[发明专利]与硅波导水平耦合

说明书

描述了用于形成面光耦合器的技术，该面光耦合器包括形成在硅衬底的沟槽上方的波导。在硅衬底中形成沟槽，并且然后用介电材料来填充沟槽。在沟槽上方的介电材料上以图案化方式形成波导，使得波导设置在距第一表面一定距离处。波导的第一端部具有第一尺寸，并且波导的远离第一端部的第二端部具有不同于第一尺寸的第二尺寸。波导的材料和第一尺寸限定波导的模式尺寸。

相关申请

本申请根据35U.S.C.§119(e)要求于2015年1月8日提交的、题为“HORIZONTALCOUPLING TO SILICON WAVEGUIDES”的美国临时专利申请序列号62/101,046的权益，其全部内容在此通过引用并入本文中。

技术领域

本申请涉及经由面光耦合器(facet optical coupler)与硅波导水平耦合(horizontal coupling)以及相关的装置和方法。

背景技术

光子集成电路包括集成在衬底上的光学部件。面光耦合器可以经由衬底的边缘将诸如光纤的外部光学部件耦合至光子集成电路的波导。

发明内容

根据本申请的一方面，提供了一种形成波导的方法，该方法包括：在硅衬底中形成沟槽，其中沟槽具有第一表面；用介电材料填充沟槽；以及在沟槽上方的介电材料上以图案化方式形成波导，使得波导设置在距第一表面距离L处。在一些实施方式中，波导的在沟槽上方终止的第一端部具有第一尺寸，并且波导的远离第一端部的第二端部具有不同于第一尺寸的第二尺寸。在一些实施方式中，波导的材料和第一尺寸将波导的模式尺寸(modesize)限定为小于2L。

根据本申请的一方面，提供了一种装置，该装置包括：硅衬底，其具有接近硅衬底的面的、形成在硅衬底中的沟槽，其中该沟槽具有第一表面。该装置还包括：介电材料，其填充沟槽；以及波导，其形成在介电材料上并且设置在距第一表面距离L处。在一些实施方式中，波导的接近半导体芯片的面的第一端部具有第一尺寸，并且波导的远离第一端部的第二端部具有不同于第一尺寸的第二尺寸。在一些实施方式中，波导的材料和第一尺寸将波导的模式尺寸限定为小于2L。

附图说明

将参照以下附图来描述本申请的各个方面和实施方式。应当理解的是，附图不一定按比例绘制。出现在多个附图中的项目在其出现的所有附图中由相同的附图标记来表示。

图1是根据非限制实施方式的具有位于硅衬底中的填充有介电质(dielectric)的沟槽上方的波导的面耦合器的横截面图。

图2是沿着图1中的线A-A'取得的、图1的面耦合器的平面视图。

图3是示出了根据非限制实施方式的用于形成面耦合器的示例性方法的示意图。

具体实施方式

本申请的各方面涉及诸如光子集成电路(PIC)的硅基集成光学器件的面光耦合器。PIC可以包括光学部件如光波导，光波导中的一些可以具有亚微米尺度。由于光纤与波导之间的模场尺寸(mode field size)不匹配，导致将光纤耦合至半导体芯片上的亚微米波导可能是具有挑战性的。例如，标准单模光纤具有大约10微米的模场直径(MFD)，而硅亚微米波导可以具有小于1微米的模场直径。

本申请的各方面提供了适于适应上述类型的模场尺寸差异的结构，同时提供了来自光纤的光信号与支承集成波导的衬底的低交叠。此外，本申请的各方面提供了用于制造这样的结构的鲁棒的制造序列。在本申请的至少一些方面中，支承被配置成耦合至外部光纤的集成波导的衬底具有形成在其中并且用介电材料填充的沟槽。波导可以设置在介电质之上并且与衬底中的沟槽的底部分隔一定距离，考虑到波导的折射率，该距离可以足以防止光纤的模场与衬底的显著交叠。在至少一些实施方式中，上述结构可以被配置成使得可以在形成波导之前填充沟槽，从而与如果在波导形成之后填充沟槽的情况相比，简化了制造并且提供了改进的机械强度。在至少一些实施方式中，衬底是硅衬底。