具有低损耗热可调闭合曲线光波导的光学装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及具有低损耗热可调闭合曲线光波导的光学装置，公开光子结构和相关方法。该结构包括具有从绝缘层的顶面测量的第一高度的闭合曲线波导，以及基本上垂直延伸整个第一高度的外弯曲侧壁(如最小化信号耗损)。该结构包括闭合曲线热耦合器和加热元件。闭合曲线热耦合器与闭合曲线波导热耦合并被其横向围绕且具有小于第一高度的第二高度。在一些实施例中，闭合曲线波导和闭合曲线热耦合器是具有不同厚度的相同半导体层的连续部分。加热元件热耦合到闭合曲线热耦合器并由此间接热耦合到闭合曲线波导。因此，加热元件可用于通过闭合曲线热耦合器对闭合曲线波导进行热调谐，以最大限度地减少任何与温度相关的共振位移(TDRS)。(TDRS)。(TDRS)。

【技术实现步骤摘要】
具有低损耗热可调闭合曲线光波导的光学装置


[0001]本专利技术涉及温度敏感的闭合曲线光波导(closed
‑
curve optical waveguide)，更具体地，涉及包括具有低损耗、热可调、闭合曲线光波导的光学装置的光子结构的实施例。

技术介绍

[0002]光环形谐振器(optical ring resonator)包括多个光波导。在最简单的光形环谐振器中，光波导包括总线波导(bus waveguide)(即具有离散端包括输入端和输出端的光波导)和闭合曲线波导(即具有完整回路的光波导或具有无离散端的环形的光波导)，它与总线波导在空间上分离但光学耦合到总线波导。光信号可以在输入端进入总线波导。由于光耦合，一些光信号会从总线波导进入闭合曲线波导，且一些光信号会从闭合曲线波导进入总线波导。光信号也将在输出端离开总线波导。然而，在闭合曲线波导内，该闭合曲线波导的特定谐振波长的光信号将通过闭合曲线波导重复往返，例如由于相长干涉(constructive interference)而增加强度。结果，从闭合曲线波导进入总线波导的光信号将显著具有特定的谐振波长。因此，这种环形谐振器可以有效地用作滤波器。然而，取决于所使用的核心(core)材料的特性，闭合曲线波导可能对热敏感。也就是说，它们可以表现出与温度相关的共振位移(temperature
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dependent resonance shifts,TDRS)。例如，已知闭合曲线硅波导是热敏感的，并且潜在的TDRS可以是例如大约70皮米/开尔文(picometers per Kelvin,pm/K)或更多。为了最小化TDRS，许多包括闭合曲线波导的光子结构还包括相应的加热器以对闭合曲线光波导进行热调谐(即加热)。不幸的是，当前这种光子结构的可用配置往往表现出性能下降(例如，光功率损耗)。

