[发明专利]薄硅中的光交叉区

说明书

相关申请的相互参照

本申请要求于2004年3月24日提交的美国临时申请No.60/555,993的权益。

技术领域

本发明集中于光学交叉区，尤其涉及光学交叉区在使用薄硅波导层的积体光路(integrated photonic circuit)上的形成。

背景技术

在许多积体光路的设计和实现中，波导管相交处(以下为“交叉区”)是不可避免的。这在涉及开关互连模式的设计中尤其如此。然而，交叉波导管呈现在交叉处不对称的系数分布(index profile)。此分布干扰光导模(guided optical mode)，以及引起较高级光模。由于交叉区域是(即非绝热的)是突变的，因此其可引起非导模，这导致相交处内的串扰和光功率损耗。此外，由于与交叉的平面光波导有关的损耗为特定路径中所碰到的交叉数量的函数，以及因而会随着路径布置而改变，因此该损耗引起特别关注。

已建议了许多技术用于降低波导交叉处的损耗。于1990年10月9日，Hernandez-Gil等人出版的美国专利4,961,619公开了一方法。在此装置中，波导的宽度在交叉接合点处增加或降低以改变在此区域处的光模特性。这引入了横向折射系数分布上的轴线变化，其允许电场在交叉处的更好对齐。然而，Hernandez-Gil等人的装置不是很适合于波导材料和包层材料间的折射系数存在显著差异的装置，这是因为其需要大的锥形区域来绝热膨胀/收缩光导模。

在另一现有技术参考，1972年10月20日Nishimoto出版的美国专利5,157,756中，周边区域的低系数材料用于包围在交叉/相交区域中心的波导材料岛。此技术也具有在折射系数差异相当大的情况下的有限的应用。因此，现有技术中存在对一结构的需要，该结构用于提供芯和包层区域间的折射系数的差异可是显著的硅基材料系统中的光学交叉结构。

发明内容

本发明集中于光交叉区，更具体地，光交叉区在使用薄硅波导层的积体光路中的形成。本发明的实施尤其很适合用于基于SOI的集成光子结构中，其中在相对薄的(优选地，亚微米)硅表面层(称作“SOI层”)形成光波导区，所述相对薄的硅表面层由在下面的绝缘层支持，所述绝缘层在硅基底上。

根据本发明，在所述基于SOI的器件内的波导结构在交叉区域特别成形，以基本降低串扰的可能性，同时还在输入波导管部分和其关联的输出波导管部分间耦合相当大部分的传播信号，因此改善沿分离的波导管的光通度。

在本发明的一实施例中，预定形状的多晶硅区域在所述交叉区域，布置在波导管的所选区域上，以进一步通过降低相交信号的重叠区来最小化由于串扰而导致的信号损耗。

所述交叉区域可包括“纸风车状(pinwheel)”几何结构，其用于减少重叠的信号相交的区域。所述纸风车本身可包括多种几何结构，以适应不同的信号条件，例如将扩展的束变换成准直的束，将准直的束变换成聚焦的束等。

本发明的优点在于，公知的CMOS处理技术可用于图案化和形成所述交叉区域的期望的几何结构，这简化了制造工艺。相似地，自CMOS处理技术的能够以期望的方式沉积和图案化多晶硅是公知的。

在下面的论述中以及通过参照附图，本发明的其它和另外的实施例以及优点将变得显而易见。

附图说明

现在参考附图，

图1(a)和(b)示出根据本发明形成的基于SOI的结构中的光学交叉结构的第一示例性实施例，图1(a)包括俯视图，以及图1(b)包括等距图；

图2包括图1的装置的可替换实施例的等距图，该装置具有的光波导和交叉结构区域在布置在SOI结构上的多晶硅层中形成；

图3(a)和(b)示出图1的实施例的变更，其具有的多晶硅段布置在输入和输出波导区域之上，图3(a)为俯视图，以及图3(b)为等距图；

图4示出本发明的可替换实施例，其形成有在SOI结构的SOI层中的肋结构光波导管；

图5(a)和(b)在俯视图和等距图中示出使用在光学交叉区域中的多晶硅桥接段的本发明的可替换实施例。

图6为包括在光学交叉结构区域中的“纸风车状”几何结构的第一示例性装置的俯视图；

图7示出包括束捕获输出波导区域的图6的实施例的变更。

图8示出图6的实施例的变更，其包括布置在输入和输出波导区域之上的多晶硅段；

图9显示纸风车状几何结构的光学交叉结构区域的可替换装置，其尤其配置成使用于准直的输入束；

图10示出图9的装置的变更，其中输出束在通过光学交叉区域之后聚焦到亚微米波导管；