用于温度控制的光学部件的热管理制造技术

本申请涉及用于温度控制的光学部件的热管理。本申请涉及包括光学部件的结构和制造包括光学部件的结构的方法。该结构包括：衬底；包括波导芯的光学部件；以及包括散热层的后段制程堆叠。光学部件在竖直方向上位于衬底和后段制程堆叠之间。波导芯包含具有第一导热率的第一材料，以及散热层包含具有大于第一材料的第一导热率的第二导热率的第二材料。一导热率的第二导热率的第二材料。一导热率的第二导热率的第二材料。

【技术实现步骤摘要】
用于温度控制的光学部件的热管理


[0001]本公开涉及光子学芯片，更具体地涉及包括光学部件的结构和制造包括光学部件的结构的方法。

技术介绍

[0002]光子学芯片用于许多应用和系统，包括但不限于数据通信系统和数据计算系统。光子学芯片将光学部件(例如波导、光电探测器、调制器和光功率分配器)和电子部件(例如场效应晶体管)集成到统一平台中。除了其他因素之外，布局面积、成本和操作开销可通过在同一芯片上集成两种类型的部件来减小。
[0003]边缘耦合器，也称为光斑尺寸转换器，其通常用于将来自光源(如激光器或光纤)的给定模式的光耦合到光子学芯片上的光学部件。边缘耦合器可以包括限定具有尖端的倒锥形(inverse taper)的波导芯的一部分。在边缘耦合器构造中，倒锥形的窄端部提供邻近光源定位在尖端处的刻面(facet)，而倒锥形的宽端部与将光路由到光子学芯片的光学部件的波导芯的另一部分连接。
[0004]当光从光源传输到边缘耦合器时，倒锥形的逐渐变化的横截面积支持与模式转换相关联的模式变换和模式尺寸变化。倒锥形的尖端不能完全限制(confine)从光源接收到的入射模式，因为尖端的横截面积明显小于模式尺寸。因此，入射模式的电磁场的相当大的比例围绕倒锥形的尖端分布。随着倒锥形的宽度增加，倒锥形能够支持整个入射模式并限制电磁场。
[0005]由于功率处理能力差，常规边缘耦合器容易受到不可逆的功率相关损伤，这会对可靠性产生不利影响。特别容易受到功率相关损伤的是包括硅波导芯的边缘耦合器。在高光学输入功率下，硅波导芯中的非线性吸收效应可能导致严重的加热(thermal heating)，甚至由于温度过高而导致波导芯的物理熔化。
[0006]需要包括光学部件的改善的结构和制造包括光学部件的结构的方法。

