窄表面波纹光栅制造技术

用于集成光学部件的窄表面波纹光栅及其制造方法。实施例包括具有比在其上形成了光栅的波导的宽度更窄的宽度的光栅。依照本发明专利技术的某些实施例，采用掩模光刻法形成具有期望的光栅强度的窄光栅。在实施例中，采用具有比所述波导的宽度更窄的宽度的反射器光栅来形成激光器的光共振腔。在另一实施例中，集成光学通信系统包括一个或多个窄表面波纹光栅。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术的实施例属于集成光学部件(IOC)领域，并且更特别地涉及表面波纹光栅。
技术介绍
通信网络在覆盖的广度和数据密度方面持续增长。该持续增长的重要使能技术是提高的光学(光子)部件的集成。例如，现在正在采用波分多路复用(WDM)来部署城域网和广域网，所述波分多路复用(WDM)使用利用超大规模集成(VLSI)制造技术集成到硅、或其它半导体、基底上的波长选择性滤波器来分/插(add/drop)信道。在光通信中，除了至少在某种程度上利用布拉格光栅的波长选择性滤波器之外还存在许多应用，诸如激光器(例如，分布式布拉格反射器(DBR)激光器或分布反馈(DFB)激光器)、光栅辅助耦合器以及色散补偿器等等。通常被称为“波纹光栅”的一种类型的集成布拉格光栅通过以物理方式使被图案化到基底之上的薄膜中的波导(例如，平面或肋形/脊形波导)的表面成波纹状来形成。对于将以1550 nm波长工作的一阶波纹光栅而言，光栅周期或“齿”间距是在约200 nm与250 nm之间。这个相对小的特征间距给使用VLSI制造技术调节光栅强度U)留下很少的活动余地。附图说明通过举例而不是限制的方式在附图的各图中图示了本专利技术的实施例，其中 图IA图示了依照实施例的波纹表面光栅的等距视图IB图示了依照实施例的波纹表面光栅的等距视图2图示了依照实施例的、作为针对恒定波导宽度的光栅宽度的函数的光栅强度的图表；图3图示了依照实施例的波纹表面光栅的俯视图； 图4A图示了依照实施例的波纹表面光栅的俯视图； 图4B图示了依照实施例的波纹表面光栅的俯视图； 图5是依照实施例的形成波纹表面光栅的方法的流程图6A图示了依照实施例的、在邻近有源波导区的无源波导区中包括一对光栅镜 (grating mirror)的光子设备的横截面视图6B图示了依照实施例的、在无源波导区和有源波导区中包括一对光栅镜的光子设备的横截面视图；以及图7描绘了包括一起被集成在公共基底上的多个光子设备的光学通信系统。具体实施例方式在本文中参考各图描述了窄表面波纹光栅、其制造以及在集成光学部件中的应用的实施例。如在本文中所提及的那样，表面波纹光栅是“窄的”，其中光栅宽度比在其上形成了该光栅的波导的宽度要窄。可以在不采用这些特定细节中的一个或多个的情况下、或结合其它已知的方法、 材料及装置来实现在本文中所描述的特定实施例。例如，尽管在基于硅的DBR和DFB激光器的背景下描述了光栅镜，但是在本文中所描述的窄表面波纹光栅和技术可以容易地适用于其它集成光学部件，诸如但不限于光学分/插滤波器、信号调节器、等等。在以下说明中， 阐明了多个特定细节(诸如特定材料、尺寸以及材料参数、等等)以提供对本专利技术的实施例的彻底理解。在其它实例中，没有特别详细地描述公知的光学设计和VLSI制造技术以避免不必要地使本专利技术模糊。遍及本说明书的对“实施例”的提及意指与实施例相关地描述的特定特征、结构、材料或特性包括在本专利技术的至少一个实施例中。因此，在遍及本说明书的各个地方的措辞“在实施例中”的出现未必指代本专利技术的同一实施例。此外，在一个或多个实施例中，可以以任何适当的方式来组合所述特定特征、结构、材料或特性。还应当理解的是，各特定实施例可以在不互相排斥的情况下进行组合。如本文中使用的术语“之上”、“之下”、“之间”和“上面”指代一个构件相对于其它构件的相对位置。同样地，例如，布置在另一构件之上或之下的一个构件可以直接地与所述另一个构件接触或者可以具有一个或多个介于中间的构件。而且，布置在构件之间的一个构件可以直接地与所述两个构件接触或者可以具有一个或多个介于中间的构件。与此相反，在第二构件“上”的第一构件与该第二构件紧密接触。