[發(fā)明專(zhuān)利]光波模式轉(zhuǎn)換裝置及其制造方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810810996.0
• 申請(qǐng)日: 2018-07-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110749955A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-02-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王慶;方青;汪巍;涂芝娟;曾友宏;蔡艷;王書(shū)曉;余明斌
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 上海新微技術(shù)研發(fā)中心有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): G02B6/14
• 分類(lèi)號(hào): G02B6/14;G02B6/13
• 代理公司: 31294 上海盈盛知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)
• 代理人: 孫佳胤;陳麗麗

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種光波模式轉(zhuǎn)換裝置及其制造方法。所述光波模式轉(zhuǎn)換裝置，包括同層設(shè)置的第一波導(dǎo)和第二波導(dǎo)，且所述第一波導(dǎo)的折射率大于所述第二波導(dǎo)；所述第二波導(dǎo)朝向所述第一波導(dǎo)的端部具有開(kāi)口，所述開(kāi)口的直徑沿所述第二波導(dǎo)指向所述第一波導(dǎo)的方向逐漸增大，且所述第一波導(dǎo)的光耦合端面與所述開(kāi)口對(duì)齊設(shè)置。本發(fā)明不僅降低了光學(xué)器件的工藝復(fù)雜度，而且提高了兩種波導(dǎo)之間的耦合效率，實(shí)現(xiàn)了兩種波導(dǎo)之間的低損耗互連。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種光波模式轉(zhuǎn)換裝置及其制造方法。

背景技術(shù)

隨著網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品的更新?lián)Q代，網(wǎng)絡(luò)中使用模塊的尺寸和功耗都在不斷變小，以滿足成本不斷降低、性能不斷提高的需求。硅基光子器件因其低成本、超小型尺寸、低功耗等獨(dú)特特性，近幾年受到產(chǎn)業(yè)界的廣泛關(guān)注，成為網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品更新?lián)Q代中重點(diǎn)考慮的方向之一。

現(xiàn)有技術(shù)中，由于氮化硅波導(dǎo)非線性低、允許輸入更大能量、以及能夠?qū)崿F(xiàn)更低的傳輸損耗的特點(diǎn)，因而在需要有較大能量的輸入中具有天然的優(yōu)勢(shì)。但是，氮化硅材料的性質(zhì)決定了其不適合制作有源器件比如調(diào)制器。為了解決這一問(wèn)題，現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)出現(xiàn)了光波模式轉(zhuǎn)換裝置。所謂光波模式轉(zhuǎn)換裝置是一種光子器件，其配置是用于將氮化硅波導(dǎo)中的光耦合到硅中，進(jìn)行有源器件的制作，或者使光模在第一模尺寸與第二模尺寸之間轉(zhuǎn)換。模尺寸是指模在光波導(dǎo)中某一方向上的大小，例如能量在橫向上的分布。模形狀是指模尺寸在兩個(gè)不同方向(例如水平方向與豎直方向)上的相對(duì)大小。

但是，現(xiàn)有的光波模式轉(zhuǎn)換器都是針對(duì)位于不同層中的波導(dǎo)在豎直面內(nèi)進(jìn)行光線的耦合，這不僅導(dǎo)致光學(xué)器件制造工藝復(fù)雜度的增加，而且耦合效率極低，光損耗較為嚴(yán)重。

因此，如何實(shí)現(xiàn)具有不同模場(chǎng)的光波導(dǎo)之間的低損耗耦合，降低光學(xué)器件的工藝復(fù)雜度，是目前亟待解決的技術(shù)問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種光波模式轉(zhuǎn)換裝置及其制造方法，用以解決現(xiàn)有具有不同模場(chǎng)的光波導(dǎo)之間光耦合效率低的問(wèn)題。

為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種光波模式轉(zhuǎn)換裝置，包括同層設(shè)置的第一波導(dǎo)和第二波導(dǎo)，且所述第一波導(dǎo)的折射率大于所述第二波導(dǎo)；所述第二波導(dǎo)朝向所述第一波導(dǎo)的端部具有開(kāi)口，所述開(kāi)口的直徑沿所述第二波導(dǎo)指向所述第一波導(dǎo)的方向逐漸增大，且所述第一波導(dǎo)的光耦合端面與所述開(kāi)口對(duì)齊設(shè)置。

優(yōu)選的，所述第一波導(dǎo)為硅波導(dǎo)，所述第二波導(dǎo)為氮化硅波導(dǎo)，所述開(kāi)口內(nèi)填充有硅錐形結(jié)構(gòu)，所述硅錐形結(jié)構(gòu)的底面與所述第一波導(dǎo)的光耦合端面對(duì)齊連接。

優(yōu)選的，還包括SOI襯底，所述第一波導(dǎo)及所述硅錐形結(jié)構(gòu)由所述SOI襯底的頂層硅制造而成，所述第二波導(dǎo)位于所述SOI襯底的埋氧化層表面。

優(yōu)選的，所述第一波導(dǎo)與所述第二波導(dǎo)厚度相同。

優(yōu)選的，還包括覆蓋于所述第一波導(dǎo)與所述第二波導(dǎo)表面的上包層。

優(yōu)選的，所述上包層的材料為二氧化硅。

為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明還提供了一種光波模式轉(zhuǎn)換裝置的制造方法，包括如下步驟：

提供襯底；

形成第一波導(dǎo)于所述襯底表面；

形成第二波導(dǎo)于所述襯底表面，所述第二波導(dǎo)的折射率小于所述第一波導(dǎo)，且所述第二波導(dǎo)朝向所述第一波導(dǎo)的端部具有開(kāi)口，所述開(kāi)口的寬度沿所述第二波導(dǎo)指向所述第一波導(dǎo)的方向逐漸增大，且所述第一波導(dǎo)的光耦合端面與所述開(kāi)口對(duì)齊設(shè)置。

優(yōu)選的，所述襯底為SOI襯底；形成第一波導(dǎo)于所述襯底表面的具體步驟包括：

刻蝕所述SOI襯底的頂層硅，同時(shí)形成第一波導(dǎo)及硅錐形結(jié)構(gòu)、并限定出第二波導(dǎo)區(qū)域；所述硅錐形結(jié)構(gòu)的底面與所述第一波導(dǎo)的光耦合端面對(duì)齊設(shè)置。