[發明專利]縫槽型波導結構及其制造方法、使用該波導結構的MZI結構

在審

• 申請號: 201810293462.5
• 申請日: 2018-04-03
• 公開（公告）號: CN108318968A
• 公開（公告）日: 2018-07-24
• 發明（設計）人: 常麗敏;李智勇;劉磊;俞育德
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: G02B6/122
• 分類號: G02B6/122;G02B6/125;G02B6/136;G02B6/12
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 謝海燕

本發明提供了一種縫槽型波導結構及其制造方法、和使用縫槽型波導結構的MZI(Mach?Zehnder Interference：馬赫曾德爾干涉)結構，通過在沿光傳播方向延伸的縫槽狀低折射率波導的兩側分別設置高折射率波導來構成縫槽型波導結構，其中利用低高折射率波導間的邊界限定而使所傳輸的光信號被限制在低折射率波導中，從而降低了光信號在波導結構中的散射和吸收，降低了光信號在波導結構的傳輸損耗，由此可以降低移相臂的波導結構間的損耗差值大所導致的MZI結構的濾波器的輸出信號損耗和串擾。另外，縫槽型波導結構和MZI結構可以采用與CMOS兼容的微納加工工藝實現，可以應用于濾波器、波分復用等領域。

技術領域

本發明屬于光子器件領域，具體涉及一種縫槽型波導結構及其制造方法、和使用縫槽型波導結構的馬赫曾德爾干涉(Mach-Zehnder Interference：MZI)結構，特別是一種能夠降低光信號傳輸損耗的縫槽型波導結構及其制造方法、以及能夠降低輸出信號的損耗和串擾的MZI結構。

背景技術

隨著微納光電集成技術的不斷發展，光電集成器件的尺寸越來越小，用于光信號傳輸的光波導的尺寸逐漸縮小到了亞微米量級，從而光電芯片的集成度越來越高。另外，在集成光電芯片領域，MZI結構是集成光路的基本單元，被廣泛應用在光電調制、濾波等方面。通常，MZI結構主要包括輸入波導、分束器、相位控制波導、合束器和輸出波導這五個部分，而這五個部分均涉及波導結構。傳統的條形或脊型波導結構中，受限于制造工藝等因素而使光信號在傳統波導結構中散射和吸收較大因而存在較大的傳輸損耗。另外，相位控制波導部分中的兩個波導結構因存在光信號的光程差，故該波導部分的損耗還會導致MZI結構輸出信號的損耗和串擾增大。因而，如何實現低傳輸損耗的波導結構以及低損耗串擾的MZI結構是本領域的重要問題。

發明內容

(一)要解決的技術問題

本發明提供了一種縫槽型波導結構及其制造方法、以及使用縫槽型波導結構的MZI結構，以至少部分解決以上所提出的技術問題。

(二)技術方案

根據本發明的一個方面，提供了一種縫槽型波導結構，包括：低折射率波導，其呈縫槽狀，沿光傳播方向延伸；高折射率波導，其設置在低折射率波導的兩側；在高折射率波導之間夾設有低折射率波導，當光信號在縫槽型波導結構中傳輸時，光信號被限制在低折射率波導。

為了保證光場在縫槽型波導結構被有效限制于低折射率波導中，縫槽型波導結構的橫截面中的高折射率波導的寬度為300-500nm，高折射率波導的高度為200-300nm；當為豎直縫槽型波導結構時，低折射率波導的橫向寬度為80-120nm；當為水平縫槽型波導結構時，低折射率波導縱向高度為50-100nm；當為正交縫槽型波導結構時，低折射率波導的橫向寬度為80-120nm，低折射率波導縱向高度為50-100nm。

在本發明的某具體實施方式中，TE模式光場被限制在豎直縫槽型波導結構或正交縫槽型波導結構中的豎直的縫槽狀低折射率波導，TM模式光場被限制在水平縫槽型波導結構或正交縫槽型波導結構中的水平的縫槽狀低折射率波導。

在本發明的某具體實施方式中，低折射率波導的材料含有SiO₂、SiN或SiON，高折射率波導的材料含有單晶硅、單晶鍺、lnP或GaAs。

在本發明的某具體實施方式中，高折射率波導的尺寸相同或不同；和/或高折射率波導的材料相同或不同；和/或高折射率波導為條形和/或脊型波導。

在本發明的某具體實施方式中，縫槽型波導結構還包括襯底，襯底的材料是高折射率材料或低折射率材料，且襯底的折射率小于高折射率波導。