[發明專利]一種光膜轉換器及其制備方法

在審

• 申請號: 202010060074.X
• 申請日: 2020-01-19
• 公開（公告）號: CN111722321A
• 公開（公告）日: 2020-09-29
• 發明（設計）人: 王奕瓊;魏星;馮大增;梁虹;武愛民
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海微系統與信息技術研究所
• 主分類號: G02B6/30
• 分類號: G02B6/30
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 郝傳鑫;賈允

本申請涉及一種光膜轉換器及其制備方法，該光膜轉換器集成在硅波導上，并與光纖連接。光膜轉換器包括襯底層、電介質層、第一波導層和第二波導層；第一波導層包括第一波導和第一電介質槽；第一波導的頂部和第二波導層接觸，第一波導的底部和電介質層接觸；第一波導的寬度由遠離光纖至靠近光纖的一端逐漸增大；第一電介質槽圍繞設置于第一波導的外側；第一電介質槽的底部與電介質層連通；第二波導層包括第二波導；第二波導朝向光纖的端面與第一波導朝向光纖的端面互相配合，用于耦合光纖。本申請通過上述光膜轉換器實現光膜尺度從硅波導到光纖的尺度轉換，如此，可以降低芯片與光纖光耦合損耗，可以降低光纖成本。

技術領域

本申請涉及半導體技術領域，特別涉及一種光膜轉換器及其制備方法。

背景技術

隨著人們對信息傳輸、處理速度要求的不斷提高和多核計算時代的來臨，基于金屬的電互連將會由于過熱、延遲、電子干擾等缺陷成為發展瓶頸。而采用光互連來取代電互連，可以有效解決這一難題。在光互連的具體實施方案中，硅基光互連以其無可比擬的成本和技術優勢成為首選。硅基光互連既能發揮光互連速度快、帶寬大、抗干擾、功耗低等優點，又能充分利用微電子工藝成熟、高密度集成、高成品率、成本低廉等優勢，其發展必將推動新一代高性能計算機、數據通信系統的發展，有著廣闊的市場應用前景。

硅基光互連的核心技術是在硅基上實現各種光電功能的器件，如光電探測器、調制器、波分復用器等。集成光電器件模塊的光損耗是一個重要的技術指標，而其中芯片與光纖耦合差損亦是重要參數。為了減少硅光電集成芯片與標準光纖之間因尺寸不匹配引起的光耦合差損，透鏡光纖、小芯光纖和縮芯光纖常被用做過渡的光膜轉接光纖。如圖1(a)所示，展示了現有技術方案通過標準光纖的光膜轉接到縮芯光纖而使光膜縮小到硅波導的尺度；如圖1(b)所示，展示了基于SOI(silicon on insulator)的硅基光波導截面A-A’的示意圖；如圖1(c)所示，展示了硅波導與縮芯光纖光膜耦合端面B-B’尺度比較?，F有技術存在的缺點是，縮芯光纖與集成光電芯片波導的耦合插損對耦合對準精度容差較差，且縮芯光纖比標準光纖成本高。

發明內容

本申請實施例提供了一種光膜轉換器及其制備方法，可以降低芯片與光纖光耦合損耗，可以降低光纖成本。

一方面，本申請實施例提供了一種光膜轉換器，光膜轉換器集成在硅波導上，光膜轉換器與光纖連接；光膜轉換器包括襯底層100、電介質層200、第一波導層300和第二波導層400；

第一波導層300包括第一波導301和第一電介質槽302；

第一波導301的頂部和第二波導層400接觸，第一波導301的底部和電介質層200接觸；第一波導301的寬度由遠離光纖至靠近光纖的一端逐漸增大；第一電介質槽302圍繞設置于第一波導301的外側；第一電介質槽302的底部與電介質層200連通；

第二波導層400包括第二波導401；第二波導401朝向光纖的端面與第一波導301朝向光纖的端面互相配合，用于耦合光纖。

另一方面，本申請實施例提供了一種光膜轉換器的制備方法，包括：

依次沉積絕緣層、電介質層和第一硅層；

對第一硅層進行光刻和硅干法，刻蝕深溝到電介質層；

對第一硅層的表面進行光刻和硅干法，刻蝕預設深度的槽；

對深溝和槽進行電介質填充，形成第一電介質槽和第二電介質槽；

使用氫離子注入第二硅層，形成注入層；其中，注入能量小于等于120千電子伏，注入劑量5E6至7E6每平方厘米；

對注入后的第二硅層進行表面激活處理；

鍵合第一硅層和第二硅層；