此外，假设在不考虑基底或构件的绝对方位的情况下相对于各构件共用的基底执行操作来提供一个构件相对于其它构件的相对位置。参考图1A，描绘了示例性窄表面波纹光栅100的等距视图。该窄表面波纹光栅100 包括通过使基底105之上的波导110的一部分成波纹状而形成的光栅115。波导110具有顶表面111，该顶表面111具有如由进一步限定肋或脊高度仏的第二波导侧壁113和第一波导侧壁112所限定的宽度Wwe。因为波导侧壁112和113可能不是精确地垂直的(即正交于顶表面111)，所以顶表面111的宽度Wwe在本文中被用作波导宽度。在特定实施例中，宽度 Wwe在大约0. 3与2. 5 μ m之间，并且肋高度Hk在大约0.2 ym与2 ym之间。通常，光栅将被形成在具有恒定波导宽度的波导的一部分或区域中，如图IA中所描绘的那样。然而， 在替代性实施例中，窄表面波纹光栅被形成在波导的锥形部分中。窄波纹表面光栅一般地可应用于波纹表面光栅的领域中已知的任何材料系统。例如，基底105可以由任何适用于集成光学部件制作的材料构成。在一个实施例中，基底105 是由可以包括但不局限于硅或III-V化合物半导体材料(诸如磷化铟(InP))的材料的单晶构成的块状基底。在另一实施例中，基底105包括块状层，其中在该块状层之上形成顶部外延层。在特定实施例中，块状层由可以包括但不限于硅或III-V化合物半导体材料的单晶材料构成，而顶部外延层由可以包括但不限于硅或III-V化合物半导体材料的单晶层构成。在另一实施例中，顶部外延层通过介于中间的绝缘体层(诸如二氧化硅、氮化硅以及氮氧化硅)与块状层分离(例如以形成绝缘体上硅结构基底)。例如，波导110可以是被描述为用于基底105的候选物的那些材料中的任何一种，或者可以是本领域中已知的其它材料， 诸如，聚合物(SU-8等)。光栅115包括多个凹槽，所述多个凹槽包括沿着光栅长度Le形成在波导顶表面 111中的凹槽GpG2W3至Gn。凹槽G1 - Gn使波导110的顶表面111成波纹状，结果产生凹槽和在形成布拉格光栅的凹槽之间的“齿”或“脊”的周期性排列以调节波导110的一部分中的折射率。凹槽G1 - Gn具有光栅间距或周期Pe，其(取决于实施例)可以是均勻的或分级的，并且被定位或分布在上部结构中。窄光栅的某些实施例也可以是倾斜的，从而使得凹槽& - Gn从图IA中所描绘的方位倾斜(S卩，凹槽不正交于波导的长度)。凹槽G1 - Gn具有通常显著小于肋高度仏的波纹深度De，其中更深的凹槽深度增加光栅强度。在一个实施例中，其中光栅形成在具有在大约1 - 1.5 μ m之间的宽度和大约0.5 μ m的肋高度Hk的硅波导中，深度De在大约10 - 300 nm之间。如图IA中进一步所示出的那样，凹槽& - Gn具有限定光栅占空比(基于光栅周期 Pe的DC)的长度尺寸。该光栅占空比是凹槽之间的空间(即脊长度)与光栅周期的比率，并且因此是对于给定的图案形成方法可实现的最小凹槽尺寸(即凹槽长度)和最小凹槽间隔的函数。对于特定光栅间距Pe而言，光栅占空比随着凹槽对齿长度比率变大而减小。例如， 在凹槽具有等于齿的长度的长度的情况下，光栅占空比为50%，并且对于240nm的光栅间距和150 nm凹槽长度(90 nm齿)而言提供了 37. 5%的占空比，而90nm凹槽长度提供了 62. 5% 的占空比。在其中光栅被形成在具有大约1 - 1.5 μπι的宽度和大约0.5 μπι的肋高度仏的硅波导中的一个特本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种光子设备，包括：在基底之上的第一和第二无源半导体波导区，和在所述第一与第二无源波导区之间耦合的消逝半导体波导区，其中所述无源或消逝波导区中的一个包括第一布拉格反射器，所述第一布拉格反射器包括具有比在其中形成了所述光栅的所述波导区的宽度更窄的宽度的表面波纹光栅。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：R琼斯，
申请(专利权)人：R琼斯，
类型：发明
国别省市：US