米线设置有波导层，上述波导层下端与上述矩形二氧化硅沟槽的内壁接触。
[0023]根据本专利技术的实施例，其中，上述硅底层为N型重掺杂硅层。
[0024]根据本专利技术的实施例，其中，上述梁与上述介质波导等宽，且上述梁的宽度大于上述连通沟槽的宽度。
[0025]从上述技术方案可以看出，本专利技术提供的集成端面耦合器的硅基片上光源具有以下有益效果：
[0026]本专利技术将倒脊型波导激光器和端面耦合器设计在同一个衬底上，通过倒脊型波导激光器和端面耦合器设计在同一个衬底上，倒脊型波导激光器通过选区外延制备而成，提供了一种可耦合进硅波导的硅基片上光源方案，发光面与硅波导在同一平面，有利于提高光从激光器到硅波导的耦合效率。
[0027]本专利技术提供的集成端面耦合器的硅基片上光源，梁和连通沟槽均制备在二氧化硅层，此结构极大的增加了悬臂结构的稳定性。具有高对准精度、低成本，可批量生产，易于实施，可进行光密集集成等优点。为光密集集成提供了一种可选的硅基光源方案。
附图说明
[0028]图1为本专利技术实施例的集成端面耦合器的硅基片上光源的结构示意图；
[0029]图2为本专利技术实施例的集成端面耦合器的硅基片上光源的剖面示意图；
[0030]图3为本专利技术实施例的硅波导与介质波导的俯视示意图；
[0031]图4为本专利技术实施例的两种介质波导结构的横截面示意图；
[0032]图5为本专利技术实施例的掩埋氧化层的结构示意图；
[0033]图6为本专利技术实施例的下电极制备在衬底的硅底层的下表面的结构示意图；
[0034]图7为本专利技术实施例的下电极制备在衬底的硅底层延伸部分的上表面的结构示意图。
[0035]附图标记：
[0036]1‑
衬底；
[0037]101
‑
硅底层；102
‑
掩埋氧化层；103
‑
刻蚀结构；104
‑
梁；
[0038]2‑
倒脊型波导微米线；
[0039]201
‑
波导层；
[0040]3‑
介质波导；
[0041]301
‑
低折射率介质波导；302
‑
高折射率介质波导；
[0042]4‑
硅波导；
[0043]401
‑
锥形硅波导；402
‑
直硅波导；
[0044]5‑
下电级；
[0045]6‑
上电级；
[0046]7‑
介质填充层。
具体实施方式
[0047]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术作进一步的详细说明。
[0048]目前，硅基光电子集成技术已经成为信息技术发展的必然和业界的普遍共识。硅基选区外延激光器被认为是一种理想的片上光源，用于光密集集成。由于硅是间接带隙，有效的硅基光源一直是硅基光电密集集成的一大难题。硅基选区外延激光器与硅波导的耦合十分关键，且目前没有标准的耦合方案。
[0049]图1为本专利技术实施例的集成端面耦合器的硅基片上光源的结构示意图。
[0050]图2为本专利技术实施例的集成端面耦合器的硅基片上光源的剖面示意图。
[0051]根据本专利技术一方面总体上的专利技术构思，如图1和图2所示，提供了一种集成端面耦合器的硅基片上光源，包括倒脊型波导硅基激光器和端面耦合器；
[0052]倒脊型波导硅基激光器包括：
[0053]衬底1，衬底1通过矩形槽形成位于衬底1中段的梁104，和位于衬底1两端的第一平面和第二平面，第一平面设有连通沟槽；
[0054]倒脊型波导微米线2，倒脊型波导微米线2设置在连通沟槽内；
[0055]介质填充层7，覆盖倒脊型波导微米线2；
[0056]端面耦合器包括：
[0057]硅波导4，设置于第二平面和梁104上，与倒脊型波导微米线2对应设置；<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种集成端面耦合器的硅基片上光源，包括倒脊型波导硅基激光器和端面耦合器；所述倒脊型波导硅基激光器包括：衬底，所述衬底通过所述矩形槽形成位于所述衬底中段的梁，和位于所述衬底两端的第一平面和第二平面，所述第一平面设有连通沟槽；倒脊型波导微米线，所述倒脊型波导微米线设置在所述连通沟槽内；介质填充层，覆盖所述倒脊型波导微米线；所述端面耦合器包括：硅波导，设置于所述第二平面和所述梁上，与所述倒脊型波导微米线对应设置；介质波导，覆盖于所述梁上，所述介质波导与所述倒脊型波导微米线相接触；电极，包括上电极和下电极，所述上电极设置于所述介质填充层上，并与所述倒脊型波导微米线接触，所述下电极与所述衬底接触。2.根据权利要求1所述的光源，其中，所述硅波导包括相连的锥形硅波导和直硅波导，所述直硅波导作为片上光发射器的输出端，与硅光芯片相对接。3.根据权利要求2所述的光源，其中，所述介质波导包裹所述锥形硅波导。4.根据权利要求2所述的光源，其中，所述介质波导的长度不小于其所覆盖的锥...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨正霞，周旭亮，杨文宇，王梦琦，潘教青，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：