【技术实现步骤摘要】
光子集成电路、光电系统和制造PIC的方法
[0001]本公开涉及一种光子集成电路(PIC)，该PIC可用于例如但不限于电信应用、光探测与测距(LIDAR)或传感器应用。本公开进一步涉及包括所述PIC的光电系统。本公开进一步涉及一种制造所述PIC的方法。
技术介绍
[0002]由于越来越多的光学和/或电气功能被集成在单个裸片上而且该裸片最好具有尽可能小的尺寸，因此能够应用于例如但不限于光通信应用、LIDAR或传感器应用领域的PIC正变得越来越复杂。
[0003]日益复杂的PIC的一个例子是可用于相干接收的PIC。众所周知，相干传输涉及通过调制两个光载波的幅度和相位来对光载波上的信息进行编码。两种偏振，即横向磁(TM)和横向电(TE)，通常用于防止所述光载波在沿着例如由光纤或集成光波导形成的相同光路传播时彼此干扰。为了恢复编码信息，需要分离接收的光信号中的TM和TE模式。
[0004]用于PIC(特别是用于光通信应用)的最通用的技术平台使用包含基于InP的半导体材料的晶圆。基于InP的技术实现了有源器件(例如光产...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种光子集成电路PIC(1)，该PIC(1)包括具有支撑衬底(3)的基于InP的偏振旋转器(2)，所述基于InP的偏振旋转器(2)包括细长的基于InP的光波导(4)，所述细长的基于InP的光波导(4)包括：作为所述支撑衬底(3)的至少一部分的第一基于InP的覆层(5)或被布置成至少部分地覆盖所述支撑衬底(3)的外延基于InP的层；基于InP的芯层(6)，被布置成覆盖所述第一基于InP的覆层(5)；和第二基于InP的覆层(7)，被布置成至少部分地覆盖所述基于InP的芯层(6)；其中所述细长的基于InP的光波导(4)被配置和布置成具有：
‑
第一波导段(8)，所述第一波导段(8)包括：
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第一部分(9)，所述第一部分(9)具有第一端部(10)和第二端部(11)，其中：
○
至少所述基于InP的芯层(6)的布置成与所述第一基于InP的覆层(5)接触的第一部(6a)和所述第一基于InP的覆层(5)从横向于所述细长的基于InP的光波导(4)且平行于所述支撑衬底(3)的方向看具有第一宽度轮廓(WP1)，所述第一宽度轮廓(WP1)具有恒定的第一值(W1)；
○
从横向于所述细长的基于InP的光波导(4)并平行于所述支撑衬底(3)的方向看，所述第二基于InP的覆层(7)具有第二宽度轮廓(WP2)或所述基于InP的芯层(6)的布置成与所述基于InP的芯层(6)的第一部(6a)和所述第二基于InP的覆层(7)两者接触的第二部(6b)以及所述第二基于InP的覆层(7)具有所述第二宽度轮廓(WP2)，所述第二宽度轮廓(WP2)具有：
■
所述第一部分(9)的第一端部(10)处的第二值(W2)，所述第二值(W2)小于所述第一宽度轮廓(WP1)的第一值(W1)；和
■
所述第一部分(9)的第二端部处(11)的第三值(W3)，所述第三值(W3)大于所述第二值(W2)并且小于所述第一宽度轮廓(WP1)的第一值(W1)；和
○
所述第一宽度轮廓(WP1)和所述第二宽度轮廓(WP2)被配置和布置成向所述第一部分(9)提供杂化区域(12)，在所述杂化区域(12)中，从平行于所述细长的基于InP的光波导(4)的方向看，所述细长的基于InP的光波导(4)沿着杂化长度(Lh)具有有效折射率值，所述有效折射率值使得能够在所述杂化区域(12)中以至多
‑
10dB的模式转换损耗将低阶TM模式转换为高阶TE模式；
●
第二部分(13)，该第二部分(13)具有第三端部(14)和第四端部(15)，所述第四端部(15)被布置成与所述第一部分(9)的第一端部(10)光学连接，其中：
○
从横向于所述细长的基于InP的光波导(4)且平行于所述支撑衬底(3)的方向看，至少所述基于InP的芯层(6)的第一部(6a)和所述第一基于InP的覆层(5)具有第三宽度轮廓(WP3)，所述第三宽度轮廓(WP3)具有：
■
