[发明专利]一种波导交叉单元及其制作方法

说明书

技术领域

本发明属于光波导技术领域，特别涉及一种波导交叉单元及其制作方法。

背景技术

现代光子技术的发展对器件的集成性、片上器件密度、功能、性能等要求越来越高，这使得单芯片上光波导之间交叉次数大大增加。同时，SOI（Silicon On Isolator，绝缘衬底上的硅）材料作为光集成研究的热点材料具有导光特性好、对光的限制作用强以及与标准CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体）工艺完全兼容等优点，然而SOI大的芯/包折射率差使其导模的空间角很大，从而导致光在波导交叉的部分会产生显著的散射。SOI光波导单次直接交叉的损耗和串扰分别为1～1.5dB和-10～-15dB，大量交叉产生的损耗和串扰对单芯片而言将难以接受。因此，寻找一种低损耗、低串扰、具有紧凑性且与现代半导体工艺相容的光波导交叉方案一直是现阶段急需解决的难题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种低损耗、低串扰的基于SOI的波导交叉单元及其制作方法。

为解决上述技术问题，依据本发明的一个方面，提供了一种波导交叉单元，包括：衬底、下层光波导、上层光波导、中间层及隔离层；所述下层光波导与所述上层光波导呈桥式结构相互交叉设置在所述衬底上；所述隔离层设置在所述衬底的中间部位处，且覆盖在所述下层光波导的上表面；所述中间层分别设置在所述下层光波导和所述隔离层的上表面，且覆盖所述衬底；所述上层光波导设置在所述中间层的上表面；所述下层光波导与所述上层光波导的折射率相同；所述中间层的折射率小于所述下层光波导的折射率；所述隔离层的折射率小于所述下层光波导的折射率；所述衬底的折射率小于所述下层光波导的折射率；所述隔离层的折射率小于所述中间层的折射率；所述衬底、所述下层光波导、所述上层光波导及所述中间层构成波导交叉单元的垂直耦合部分，所述垂直耦合部分由下至上依次为：所述衬底、所述下层光波导、所述中间层、所述上层光波导；所述衬底、所述下层光波导、所述上层光波导、所述中间层及所述隔离层构成波导交叉单元的交叉部分，所述交叉部分由下至上依次为：所述衬底、所述下层光波导、所述隔离层、所述中间层和所述上层光波导。

进一步地，所述下层光波导是直波导和锥形波导中的一种；和/或，所述上层光波导是直波导和锥形波导中的一种。

进一步地，还包括：包层；所述包层设置在所述上层光波导的上表面，且覆盖所述上层光波导；所述包层的折射率小于所述下层光波导的折射率。

进一步地，所述上层光波导的宽度大于或等于所述下层光波导的宽度。

又一方面，本发明提供了一种基于SOI的波导交叉单元制作方法，包括：对光波导材料基片进行初次刻蚀，生成相互交叉的下层光波导；所述下层光波导的折射率为n₁；在生成有下层光波导的光波导材料基片中间部位处生长隔离层；所述隔离层覆盖所述下层光波导；所述隔离层的折射率为n₂；对所述光波导材料基片上除生长隔离层区域外的其他区域进行二次刻蚀至所述下层光波导的上表面；分别在所述下层光波导、所述隔离层上生长中间层；所述中间层覆盖所述光波导材料基片；所述中间层的折射率为n₃；在所述中间层上生长上层光波导；所述上层光波导的折射率为n₄；其中，n₂小于n₁；n₃小于n₁；n₂小于n₃；n₁等于n₄。

进一步地，还包括：在生成有所述下层光波导、所述隔离层、所述中间层及所述上层光波导的光波导材料基片上生长包层；所述包层覆盖所述下层光波导、所述隔离层、所述中间层及所述上层光波导。

进一步地，还包括：在所述光波导材料基片上除生长隔离层区域外的其他区域进行二次刻蚀之前，对所述隔离层进行平坦化；平坦化之后的所述隔离层的上表面与所述下层光波导的上表面的垂直距离大于零。

进一步地，还包括：在所述中间层上生长上层光波导之前，对所述中间层进行平坦化；平坦化之后的所述中间层的上表面与所述下层光波导的上表面的垂直距离大于零。