[发明专利]用于光耦合的波导结构

说明书

本发明提供了一种用于光耦合的波导结构(100)。所述波导结构(100)包括嵌入在第一包层(102)中的第一波导(101)、至少两个第二波导(103a、103b)，所述至少两个第二波导(103a、103b)与所述第一波导(101)垂直分隔并嵌入在所述第一包层(102)上提供的第二包层(104)中。因此，所述第一和第二波导(101、103a、103b)均包括所述波导结构(100)的耦合区域(105)中的一个至少部分锥化的端截面，所述第一波导101的所述端截面与所述第二波导(103a、103b)的所述端截面相对锥化。此外，所述第一波导(101)横向，优选地居中，放置在所述耦合区域(105)中的所述至少两个第二波导(103a、103b)之间。

相关申请案交叉申请

本申请要求2016年2月12日递交的发明名称为“用于光耦合的波导结构(WAVEGUIDE STRUCTURE FOR OPRICAL COUPLING)”的第16155525.5号欧洲专利申请案的在先申请优先权，该在先申请的内容以引用的方式并入本文本中。

技术领域

本发明涉及用于光耦合的波导结构，并且涉及其制造方法。具体而言，波导结构可以通过一个设备到另一设备或到衬底的转印获得。波导结构以低损耗优选实现两个耦合设备之间的垂直光耦合。同时，波导结构允许设备之间存在大的对准容差。为此，波导结构采用波导“三叉戟”，其包括一个第一波导和两个或多个第二波导，以便传递光。

背景技术

作为应用范围广的通用技术平台，硅光子学正迅速受到重视。这类应用可以例如在电信、数据通信、互连或传感技术领域中使用。硅光子学的主要优势在于，其允许通过在高质量、低成本硅衬底上使用CMOS兼容晶圆级工艺来实施光子功能。此外，由于大规模硅生产的可用性，硅光子芯片的价格会极具优势，硅光子芯片有时集成数百个基础构建模块。这是非常重要的，尤其是对于设备成本是主要问题的短距离应用，像数据通信、互连或接入网络。

然而，由于硅是间接带隙材料的这一事实，很难单片集成有源组件。因此，对于传统集成有源组件，设备需要对接耦合或倒装片，这产生更昂贵的封装。替代性方案将使制造工序更加复杂和昂贵。

这个问题的第一种已知方案是增长硅上的锗。虽然该方案允许生产光电探测器和电吸收调制器，但是它们的制造工序变得相当复杂，并且所生产出的组件不如使用最新技术的III-V半导体技术制造的组件好。此外，放大器和激光器仍然不可能使用该方案实现。

第二种已知方案通过晶圆键合采用异构集成。虽然该方案已获得满意效果，但是其当前仍然是不切实际的，这是因为需要在硅晶圆上处理III-V半导体。

第三种已知方案利用中间衬底使用转移技术(例如转印)，这允许在衬底上进行成品(例如有源)设备的高吞吐量布置。该方案以及通常情况下的任何转移技术有可能显著降低硅光子芯片的成本，同时提高它们的性能。这首先是由于以下事实：所有III-V半导体处理都能够在专用III-V晶圆厂中且在具有高密度设备阵列的晶圆上进行。因为设备能够在晶圆上紧密封装在一起，所以每个设备的成本会相当低。此外，这类设备晶圆可以针对生产的设备类型充分优化，这比使用III-V半导体技术进行的单片集成更有优势。其次，转印是晶圆级工序，即，大量设备能够同时打印，这降低了集成成本。第三，由于设备从有源设备晶圆的顶部卸下，所以它们会与衬底上的底层电路非常紧密地集成，与异构集成相似，但是在200-300mm硅晶圆上进行晶圆键合和III-V半导体处理没有困难。

但是使用转移技术的第三种方案存在一个问题。即对准精度，这在例如转印过程限制为约3σ1.5μm时会实现。因此，为了能够将第三种方案用于硅光子设备，在例如印制有源设备与衬底或其它设备上的底层硅光子电路之间需要有一个支持更大对准容差的接口。