[實(shí)用新型]一種多層硅光子三維光連接結(jié)構(gòu)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201921635661.6
• 申請(qǐng)日: 2019-09-29
• 公開（公告）號(hào): CN210803771U
• 公開（公告）日: 2020-06-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 方青;陳曉鈴;顧苗苗;胡鶴鳴;張馨丹;張志群
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 昆明理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G02B6/12
• 分類號(hào): G02B6/12;G02B6/122
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本實(shí)用新型涉及一種多層硅光子三維光連接結(jié)構(gòu)，屬于半導(dǎo)體光信號(hào)傳輸技術(shù)領(lǐng)域。該多層硅光子包括從下至上的SOI晶圓襯底、晶圓埋氧層、反射層、n層光波導(dǎo)層和波導(dǎo)的包層，所述n層光波導(dǎo)層通過多層硅光子三維光連接結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)光在兩波導(dǎo)層之間的傳輸，三維光連接結(jié)構(gòu)包括2n?1個(gè)波導(dǎo)光柵，相鄰波導(dǎo)層的波導(dǎo)光柵刻蝕面相向。該三維光連接結(jié)構(gòu)由波導(dǎo)光柵構(gòu)成，通過成對(duì)設(shè)置正向與倒置兩波導(dǎo)光柵實(shí)現(xiàn)光在兩波導(dǎo)層之間的傳輸，可有效解決45°反射鏡放置困難或?qū)娱g高度差小，工藝難度大的問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種多層硅光子三維光連接結(jié)構(gòu)，屬于半導(dǎo)體光信號(hào)傳輸技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

目前，光通信承載了全球通信數(shù)據(jù)容量的90%以上，其中硅光子器件具有成本低廉、信息傳輸速率高、制備工藝與CMOS工藝兼容等特點(diǎn)，就單元硅光子器件而言，目前已經(jīng)研制出的高探測(cè)靈敏度的鍺硅探測(cè)器、高速率硅基調(diào)制器、硅基陣列波導(dǎo)光柵、硅基光波導(dǎo)陣列光開關(guān)等具有極大的潛力和優(yōu)勢(shì)，其設(shè)計(jì)和制備工藝已經(jīng)成熟，硅基光子器件的大規(guī)模集成可構(gòu)建光通信系統(tǒng)，促進(jìn)信息技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。單片集成是指將不同或相同功能的硅光子元件在同一片晶圓上構(gòu)成陣列化、模塊化的單個(gè)芯片，是目前比較常見的硅基光子集成。常見的單片集成芯片波導(dǎo)層數(shù)目為1，這樣設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)在于便于制備、降低成本、易于控制性能，但是，隨著單元器件的增多，光路逐漸趨于復(fù)雜，芯片損耗逐漸增大，同時(shí)，芯片面積也增大，無法滿足光通信系統(tǒng)日趨增長(zhǎng)的集成化需求。為減小占空比，多維集成成為目前的研究熱點(diǎn)。多維集成是基于多波導(dǎo)層的一種集成方式，這種集成方式可以降低芯片的占空比，提高硅光子元器件性能的一致性，便于批量生產(chǎn)。為實(shí)現(xiàn)波導(dǎo)層之間的光傳輸，目前主要方式為：在各波導(dǎo)層放置45°反射鏡，但放置45°反射鏡的角度設(shè)置要求很高，若該反射鏡的放置偏離45°，將嚴(yán)重影響光在層間的傳輸，增大芯片損耗；另一種方式是通過不同層間的錐形波導(dǎo)耦合，但這種方式只適用于層間高度差小的器件。因此，對(duì)工藝要求極高或?qū)娱g高度限制大的三維光連接結(jié)構(gòu)不利于廣泛應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題及不足，本實(shí)用新型提供一種多層硅光子三維光連接結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型通過設(shè)置三維光連接結(jié)構(gòu)，該三維光連接結(jié)構(gòu)由波導(dǎo)光柵構(gòu)成，通過成對(duì)設(shè)置正向與倒置兩波導(dǎo)光柵實(shí)現(xiàn)光在兩波導(dǎo)層之間的傳輸，可有效解決45°反射鏡放置困難或?qū)娱g高度差小，工藝難度大的問題，本實(shí)用新型通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。

如圖1和2所示，一種多層硅光子三維光連接結(jié)構(gòu)，該多層硅光子包括從下至上的SOI晶圓襯底111、晶圓埋氧層112、反射層113、n層光波導(dǎo)層和波導(dǎo)的包層114，所述n層光波導(dǎo)層通過多層硅光子三維光連接結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)光在兩波導(dǎo)層之間的傳輸，三維光連接結(jié)構(gòu)包括2n-1個(gè)波導(dǎo)光柵，最下方的第一光波導(dǎo)層1輸入端連接正向的第一波導(dǎo)光柵12，其余n-1層光波導(dǎo)層均設(shè)置兩個(gè)波導(dǎo)光柵，相鄰波導(dǎo)層的波導(dǎo)光柵刻蝕面相向，即第一波導(dǎo)光柵12上方設(shè)有倒置的第二波導(dǎo)光柵Ⅰ21，第二波導(dǎo)光柵Ⅰ21通過第二光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)22連接正向的第二波導(dǎo)光柵Ⅱ23，如果超過2層，第二波導(dǎo)光柵Ⅱ23上方設(shè)有倒置的第三波導(dǎo)光柵Ⅰ31，第三波導(dǎo)光柵Ⅰ31通過第三光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)32與正向的第三波導(dǎo)光柵Ⅱ33連接，依此類推，直至倒置的第n波導(dǎo)光柵Ⅰ41通過第n光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)42與正向的第n波導(dǎo)光柵結(jié)構(gòu)Ⅱ43連接。

所述波導(dǎo)光柵條形刻痕均未穿透該光波導(dǎo)層；各層各波導(dǎo)光柵均為切趾光柵，切趾函數(shù)的選擇需能降低衍射光譜的旁瓣。通常波導(dǎo)光柵齒的角度設(shè)置范圍在8°至10°之間，因?yàn)楫?dāng)入射光與垂直方向存在8°至10°的傾角時(shí)，有利于減少光經(jīng)過光柵后的二階反射，減少光在層間傳輸?shù)膿p耗。同時(shí)，為了適應(yīng)不同的通信波長(zhǎng)，可以調(diào)整波導(dǎo)光柵的結(jié)構(gòu)參數(shù)，例如周期、占空比、波導(dǎo)厚度等。

所述各層各波導(dǎo)光柵底部均設(shè)有一個(gè)反射層113。