[實用新型]具有混合波導的硅光子裝置

有效

• 申請號: 201720194688.0
• 申請日: 2017-03-01
• 公開（公告）號: CN206710638U
• 公開（公告）日: 2017-12-05
• 發明（設計）人: 丁亮;拉達克里希南·L·納加拉揚
• 申請（專利權）人: 穎飛公司
• 主分類號: G02B6/122
• 分類號: G02B6/122
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司11240
• 代理人: 張英,宮傳芝

技術領域

本實用新型涉及集成硅光子裝置的制造技術，具體涉及一種具有精確的中間層厚度控制的垂直集成的混合波導及其制造方法。

背景技術

隨著科學技術的快速發展，計算機的處理速度和容量相應地增加。

例如，含有Si波導的基于SOI的硅光子裝置可以與有源光學裝置 (optically active device)如電光調制器和Ge光電檢測器(PD)單片集成。由于Si與SiO₂的高折射率對比度，能夠以低成本和大量制造密集集成的電子光子部件。另一個優點在于Si的良好導熱性，這使得其適于制造熱可調的光子裝置。然而，為了改善性能以及對環境溫度的高耐受、允許更高的光學功率、高光學透明度、更低的傳播損耗、更小的色散以及對波導形狀的更小靈敏度，將不同的材料如Si₃N₄引入基于Si的SOI光子平臺內，以享有Si和Si₃N₄波導兩者的優點。期望具有將有源和無源光學功能集成在同一光子芯片內的改善的技術。在SOI上Si₃N₄平臺上制造的混合波導是設計和制造良好性能的無源和有源光學裝置的良好候選。

實用新型內容

本實用新型的目的是在SOI上Si₃N₄平臺上制造具有精確的中間層厚度控制的垂直集成的混合波導，以設計和制造良好性能的無源和有源光學裝置。將Si₃N₄引入基于Si的SOI光子平臺內，以享有Si和Si₃N₄波導兩者的優點。

本實用新型提供了一種具有混合波導的硅光子裝置，其特征在于，包括：

絕緣體上硅SOI基板；

形成在該SOI基板中的多個第一硅平面波導；

第一二氧化硅層，控制為橫貫整個SOI基板厚度不大于90nm，覆蓋該多個第一硅平面波導；

形成在該第一二氧化硅層上的多個第二氮化硅平面波導，該多個第二氮化硅平面波導中的至少一個設置為在垂直方向上與該多個第一硅平面波導中的至少一個至少部分重疊；

覆蓋所有該多個第二氮化硅平面波導的第二二氧化硅層。

優選地，本實用新型的具有混合波導的硅光子裝置，其特征在于，該多個第一硅平面波導中的每個包括來源于該SOI基板的相同硅層的一部分。

優選地，本實用新型的具有混合波導的硅光子裝置，其特征在于，該硅層具有適合于形成用于硅光子裝置的硅平面波導的250nm或更小的預定厚度。

優選地，本實用新型的具有混合波導的硅光子裝置，其特征在于，該多個第一硅平面波導包括具有各種寬度和該預定厚度的一個或多個條形體以及具有連接第一厚度的一個部分和該預定厚度的另一個部分的至少一個額外的中間臺階的一個或多個肋形體，該第一厚度小于該預定厚度。

優選地，本實用新型的具有混合波導的硅光子裝置，其特征在于，該多個第一硅平面波導中的至少一個包括第一條形體，其與該多個第二氮化硅平面波導中的至少一個的第二條形體至少部分重疊，該第一條形體和該第二條形體通過該第一二氧化硅層垂直結合。

優選地，本實用新型的具有混合波導的硅光子裝置，其特征在于，該第一二氧化硅層包括在形成包含氮化硅材料的硬掩模層之前沉積的二氧化硅材料的第一部分和在去除該硬掩模層之后沉積的二氧化硅材料的第二部分。

優選地，本實用新型的具有混合波導的硅光子裝置，其特征在于，該第一二氧化硅層控制為具有80±8nm的總厚度，該總厚度為該二氧化硅材料的第一部分和該二氧化硅材料的第二部分的總厚度。

本實用新型的具有混合波導的硅光子裝置可以改善性能以及對環境溫度的高耐受、允許更高的光學功率、高光學透明度、更低的傳播損耗、更小的色散以及對波導形狀的更小靈敏度。將中間層厚度控制為對于基于 Si上Si₃N₄光子平臺的垂直集成的混合Si₃N₄/Si波導的期望目標值，以確保在Si₃N₄波導和Si波導之間的低耦合損耗。

附圖說明

圖1是根據本實用新型的實施方式的在絕緣體上硅(SOI)基板中的垂直集成的混合Si₃N₄/Si波導的示意性截面圖。