一种端面耦合器件制造技术

本公开提供一种端面耦合器件，包括：衬底；位于所述衬底上的端面耦合结构；至少部分覆盖所述端面耦合结构的包覆层；其中，所述端面耦合结构中至少包括：光斑放大波导和过渡波导；所述光斑放大波导，由锥形波导队列组成，用于对输入光的光模式进行放大；所述锥形波导队列是由多个锥形波导构成的组合结构，其一端为耦合端，另一端与所述过渡波导的一端连接；所述过渡波导，连接在标准波导和所述光斑放大波导之间，用于将所述标准波导的输入光过渡到所述光斑放大波导

【技术实现步骤摘要】
一种端面耦合器件


[0001]本公开涉及半导体光电
，具体涉及一种端面耦合器件
。

技术介绍

[0002]随着互联网科技的发展，海量的互联网数据使得数据处理芯片和传输带宽面临着新的挑战
。
为了提高处理器的数据处理能力，传统芯片不断提升其工艺制程，芯片的处理能力已经按照摩尔定律发展了半个世纪，但是进入纳米甚至微米领域，电子隧穿效应逐渐明显，摩尔定律已然失效
。
同时，不断微缩的电子器件使得发热
、
电子干扰和延迟问题也日渐严重
。
[0003]硅基光互联方案可以很好地解决这些问题
。
一方面，硅基光互联具有低延迟
、
带宽大
、
低发热等优势；另一方面，硅基光互连可以很好地发挥目前成熟的
CMOS
工艺优势
。
在光通讯领域，网络数据吞吐量的不断提高，光通信作为一种高速稳定的传输方式，如何最大限度地提高其数据承载能力尤为关键
。
高度集成的光电芯片与光纤或是半导体光放大器
SOA
之间的光耦合效率是限制芯片工作效率的关键因素
。
[0004]传统的垂直光栅耦合方案耦合效率较低
、
对波长变化较为敏感，虽然目前的光栅耦合也能够达到较好的耦合效率，但其体积较大，仍然无法满足光电互联的耦合要求
。
相比而言，端面耦合方案体积较小
、
耦合效率高，成为了光纤
‑/>芯片耦合和外腔激光器的主流光耦合方案
。
[0005]在端面耦合方案中，基于渐变锥波导以及结合
SiON
波导的单锥端面耦合方案，可以通过锥波导不断缩小波导宽度，减弱波导对光模式的束缚能力从而扩大光斑面积，从而获得高的光模式匹配
。
但是缺点也较为明显：对准精度要求较高，制备较为复杂，需要较高的制备工艺
。
对于更大的光斑耦合，通常采用多锥波导组合的方式来提高耦合效率，多层波导或
3D
锥波导方案能够有效扩大光斑的纵向大小
。
但需要多次沉积
、
刻蚀，更复杂的
3D
结构在技术上还难以制备
。
[0006]因此，提供一种对制备工艺要求较低
、
结构紧凑
、
具有较高耦合容差的光耦合器件对光互联领域非常重要
。