技术实现思路

[0003]鉴于前述内容，本公开的是光子结构的实施例。光子结构可以包括光学装置。该光学装置可包括一个或多个光波导，包括至少一个闭合曲线波导。例如，在一些实施例中，光学装置可以是环形谐振器，其包括至少一个总线波导和至少一个与总线波导横向相邻定位的闭合曲线波导，更具体地，与总线波导在空间上分开但光学耦合到总线波导。闭合曲线波导可具有第一高度，尤其是具有垂直延伸整个第一高度的外弯曲侧壁。光子结构还可包括闭合曲线热耦合器(thermal coupler)。该闭合曲线热耦合器可以被闭合曲线波导横向包围并且热耦合到该闭合曲线波导。闭合曲线热耦合器还可具有小于闭合曲线波导的第一高度的第二高度。在一些实施例中，闭合曲线波导和闭合曲线热耦合器是具有不同厚度的相同半导体层(例如，相同硅层)的连续部分。光子结构还可包括加热元件。该加热元件可以与闭合曲线热耦合器相邻，并且更具体地，热耦合到闭合固化热耦合器并且由此间接地热耦合到闭合曲线波导。如此，加热元件产生和输出的热能可以进入闭合曲线热耦合器，通过闭合曲线热耦合器，进而进入闭合曲线波导。因此，加热元件可用于通过闭合曲线热耦合器对闭合曲线波导进行热调谐，以最小化任何与温度相关的共振位移(TDRS)。
[0004]本专利技术还公开了形成上述光子结构的方法的实施例。该方法可以包括形成光学装
置。形成光学装置的过程可包括形成一个或多个光波导，包括至少一个闭合曲线波导。例如，在一些实施例中，形成光学装置的过程可以包括形成环形谐振器，其包括至少一个总线波导和至少一个与总线波导横向相邻定位的闭合曲线波导，且更具体地，与总线波导在空间上分开但光学耦合到总线波导。光学装置的闭合曲线波导可形成具有第一高度，尤其是具有基本上垂直延伸整个第一高度的外弯曲侧壁。该方法还可包括形成闭合曲线热耦合器。该闭合曲线热耦合器可以形成被闭合曲线波导横向包围并且热耦合到该闭合曲线波导，还可具有小于闭合曲线波导的第一高度的第二高度。在一些实施例中，闭合曲线波导和闭合曲线热耦合器是具有不同厚度的相同半导体层(例如，相同硅层)的连续部分。该方法还可包括形成加热元件。该加热元件可邻近闭合曲线热耦合器形成，使得其热耦合至闭合曲线热耦合器并由此间接热耦合至闭合曲线波导。该方法可以进一步包括使用加热元件经由闭合曲线热耦合器热调谐闭合曲线波导(例如，使用加热元件产生和输出热能，其进入并通过闭合曲线热耦合器且进一步进入闭合曲线波导)，以最小化任何与温度相关的共振位移(TDRS)。
附图说明
[0005]从以下参考附图的详细描述中将更好地理解本专利技术，附图不一定按比例绘制并且其中：
[0006]图1是光子结构的布置图；
[0007]图1A至图1D是图1中示出的光子结构的替代实施例的横截面图；
[0008]图2是另一种光子结构的布置图；
[0009]图2A至图2D是图2中示出的光子结构的替代实施例的横截面图；
[0010]图3是另一种光子结构的布置图；
[0011]图3A至图3B是图3中示出的光子结构的替代实施例的横截面图；
[0012]图4是说明形成光子结构的实施例的方法的流程图；
[0013]图5A至图5C是说明用于形成图1A所示光子结构实施例的示例性制程步骤的横截面图；
[0014]图6A至图6C是说明用于行成图1B所示光子结构实施例的示例性制程步骤的横截面图；
[0015]图7A至图7C是说明用于形成图1C所示光子结构实施例的示例性制程步骤的横截面图；以及
[0016]图8A至图8C是说明用于形成图1D所示光子结构实施例的示例性制程步骤的横截面图。
具体实施方式
[0017]如上所述，闭合曲线波导(即具有完整回路的光波导或具有无离散端的环形的光波导)可能对热敏感，且具体取决于所使用的核心材料的特性。也就是说，它们可以表现出与温度相关的共振位移(TDRS)。例如，已知闭合曲线硅波导是热敏感的，并且潜在的TDRS可以是例如大约70皮米/开尔文(pm/K)或更多。为了最小化TDRS，许多包括闭合曲线光波导的光子结构还包括相应的加热器以对闭合曲线光波导进行热调谐(即加热)。不幸的是，当前
这种光子结构的可用配置往往表现出性能下降(例如，光功率损耗)。
[0018]鉴于前述内容，本专利技术公开的光子结构的实施例包括具有低损耗、热可调、闭合曲线光波导的光学装置。更具体地，本专利技术公开的是光子结构的实施例。该光子结构可以包括具有一个或多个光波导的光学装置，该光波导包括至少一个闭合曲线波导。闭合曲线波导可以具有从绝缘层的顶面开始测量的第一高度，以及基本上垂直延伸整个第一高度的外弯曲侧壁(例如，如下所讨论的，以便最小化信号损失并改善模式限制(mode confinemnet))。光子结构还可以包括闭合曲线热耦合器，其热耦合到闭合曲线波导并被其横向围绕且具有小于第一高度的第二高度。在一些实施例中，闭合曲线波导和闭合曲线热耦合器可以是具有不同厚度的相同半导体层(例如，相同的硅层，或可替代地，相同的多晶硅、锗或硅锗层)的连续部分。最后，光子结构可以包括加热元件，该加热元件与本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种结构，其特征在于，包括：具有第一高度的闭合曲线波导；由该闭合曲线波导横向包围的闭合热耦合器，其中，该闭合曲线热耦合器具有小于该第一高度的第二高度；以及与闭合曲线热耦合器相邻的加热元件，其中，该闭合曲线热耦合器适于将热能从该加热元件传递到该闭合曲线波导。2.如权利要求1所述的结构，其特征在于，还包括绝缘层，其中，该闭合曲线波导和该闭合曲线热耦合器在该绝缘层的顶面上方并紧邻该顶面，以及其中，该闭合曲线波导具有外弯曲侧壁，该外弯曲侧壁从该绝缘层的该顶面基本上垂直地延伸到该第一高度。3.如权利要求1所述的结构，其特征在于，该闭合曲线热耦合器邻接该闭合曲线波导。4.如权利要求1所述的结构，其特征在于，该加热元件被该闭合曲线热耦合器横向包围。5.如权利要求1所述的结构，其特征在于，该闭合曲线波导包括半导体层的第一部分，其中，该半导体层包括硅层、多晶硅层、锗层和硅锗层中的任一个，其中，该闭合曲线热耦合器包括从该第一部分横向延伸且比该第一部分薄的该半导体层的第二部分，以及其中，该加热元件包括该半导体层的第三部分和在该第三部分上的金属硅化物层。6.如权利要求1所述的结构，其特征在于，该闭合曲线波导包括半导体材料，以及其中，该闭合曲线热耦合器包括不同于该半导体材料的电绝缘导热材料。7.如权利要求1所述的结构，其特征在于，该加热元件的底部位于该闭合曲线热耦合器的顶部上方。8.一种结构，其特征在于，包括：环形谐振器，包括：具有第一高度的总线波导；以及与该总线波导相邻且具有该第一高度的闭合曲线波导；由该闭合曲线波导横向包围的闭合曲线热耦合器，其中，该闭合曲线热耦合器具有小于该第一高度的第二高度；以及相邻该闭合曲线热耦合器的加热元件，其中，该闭合曲线热耦合器适于将热能从该加热元件传递到该闭合曲线波导。9.如权利要求8所述的结构，其特征在于，还包括绝缘层，其中，该总线波导、该闭合曲线波导和该闭合曲线热耦合器位于该绝缘层的顶面上方并紧邻该顶面，以及其中，该闭合曲线波导具有外弯曲侧壁，该外弯曲侧壁从该绝缘层的顶面基本上垂直地延伸到该第一高度。10.如权利要求8所述的结构，其特征在于，该闭合曲线热耦合器邻接该闭合曲线波导。
11.如权利要求8所述的结构，其特征在于，该加热元件被该闭合曲线热耦合器横向包围。12.如权利要求8所述的结构，其特征在于，该闭合曲线波导包括半导体层的第一部分，其中，该半导体层包括硅层、多晶硅层、锗层和硅锗层中的任一个，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：米歇尔，
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：