所述第二部分(13)的第三端部(14)处的第四值(W4)，所述第四值(W4)小于所述第一部分(9)中的第一宽度轮廓(WP1)的第一值(W1)；和
■
所述第二部分(13)的第四端部(15)处的第五值(W5)，所述第五值(W5)等于第一部分(9)中的第一宽度轮廓(WP1)的第一值(W1)；以及
○
从横向于所述细长的基于InP的光波导(4)且平行于所述支撑衬底(3)的方向看，所述第二基于InP的覆层(7)具有第四宽度轮廓(WP4)或所述基于InP的芯层(6)的第二部(6b)
以及所述第二基于InP的覆层(7)具有所述第四宽度轮廓(WP4)，所述第四宽度轮廓(WP4)具有：
■
所述第二部分(13)的第三端部(14)处的第六值(W6)，所述第六值(W6)等于所述第三宽度轮廓(WP3)的第四值(W4)；和
■
所述第二部分(13)的第四端部(15)处的第七值(W7)，所述第七值(W7)等于所述第一部分(9)中的第二宽度轮廓(WP2)的第二值(W2)；以及
●
第三部分(16)，该第三部分(16)具有第五端部(17)和第六端部(18)，所述第五端部(17)布置成与所述第一部分(9)的第二端部(11)光学连接，其中：
○
从横向于所述细长的基于InP的光波导(4)且平行于所述支撑衬底(3)的方向看，至少所述基于InP的芯层(6)的第一部(6a)和所述第一基于InP的覆层(5)具有第五宽度轮廓(WP5)，所述第五宽度轮廓(WP5)具有：
■
所述第三部分(16)的第五端部(17)处的第八值(W8)，所述第八值(W8)等于所述第一部分(9)中的第一宽度轮廓(WP1)的第一值(W1)；和
■
所述第三部分(16)的第六端部(18)处的第九值(W9)，所述第九值(W9)小于所述第八值(W8)且大于所述第二部分(13)中的第三宽度轮廓(WP3)的第四值(W4)；以及
○
从横向于所述细长的基于InP的光波导(4)且平行于所述支撑衬底(3)的方向看，所述第二基于InP的覆层(7)具有第六宽度轮廓(WP6)或所述基于InP的芯层(6)的第二部(6b)以及所述第二基于InP的覆层(7)具有所述第六宽度轮廓(WP6)，所述第六宽度轮廓(WP6)具有：
■
所述第三部分(16)的第五端部(17)处的第十值(W10)，所述第十值(W10)等于所述第一部分(9)中的第二宽度轮廓(WP2)的第三值(W3)；和
■
所述第三部分(16)的第六端部(18)处的第十一值(W11)，所述第十一值(W11)等于所述第五宽度轮廓(WP5)的第九值(W9)；
‑
第二波导段(23)，该第二波导段(23)包括第七端部(24)、第八端部(25)和第一横截面，其中，所述第八端部(25)布置成与所述第一波导段(8)的第二部分(13)的第三端部(14)光学连接，所述第一横截面从横向于所述细长的基于InP的光波导(4)和所述支撑衬底(3)两者的方向看是对称的，所述第一横截面允许所述第二波导段(23)支持TM0模式、TE0模式、TM1模式和TE1模式中的至少一种模式；以及
‑
第三波导段(26)，该第三波导段(26)包括第九端部(27)、第十端部(28)和第二横截面，其中，所述第九端部(27)布置成与所述第一波导段(8)的第三部分(16)的第六端部(18)光学连接，所述第二横截面从横向于所述细长的基于InP的光波导(4)和所述支撑衬底(3)两者的方向上看是对称的，所述第二横截面允许所述第三波导段(26)支持TM0模式、TE0模式、TM1模式和TE1模式中的至少一种模式。2.根据权利要求1所述的PIC(1)，其中：所述第一波导段(8)的第二部分(13)中的第三宽度轮廓(WP3)具有位于所述第二部分(13)的第三端部(14)处的第四值(W4)和所述第二部分(13)的第四端部(15)处的第五值(W5)之间的线性锥形形状或绝热锥形形状；和所述第一波导段(8)的第三部分(16)中的第五宽度轮廓(WP5)具有位于所述第三部分(16)的第五端部(17)处的第八值(W8)和所述第三部分(16)的第六端部(18)处的第九值