技术实现思路

[0007]本公开的目的是提供一种端面耦合器件，对制备工艺要求较低，结构紧凑，具有较高耦合容差
。
[0008]本公开实施例提供一种端面耦合器件，包括：
[0009]衬底；
[0010]位于所述衬底上的端面耦合结构；
[0011]至少部分覆盖所述端面耦合结构的包覆层；
[0012]其中，所述端面耦合结构中至少包括：光斑放大波导和过渡波导；
[0013]所述光斑放大波导，由锥形波导队列组成，用于对输入光的光模式进行放大；所述
锥形波导队列是由多个锥形波导构成的组合结构，其一端为耦合端，另一端与所述过渡波导的一端连接；
[0014]所述过渡波导，连接在标准波导和所述光斑放大波导之间，用于将所述标准波导的输入光过渡到所述光斑放大波导
。
[0015]在本申请的一些实施方式中，所述锥形波导队列中的多个锥形波导均为线性渐变的锥形波导
。
[0016]在本申请的一些实施方式中，所述锥形波导队列中的多个锥形波导对称且等间距排列
。
[0017]在本申请的一些实施方式中，所述锥形波导队列由5个锥形波导构成，所述锥形波导队列的长度为
70
μ
m
，在所述锥形波导队列的耦合端，锥形波导的波导宽度为
234nm
，高度为
220nm
，间距为
540nm。
[0018]在本申请的一些实施方式中，在所述锥形波导队列的另一端，锥形波导的波导宽度为
320nm
，高度为
220nm
，间距为
200nm
，两侧延长宽度为
340nm
，两侧延长宽度是指所述光斑放大波导与所述过渡波导在连接端两侧的宽度差
。
[0019]在本申请的一些实施方式中，所述过渡波导为锥形波导
。
[0020]在本申请的一些实施方式中，所述过渡波导的上轮廓和下轮廓对称
。
[0021]在本申请的一些实施方式中，所述过渡波导的上轮廓是基于
Hermite
曲线公式得到的；所述
Hermite
曲线公式如下：
[0022]P(t)
＝
(2t3‑
3t2+1)P0+(t3‑
2t2+t)M0+(t3‑
2t2)M1+(
‑
2t3+3t2)P1；
[0023]其中，
P0是曲线起始点，
P1是曲线终结点，
M0是起始点处的切线方向，
M1是终结点处的切线方向；参数
t
从0变化到1的过程中
P(t)
形成的轨迹构成了从
P0到
P1的平滑曲线；
[0024]其中，
P0坐标为
(0
，
0)
，
M0坐标为
(0
，
10)
，
M1坐标为
(0
，
50)
，
P1坐标为
(20
，
1.315)
，坐标单位为
μ
m。
[0025]在本申请的一些实施方式中，所述过渡波导的长度为
20
μ
m
，所述过渡波导连接所述光斑放大波导一端的宽度为
3.08
μ
m
，连接标准波导一端的宽度为
0.45
μ
m。
[0026]在本申请的一些实施方式中，所述端面耦合结构的制作材料为硅
。
[0027]本公开与现有技术相比的优点在于：
[0028]本公开提供的端面耦合器件中至少包括：光斑放大波导和过渡波导；所述光斑放大波导由锥形波导队列组成，可以对输入光的光模式进行放大；所述锥形波导队列是由多个锥形波导构成的组合结构，其一端为耦合端，另一端与所述过渡波导的一端连接；所述过渡波导连接在标准波导和所述光斑放大波导之间，可以将所述标准波导的输入光过渡到所述光斑放大波导
。
相较于现有技术，本申请可以通过光斑放大波导中的多个锥形波导同时放大输入光的光模式，可以为光模式相差较大的光器件之间提供更高的光耦合效率，同时，通过调整多个锥形波导的间距可以实现与不同尺寸的光器件进行高效耦合...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种端面耦合器件，其特征在于，包括：衬底；位于所述衬底上的端面耦合结构；至少部分覆盖所述端面耦合结构的包覆层；其中，所述端面耦合结构中至少包括：光斑放大波导和过渡波导；所述光斑放大波导，由锥形波导队列组成，用于对输入光的光模式进行放大；所述锥形波导队列是由多个锥形波导构成的组合结构，其一端为耦合端，另一端与所述过渡波导的一端连接；所述过渡波导，连接在标准波导和所述光斑放大波导之间，用于将所述标准波导的输入光过渡到所述光斑放大波导
。2.
根据权利要求1所述的端面耦合器件，其特征在于，所述锥形波导队列中的多个锥形波导均为线性渐变的锥形波导
。3.
根据权利要求2所述的端面耦合器件，其特征在于，所述锥形波导队列中的多个锥形波导对称且等间距排列
。4.
根据权利要求3所述的端面耦合器件，其特征在于，所述锥形波导队列由5个锥形波导构成，所述锥形波导队列的长度为
70
μ
m
，在所述锥形波导队列的耦合端，锥形波导的波导宽度为
234nm
，高度为
220nm
，间距为
540nm。5.
根据权利要求4所述的端面耦合器件，其特征在于，在所述锥形波导队列的另一端，锥形波导的波导宽度为
320nm
，高度为
220nm
，间距为
200nm
，两侧延长宽度为
340nm
，两侧延长宽度是指所述光斑放大波导与所述过渡波导在连接端两侧的宽度差
。6.
根据权利要求1所述的端面耦合器件，其特征在于，所述过渡波导为锥形波导
。7.
根据权利要求6所述的端面耦合器件，其特征在于，所述过渡波导的上轮廓和下轮廓...

【专利技术属性】
技术研发人员：王祎锴，颜博霞，亓岩，周密，王延伟，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：