[發(fā)明專利]硅光子芯片光學耦合結構

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310017480.8
• 申請日: 2013-01-17
• 公開（公告）號: CN103217740A
• 公開（公告）日: 2013-07-24
• 發(fā)明（設計）人: P·S·安德里;R·A·巴德;F·R·利布士;R·L·威斯涅夫
• 申請（專利權）人: 國際商業(yè)機器公司
• 主分類號: G02B6/122
• 分類號: G02B6/122;G02B6/42
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所 11247
• 代理人: 于靜;張亞非

技術領域

本公開一般地涉及集成電路、硅芯片技術，更具體地說，涉及到和來自硅光子芯片的光學信號的耦合。

背景技術

在計算機之間和計算機中的通信帶寬在系統(tǒng)的整體性能中起到了重要作用。每個計算機的多核處理器和多級處理器的傾向要求在處理器之間以及處理器和其存儲器之間通信的增加。在短距離上電數(shù)據(jù)連接執(zhí)行得很好，但是當連接距離和頻率增加時電數(shù)據(jù)連接受限制。在光纖上的光學數(shù)據(jù)連接能夠在長距離上高速通信而具有低的傳輸損耗。然而，硅光子芯片與其電學對應物相比是昂貴的。

硅（Si）光子學是世界范圍內(nèi)研究并發(fā)展的技術，因為其在制造在硅芯片技術中的高性能光學部件方面具有廣闊前景。硅光子學是使用硅作為光學介質(zhì)的光子系統(tǒng)的研究和應用。用亞微米精度將硅構圖為硅光子結構。硅典型地位于公知為絕緣體上硅（SOI）的氧化硅層的頂部。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，提供了一種具有在蝕刻的背側(cè)腔中的集成微透鏡的硅光子芯片。包括光子器件的有源硅層在硅光子芯片的前側(cè)上。包括蝕刻的背側(cè)腔的硅襯底在硅光子芯片的背側(cè)上。微透鏡集成到蝕刻的背側(cè)腔中。掩埋氧化物層位于有源硅層和硅襯底之間。掩埋氧化物層是用于蝕刻的背側(cè)腔的蝕刻停止層。

附圖說明

圖1示出了根據(jù)示出的實施例的具有在蝕刻的背側(cè)腔中的集成微透鏡的硅光子芯片的截面圖；

圖2示出了根據(jù)示出的實施例的具有位于蝕刻的背側(cè)腔中的反射結構的硅光子芯片的截面圖；

圖3示出了根據(jù)示出的實施例的具有光學耦合到具有集成微透鏡的光纖連接器的集成微透鏡的硅光子芯片的截面圖；

圖4示出了根據(jù)示出的實施例的具有位于蝕刻的背側(cè)腔中的反射結構的硅光子芯片的截面圖，反射結構被使用具有衍射光柵耦合器的單模波導連接器光學耦合到光纖連接器。

具體實施方式

現(xiàn)在參考附圖，具體地，參考圖1-4，提供了其中可以執(zhí)行示出的實施例裝置的圖。應該明白，圖1-4僅作為實例并且沒有旨在聲明或者暗示關于其中可以執(zhí)行不同的實施例的裝置的任意限制。可以對描述的裝置進行許多修改。另外，應該注意，附圖的各種特征沒有按比例。相反，為了清晰目的，可以任意地方大或者縮小各種特征的尺寸。

圖1示出了根據(jù)示出的實施例的具有在蝕刻的背側(cè)腔中的集成微透鏡的硅光子芯片的截面圖；硅光子芯片100是可以用在如計算機的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中的半導體芯片的實例。另外，硅光子芯片100能夠傳輸并且接收用于數(shù)據(jù)通信的光學信號（即，光脈沖）。換句話說，硅光子芯片100是光學收發(fā)器件。硅光子芯片100包括有源硅光子層102、掩埋氧化物層104和硅襯底106。

有源硅光子層102在硅光子芯片100的前側(cè)108上。有源硅光子層102傳輸光學信號或者光脈沖并且包括對波長約1到1.6微米的光學信號基本透明的硅光子器件。有源硅光子層102的厚度優(yōu)選150-300納米并且寬度約500-1000納米。另外，有源硅光子層102還包括電子器件。然而，應該注意，有源硅光子層102可以包括光子器件和電子器件兩者或者僅包括光子器件。

在有源硅光子層102中制造光子器件（即，硅光學結構）。光子器件是在有源硅光子層102中制造的任意光學結構，該結構導引、產(chǎn)生、操縱或者檢測光脈沖。光子器件的實例是激光器、光學調(diào)制器、光檢測器和光學開關，硅光波導用于傳輸?shù)交騺碜怨庾悠骷墓鈱W信號。另外，有源硅光子層102還包括與光子器件一起制造電子器件。可以包括在有源硅光子層102中的電子器件的實例是晶體管、電容器、電阻器和電感器。用于這些光子和電子器件的標準制造工藝是互補金屬氧化物半導體（CMOS）工藝。

硅光子芯片100的掩埋氧化物層104掩埋在有源硅光子層102和硅襯底106之間。掩埋氧化物層106可以，例如，由二氧化硅（SiO2）材料構成。典型地，掩埋氧化物層104的厚度大于或者等于一到兩微米。

硅襯底106在硅光子芯片100的背側(cè)110上。硅襯底106是為硅光子芯片100提供支撐的體硅層。典型地，硅襯底106大于或者等于300微米。