[发明专利]光波导

说明书

本申请是申请日为2007年9月25日，申请号为200710151335.3，发明 名称为“光波导及其制造方法”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及光电子通信技术领域，特别涉及一种晶圆级光波导及其 制造方法。

背景技术

随着网络通信技术的飞速发展，人们对网络信息传输速度的要求日 益提高。以往的“电”互连，也就是以铜线为基础的电子信号传输线路 所能承载的信号带宽已经接近饱和，于是光互连技术为基础的光通信应 运而生。光互连是一种利用光作为传递信息的载体，实现计算机系统结 构内各部件之间或各系统之间互连的技术。从光互连所用的传输介质来 看，主要有光波导互连、光纤互连以及自由空间光互连等技术。从光互 连在计算机系统结构中所处的层次来看，它可以在计算机与计算机、背 板与背板、平面内芯片与芯片及自由空间内芯片与芯片之间等不同层次 实现光互连。光互连技术在通信带宽、等程传输、抗电磁干扰及低能耗 等方面比电互连有巨大的优势。

在上述光互连传输介质中，光波导广泛应用于芯片内、芯片间与芯 片模块以及背板之间的光互连。光波导由芯层(core layer)和包层(clad layer)组成，其中芯层构成光路，光在光路中必须满足全反射才能高效 地传播。因此在光波导中，芯层材料的折射率必须高于外包层材料的折 射率，才能使光在光路中全反射从而沿着设计的路线传输。

光互连系统结构中通常包括作为光源的半导体激光器、反射耦合器、 平板光波导(以下简称光波导)以及作为互连媒介的光纤，光波导的尺 寸通常为微米级，发射端与接收端之间的互连通过光波导和光纤完成。 出于芯片、背板的布局、器件尺寸等设计因素的考虑，激光器发出的光 通常不会以直线的方式进入光纤，而是要转换一定角度。图1为具有光波 导的光互连结构简化示意图。如图1所示，激光器发出的光20通过反射耦 合器(端面12)进入平板光波导10，平板光波导10将光转换一个角度后 以全反射的方式耦合进入光纤30。上述光波导10的端面12需要削成具有 特定角度的斜面，典型的角度为45°，以便将入射光的方向转换90°， 同时要求光波导10的端面12为镜面，以满足反射耦合器全反射的要求。

现有的形成上述光波导10的方法主要包括纳米压印技术和软模转印 技术。纳米压印技术是利用光刻、刻蚀等半导体平面工艺技术在基底表 面的压模材料，例如氧化硅(SiO₂)或氮化硅(SiN)中形成与光路形状 相匹配的纳米压印模具。然后利用纳米压印模具在光波导表面的芯层材 料中压制出光路。图2至图5为说明利用纳米压印技术形成光波导结构的 流程示意图。如图2所示，在基底20表面形成下包层22；然后在下外包层 22表面形成芯层材料层24，如图3所示；随后，将纳米压印模具30与芯层 材料层24压合，如图4所示，从而在芯层24中形成由芯层材料构成的光路 26，如图5所示。图6为图5中光波导结构的立体示意图，如图6所示，箭 头所指方向为光信号传输方向。位于基底20的外包层22表面的光路26， 需要具有非常光滑的顶面和侧面，以保证在形成上包层之后光在光路中 不会产生漫反射。此外更为重要的是，光路26的端面需为镜面，以保证 入射光的全反射耦合。这就对纳米压印模具30的制作工艺提高了很高的 要求，能够满足上述要求的纳米压印模具是非常昂贵的，这无疑大大增 加了制造成本。而且，当设计的光路改变的时候，就要订购相应的模具， 降低了工艺灵活性，进一步增加了成本。

软模转印技术是在模具上制造好光路之后，再覆盖结合到底材之上。 该方法也有它的缺点，首先是制造工艺的过程比较长。软模具覆盖之后 再去除还易产生残留物的问题。此外更为严重的就是镜面问题，软模具 只能利用光纤材料本身来做镜面，镜面的反射效果受材质的限制，造成 光信号损耗的减少程度受到限制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种晶圆级光波导及其制造方法，该方法利 用半导体集成电路制造工艺，能够制造出接触面光滑、厚度均匀且端面 为任意角度镜面的微米级光波导，同时大幅度降低制造成本。

为达到上述目的，一方面，本发明提供了一种光波导，包括基底和 基底上的限制层，所述限制层中具有凹槽，凹槽两侧的端面为斜面，至 少在所述斜面表面具有反射镜面层，在所述凹槽中包括芯层，在所述芯 层的表面具有包层。

优选地，所述基底和限制层为同一层。