技术实现思路

[0007]在本专利技术的一个实施例中，一种结构包括：衬底；光学部件，其包括波导芯；以及后段制程堆叠，其包括第一散热层。所述光学部件在竖直方向上位于所述衬底和所述后段制程堆叠之间。所述波导芯包括具有第一导热率的第一材料，以及所述第一散热层包括具有大于所述第一材料的所述第一导热率的第二导热率的第二材料。
[0008]在本专利技术的一个实施例中，一种结构包括：光学部件，其包括具有多个外表面的波导芯；以及位于所述波导芯的所述多个外表面上的散热层。所述波导芯包括具有第一导热率的第一材料，以及所述散热层包括具有大于所述第一导热率的第二导热率的第二材料。
[0009]在本专利技术的一个实施例中，一种方法包括：形成散热层；以及形成在竖直方向上位于衬底和所述散热层之间的光学部件。所述光学部件包括波导芯，所述波导芯包括具有第一导热率的第一材料，以及所述散热层包括具有大于所述第一导热率的第二导热率的第二
材料。
附图说明
[0010]并入本说明书并构成本说明书的一部分的附图示出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描述和下面给出的实施例的详细描述一起用于解释本专利技术的实施例。在附图中，相同的参考标号表示各种视图中的相同特征。
[0011]图1是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俯视图。
[0012]图2是大体沿图1中的线2
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2截取的结构的截面图。
[0013]图3是图2之后的处理方法的制造阶段的结构的截面图。
[0014]图4是根据本专利技术的替代实施例的结构的俯视图。
[0015]图5是根据本专利技术的替代实施例的结构的截面图。
[0016]图6是根据本专利技术的替代实施例的结构的截面图。
[0017]图7是根据本专利技术的替代实施例的结构的截面图。
具体实施方式
[0018]参考图1、2，根据本专利技术的实施例，结构10包括波导芯12作为光学部件。在代表性实施例中，波导芯12可以是边缘耦合器，其中波导芯12包括倒锥形14并具有限定刻面(facet)16的端面。倒锥形14的宽度W1随着距刻面16的距离的增加而增加。倒锥形是指波导芯的锥形部分，其特征在于沿模式传播方向宽度逐渐增加。波导芯12可以沿纵轴15对准，并且波导芯12可以具有包括顶表面和在刻面16处会合的相对侧壁的外表面13。
[0019]波导芯12可以位于电介质层18和衬底20上方。在一个实施例中，电介质层18可以由诸如二氧化硅之类的电介质材料构成，衬底20可以由诸如单晶硅之类的半导体材料构成。在一个实施例中，电介质层18可以是绝缘体上硅衬底中的掩埋氧化物层，并且电介质层18可以将波导芯12与衬底20分开。波导芯12可以由诸如单晶硅之类的半导体材料构成。在一个实施例中，波导芯12可以通过用光刻和蚀刻工艺图案化绝缘体上硅衬底中的单晶硅器件层来形成，并且当图案化波导芯12时，电介质层18可以用作蚀刻停止。
[0020]在代表性实施例中，波导芯12被体现为脊状波导芯。在替代实施例中，波导芯12可以被体现为肋状波导芯。在替代实施例中，波导芯12可以被体现为狭缝状波导芯。在代表性实施例中，波导芯12是线性的或直的。在替代实施例中，波导芯12可以是弯曲的。在替代实施例中，波导芯12可以是非锥形的。在实施例中，波导芯12可以是诸如偏振模式转换器、光学耦合器、多模干涉区等之类的光学部件的一部分。
[0021]参考图3，其中相同的参考标号指示图1、2中的相同特征，并且在随后的制造阶段，电介质层22、24、26形成在波导芯12和电介质层18上方的层堆叠中。电介质层22和电介质层26可以由诸如二氧化硅之类的电介质材料构成，而电介质层24可以由诸如氮化硅之类的电介质材料构成。在替代实施例中，电介质层24可以从层堆叠中省略。
[0022]后段制程堆叠32包括形成在包括电介质层22、24、26的层堆叠上的散热层28。散热层28被定位成与波导芯12重叠。在一个实施例中，散热层28可以与波导芯12完全重叠。在一个实施例中，散热层28可以与波导芯12部分重叠。
[0023]与波导芯12和电介质层22、24、26相比，散热层28可以由导热率相对较高的材料构
成。在一个实施例中，散热层28的材料可以是无机材料，例如金刚石。在一个实施例中，散热层28的材料的特征在于接近室温下的导热率显著大于构成波导芯12的材料的接近室温下的导热率。在一个实施例中，散热层28的材料的特征在于接近室温下的导热率显著大于构成电介质层22、24、26中任一者的材料的接近室温下的导热率。在一个实施例中，散热层28的材料的特征在于接近室温下的导热率显著大于二氧化硅的接近室温下的导热率(即，约1.3W/m
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K)。在一个实施例中，散热层28的材料的特征在于接近室温下的导热率显著大于铜的接近室温下的导热率(即，约400W/m
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K)。在一个实施例中，散热层28的材料的特征在于接近室温下的导热率显著大于硅的接近室温下的导热率(即，约150W/m
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K)。在一个实施例中，散热层28的材料的特征在于接近室温下的导热率大于1000W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：衬底；光学部件，其包括波导芯，所述波导芯包括具有第一导热率的第一材料；以及后段制程堆叠，其包括第一散热层，所述第一散热层包括具有大于所述第一材料的所述第一导热率的第二导热率的第二材料，其中，所述光学部件在竖直方向上位于所述衬底和所述后段制程堆叠之间。2.根据权利要求1所述的结构，其中，所述光学部件是边缘耦合器。3.根据权利要求1所述的结构，其中，所述第一材料是硅，以及所述第二材料是金刚石。4.根据权利要求1所述的结构，还包括：第一电介质层，其在所述竖直方向上位于所述第一散热层和所述光学部件之间。5.根据权利要求4所述的结构，其中，所述后段制程堆叠包括第二散热层，所述第二散热层包括所述第二材料，以及所述光学部件在所述竖直方向上位于所述衬底和所述第二散热层之间。6.根据权利要求5所述的结构，还包括：第二电介质层，其在所述竖直方向上位于所述第一散热层和所述第二散热层之间。7.根据权利要求6所述的结构，其中，所述第一电介质层和所述第二电介质层包括二氧化硅，所述第一材料是硅，以及所述第二材料是金刚石。8.根据权利要求4所述的结构，其中，所述第一电介质层包括具有小于所述第二导热率的第三导热率的第三材料。9.根据权利要求1所述的结构，其中，所述波导芯包括第一部分和第二部分，以及所述第一散热层仅与所述波导芯的所述第一部分重叠。10.根据权利要求9所述的结构，其中，所述第一散热层包括与所述波导芯的所述第一部分重叠的锥形。11.一种结构，包括：光学部件，其包括具有多个外表面的波导芯，所述波导芯包括具有第一导热率的第一材料；以及位于所述波导芯的所述多...

【专利技术属性】
技术研发人员：T，
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：