[实用新型]具有混合波导的硅光子装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及集成硅光子装置的制造技术，具体涉及一种具有精确的中间层厚度控制的垂直集成的混合波导及其制造方法。

背景技术

随着科学技术的快速发展，计算机的处理速度和容量相应地增加。

例如，含有Si波导的基于SOI的硅光子装置可以与有源光学装置 (optically active device)如电光调制器和Ge光电检测器(PD)单片集成。由于Si与SiO₂的高折射率对比度，能够以低成本和大量制造密集集成的电子光子部件。另一个优点在于Si的良好导热性，这使得其适于制造热可调的光子装置。然而，为了改善性能以及对环境温度的高耐受、允许更高的光学功率、高光学透明度、更低的传播损耗、更小的色散以及对波导形状的更小灵敏度，将不同的材料如Si₃N₄引入基于Si的SOI光子平台内，以享有Si和Si₃N₄波导两者的优点。期望具有将有源和无源光学功能集成在同一光子芯片内的改善的技术。在SOI上Si₃N₄平台上制造的混合波导是设计和制造良好性能的无源和有源光学装置的良好候选。

实用新型内容

本实用新型的目的是在SOI上Si₃N₄平台上制造具有精确的中间层厚度控制的垂直集成的混合波导，以设计和制造良好性能的无源和有源光学装置。将Si₃N₄引入基于Si的SOI光子平台内，以享有Si和Si₃N₄波导两者的优点。

本实用新型提供了一种具有混合波导的硅光子装置，其特征在于，包括：

绝缘体上硅SOI基板；

形成在该SOI基板中的多个第一硅平面波导；

第一二氧化硅层，控制为横贯整个SOI基板厚度不大于90nm，覆盖该多个第一硅平面波导；

形成在该第一二氧化硅层上的多个第二氮化硅平面波导，该多个第二氮化硅平面波导中的至少一个设置为在垂直方向上与该多个第一硅平面波导中的至少一个至少部分重叠；

覆盖所有该多个第二氮化硅平面波导的第二二氧化硅层。

优选地，本实用新型的具有混合波导的硅光子装置，其特征在于，该多个第一硅平面波导中的每个包括来源于该SOI基板的相同硅层的一部分。

优选地，本实用新型的具有混合波导的硅光子装置，其特征在于，该硅层具有适合于形成用于硅光子装置的硅平面波导的250nm或更小的预定厚度。

优选地，本实用新型的具有混合波导的硅光子装置，其特征在于，该多个第一硅平面波导包括具有各种宽度和该预定厚度的一个或多个条形体以及具有连接第一厚度的一个部分和该预定厚度的另一个部分的至少一个额外的中间台阶的一个或多个肋形体，该第一厚度小于该预定厚度。

优选地，本实用新型的具有混合波导的硅光子装置，其特征在于，该多个第一硅平面波导中的至少一个包括第一条形体，其与该多个第二氮化硅平面波导中的至少一个的第二条形体至少部分重叠，该第一条形体和该第二条形体通过该第一二氧化硅层垂直结合。

优选地，本实用新型的具有混合波导的硅光子装置，其特征在于，该第一二氧化硅层包括在形成包含氮化硅材料的硬掩模层之前沉积的二氧化硅材料的第一部分和在去除该硬掩模层之后沉积的二氧化硅材料的第二部分。

优选地，本实用新型的具有混合波导的硅光子装置，其特征在于，该第一二氧化硅层控制为具有80±8nm的总厚度，该总厚度为该二氧化硅材料的第一部分和该二氧化硅材料的第二部分的总厚度。

本实用新型的具有混合波导的硅光子装置可以改善性能以及对环境温度的高耐受、允许更高的光学功率、高光学透明度、更低的传播损耗、更小的色散以及对波导形状的更小灵敏度。将中间层厚度控制为对于基于 Si上Si₃N₄光子平台的垂直集成的混合Si₃N₄/Si波导的期望目标值，以确保在Si₃N₄波导和Si波导之间的低耦合损耗。

附图说明

图1是根据本实用新型的实施方式的在绝缘体上硅(SOI)基板中的垂直集成的混合Si₃N₄/Si波导的示意性截面图。