(W9)之间的线性锥形形状或绝热锥形形状。3.根据权利要求1所述的PIC(1)，其中：所述第一波导段(8)的第一部分(9)中的第二宽度轮廓(WP2)具有位于所述第一部分(9)的第一端部(10)处的第二值(W2)和所述第一部分(9)的第二端部(11)处的第三值(W3)之间的线性锥形形状或绝热锥形形状；以及所述第一波导段(8)的第二部分(13)中的第四宽度轮廓(WP4)具有位于所述第二部分(13)的第三端部(14)处的第六值(W6)和所述第二部分(13)的第四端部(15)处的第七值(W7)之间的线性锥形形状或绝热锥形形状；以及所述第一波导段(8)的第三部分(16)中的第六宽度轮廓(WP6)具有位于所述第三部分(16)的第五端部(17)处的第十值(W10)和所述第三部分(16)的第六端部(18)处的第十一值(W11)之间的线性锥形形状或绝热锥形形状。4.根据权利要求1所述的PIC(1)，其中：所述第一波导段(8)的第一部分(9)中的第二宽度轮廓(WP2)具有位于所述第一部分(9)的第一端部(10)处的第二值(W2)和所述第一部分(9)的第二端部(11)处的第三值(W3)之间的线性锥形形状或绝热锥形形状；以及所述第一波导段(8)的第二部分(13)中的第三宽度轮廓(WP3)具有位于所述第二部分(13)的第三端部(14)处的第四值(W4)和所述第二部分(13)的第四端部(15)处的第五值(W5)之间的线性锥形形状或绝热锥形形状；所述第一波导段(8)的第二部分(13)中的第四宽度轮廓(WP)4具有位于所述第二部分(13)的第三端部(14)处的第六值(W6)和所述第二部分(13)的第四端部(15)处的第七值(W7)之间的线性锥形形状或绝热锥形形状；所述第一波导段(8)的第三部分(16)中的第五宽度轮廓(WP5)具有位于所述第三部分(16)的第五端部(17)处的第八值(W8)和所述第三部分(16)的第六端部(18)处的第九值(W9)之间的线性锥形形状或绝热锥形形状；以及所述第一波导段(8)的第三部分(16)中的第六宽度轮廓(WP6)具有位于所述第三部分(16)的第五端部(17)处的第十值(W10)和所述第三部分(16)的第六端部(18)处的第十一值(W11)之间的线性锥形形状或绝热锥形形状。5.根据权利要求1所述的PIC(1)，其中：所述第一波导段(8)的第二部分(13)中的第四宽度轮廓(WP4)具有第一部(19)，如在平行于所述支撑衬底(3)的平面中看到的，该第一部(19)具有至少六边形形状的圆周并且具有第一边(20)，所述第一边(20)布置在所述第二部分(13)的第三端部(14)处并且等于所述第二部分(13)的第三端部(14)处的第六值(W6)；以及所述第一波导段(8)的第三部分(16)中的第六宽度轮廓(WP6)具有第二部(21)，如在平行于所述支撑衬底(3)的平面中看到的，该第二部(21)具有至少六边形形状的圆周并且具有第二边(22)，所述第二边(22)布置在所述第三部分(16)的第六端部(18)处并且等于所述第三部分(16)的第六端部(18)处的第十一值(W11)。6.根据权利要求2所述的PIC(1)，其中：所述第一波导段(8)的第二部分(13)中的第四宽度轮廓(WP4)具有第一部(19)，如在平行于所述支撑衬底(3)的平面中看到的，该第一部(19)具有至少六边形形状的圆周并且具
有第一边(20)，所述第一边(20)布置在所述第二部分(13)的第三端部(14)处并且等于所述第二部分(13)的第三端部(14)处的第六值(W6)；以及所述第一波导段(8)的第三部分(16)中的第六宽度轮廓(WP6)具有第二部(21)，如在平行于所述支撑衬底(3)的平面中看到的，该第二部(21)具有至少六边形形状的圆周并且具有第二边(22)，所述第二边(22)布置在所述第三部分(16)的第六端部(18)处并且等于所述第三部分(16)的第六端部(18)处的第十一值(W11)。7.根据权利要求3所述的PIC(1)，其中：所述第一波导段(8)的第二部分(13)中的第四宽度轮廓(WP4)具有第一部(19)，如在平行于所述支撑衬底(3)的平面中看到的，该第一部(19)具有至少六边形形状的圆周并且具有第一边(20)，所述第一边(20)布置在所述第二部分(13)的第三端部(14)处并且等于所述第二部分(13)的第三端部(14)处的第六值(W6)；以及所述第一波导段(8)的第三部分(16)中的第六宽度轮廓(WP6)具有第二部(21)，如在平行于所述支撑衬底(3)的平面中看到的，该第二部(21)具有至少六边形形状的圆周并且具有第二边(22)，所述第二边(22)布置在所述第三部分(16)的第六端部(18)处并且等于所述第三部分(16)的第六端部(18)处的第十一值(W11)。