[发明专利]包括掩埋式光波导和输出耦合器的光学器件

说明书

本公开的实施例针对用于光耦合器的技术和构造，该光耦合器包括用于将光导引至光纤的光波导。在实施例中，光波导包括锥形段，以将所接收的光传播到光纤。在实施例中，锥形段被掩埋在半导体衬底的表面下方，以将半导体衬底内的所接收的光从第一光模式转变为第二光模式，以减少在所接收的光从光波导到光纤的传播期间的光损失。在实施例中，半导体衬底的表面包括硅光子芯片的底部平面表面，其包括无源或有源光子部件中的至少一个或多个。可以描述和/或要求保护其他实施例。

技术领域

本公开的实施例总体上涉及光电子学领域，并且更具体地，涉及用于提供硅光波导和输出耦合器的技术和构造。

背景技术

硅光子学通常被认为是用于成本高效的光电集成的基于平面光子学电路的最流行且成功的技术平台之一。通常在绝缘体上硅(SOI)晶圆上制造基于光波导的光子学器件，例如激光器、调制器和检测器。在SOI光子系统中，通常将光限制在晶圆(或芯片)平面内。硅波导通常设计为具有亚微米的横截面，从而允许有源和无源器件的密集集成，以实现更高的速度和更低的驱动功率。光模式转换器(OMC)通常用于改善光波导和光纤之间的光耦合。

然而，硅光子波导与光纤之间的光耦合可能具有挑战性，因为光通常在波导中被非常紧密地限制，而在光纤中被更松散地限制(例如，支持的光模式尺寸可以在从硅波导中的亚微米到光纤中的大约10微米(μm)的范围内)。波导或光纤的数值孔径(NA)是关键指标，因为它决定了光将发散多少。薄/窄波导将具有高NA和高发散度，而宽/厚的波导将具有较低的NA和较低的发散度。请注意，NA越高，与波导相关联的模式数量越多。波导的低NA可能是期望的，以实现与光纤的有效耦合；然而，具有足够低的NA的波导通常需要相对较厚的膜，例如，约为～10微米(μm)的半导体膜，由于应力、形貌和产量方面的考虑，这可能对工艺造成挑战。

附图说明

通过以下具体实施方式并结合附图，将容易理解实施例。为了促进该描述，相似的附图标记表示相似的结构元件。在附图的图中，通过示例而非限制的方式示出了实施例。

图1是根据本文所述的一些实施例的光电系统的框图，该光电系统包括光学器件，该光学器件包括光耦合器，该光耦合器具有掩埋在半导体衬底的表面下方的光波导。

图2A是根据一些实施例的更详细示出的图1的光学器件的一部分的俯视图的框图200。

图2B示出了根据实施例的图2A的示例性光学器件的一部分的截面侧视图。

图3是描述根据实施例的形成诸如图1的光学器件的光波导之类的光波导的过程300的流程图。

图4A-图4I示出了根据实施例的在与过程300相关联的各个阶段中的半导体衬底的截面侧视图和端视图。

图4J和图4K示出了根据各种实施例的处于与形成光学边缘耦合器相关联的各个阶段中的半导体衬底的截面侧视图和端视图。

图5、图6A、图6B和图7示出了根据实施例的各种类型的光耦合器，包括图1-图4K的光波导。

图8示出了根据各种实施例的示例性计算设备，其可以包括图1-图7的具有光耦合器的光学器件。

具体实施方式

本公开的实施例描述了用于光学装置的技术和构造，该光学装置包括掩埋在半导体衬底的表面(例如，硅晶圆的平面)下方的锥形段，并且被形成为将在光波导处接收的光的光模式转变为接近光纤的光模式。在实施例中，光学装置包括用于将光导引到光纤的光波导，并且包括第一端和第二端，其中第一端用于接收从光源输入的光，并且第二端包括用于将所接收的光传播到光纤的锥形段。在实施例中，锥形段被掩埋在硅衬底的表面下方，以将硅衬底内的光从第一光模式转变为第二光模式，以减少在所接收的光从光波导到光纤的传播期间的光损失。