8.根据权利要求4所述的PIC(1)，其中：所述第一波导段(8)的第二部分(13)中的第四宽度轮廓(WP4)具有第一部(19)，如在平行于所述支撑衬底(3)的平面中看到的，该第一部(19)具有至少六边形形状的圆周并且具有第一边(20)，所述第一边(20)布置在所述第二部分(13)的第三端部(14)处并且等于所述第二部分(13)的第三端部(14)处的第六值(W6)；以及所述第一波导段(8)的第三部分(16)中的第六宽度轮廓(WP6)具有第二部(21)，如在平行于所述支撑衬底(3)的平面中看到的，该第二部(21)具有至少六边形形状的圆周并且具有第二边(22)，所述第二边(22)布置在所述第三部分(16)的第六端部(18)处并且等于所述第三部分(16)的第六端部(18)处的第十一值(W11)。9.根据权利要求1所述的PIC(1)，其中，在平行于所述细长的基于InP的光波导(4)的方向看：所述第一波导段(8)的第一部分(9)具有第一长度(L1)，所述第一长度(L1)大于所述杂化长度(Lh)，所述第一长度(L1)在从450μm到750μm的第一范围内或在从1450μm到1750μm的第二范围内；所述第一波导段(8)的第二部分(13)具有第二长度(L2)，所述第二长度(L2)在从20μm到100μm的第三范围内；以及第一波导段(8)的第三部分(16)具有第三长度(L3)，所述第三长度(L3)在从20μm到100μm的所述第三范围内。10.根据权利要求1所述的PIC(1)，其中：从横向于所述细长的基于InP的光波导(4)并平行于所述支撑衬底(3)的方向看，至少所述第二波导段(23)的第一基于InP的覆层(5)和所述第二波导段(23)的基于InP的芯层(6)的第一部(6a)具有第七宽度轮廓(WP7)，所述第七宽度轮廓(WP7)具有第十二值(W12)，所述第十二值(W12)等于所述第一波导段(8)的第二部分(13)的第三端部(14)处的第三宽度轮廓(WP3)的第四值(W4)；
从横向于所述细长的基于InP的光波导(4)且平行于所述支撑衬底(3)的方向看，所述第二波导段(23)的第二基于InP的覆层(7)具有第八宽度轮廓(WP8)或所述第二波导段(23)的第二基于InP的覆层(7)以及所述第二波导段(23)的基于InP的芯层(6)的第二部(6b)具有所述第八宽度轮廓(WP8)，所述第八宽度轮廓(WP8)具有第十三值(W13)，所述第十三值(W13)等于所述第一波导段(8)的第二部分(13)的第三端部(14)处的第四宽度轮廓(WP4)的第六值(W6)；以及从横向于所述细长的基于InP的光波导(4)且平行于所述支撑衬底(3)的方向看，至少所述第三波导段(26)的第一基于InP的覆层(5)和所述第三波导段(26)的基于InP的芯层(6)的第一部(6a)具有第九宽度轮廓(WP9)，所述第九宽度轮廓(WP9)具有第十四值(W14)，所述第十四值(W14)等于所述第一波导段(8)的第三部分(16)的第六端部(18)处的第五宽度轮廓(WP5)的第九值(W9)；从横向于所述细长的基于InP的光波导(4)且平行于所述支撑衬底(3)的方向看，所述第三波导段(26)的第二基于InP的覆层(7)具有第十宽度轮廓(WP10)或所述第三波导段(26)的第二基于InP的覆层(7)以及所述第三波导段(26)的基于InP的芯层(6)的第二部(6b)具有所述第十宽度轮廓(WP10)，所述第十宽度轮廓(WP10)具有第十五值(W15)，所述第十五值(W15)等于所述第一波导段(8)的第三部分(16)的第六端部(18)处的第六宽度轮廓(WP6...
【专利技术属性】
技术研发人员：K，
申请(专利权)人：效能光子私人有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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