[发明专利]一种基于GOI或SOI的分束/合束的波导及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于GOI或SOI的分束/合束波导结构，包括：衬底、绝缘介质低折射率层和分束/合束波导；分束/合束波导和绝缘介质低折射率层从上至下依次制备在衬底的上表面；分束/合束波导包括单路锥形波导、双路楔形波导和连接波导；单路锥形波导设置于左楔形波导和右楔形波导之间；还针对该基于GOI或SOI的分束/合束的波导结构公开了一种上述波导结构的制备方法。本发明中的结构使得GOI或SOI的分束/合束的波导具有确定的光功率分束和合束能力，使得GOI或SOI分束/合束波导具有低成本、高分光效率、高模场光精确度和集成度。

技术领域

本发明涉及半导体光电子技术领域，更具体的说是涉及一种基于GOI或SOI材料上的分束/合束波导结构及其制备方法。

背景技术

硅光器件可以满足数据中心对更低成本、更高集成、更多嵌入式功能、更高互联密度、更低功耗和可靠性的依赖。

目前，传统硅光集成芯片的光源分束/合束波导存在设计精度要求高，工艺复杂、制备难度大、成本高、集成度低、难以实现光源高精度分配等一些列问题。因此，如何研制一种基于GOI或SOI的工艺简单、成本低、集成度高、易于实现光源高精度分配分束/合束的波导是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于GOI或SOI材料上的分束/合束波导结构及其制备方法，有效解决了现有技术中的分束/合束波导工艺复杂、制备难度大等问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于GOI或SOI的分束/合束波导结构，包括：衬底、绝缘介质低折射率层和分束/合束波导；

所述分束/合束波导和所述绝缘介质低折射率层从上至下依次制备在所述衬底的上表面；

所述分束/合束波导包括单路锥形波导、双路楔形波导和连接波导；

所述单路锥形波导为锥形结构，锥形结构的锥角端的两侧面分别为第一端口和第二端口；所述双路楔形波导包括左楔形波导和右楔形波导，所述左楔形波导和所述右楔形波导均为楔形结构，楔形结构的楔角端的侧面分别为第三端口和第四端口；

所述单路锥形波导设置于所述左楔形波导和所述右楔形波导之间，所述第一端口和所述第二端口分别与所述第三端口和所述第四端口相对应，且所述第一端口和所述第二端口与所述第三端口和所述第四端口之间的距离为20-380nm；

所述连接波导包括左路连接波导、右路连接波导和单路连接波导；

所述左路连接波导和所述右路连接波导分别与所述左楔形波导和所述右楔形波导的尾部对应相接；所述单路连接波导与所述单路锥形波导的尾部对应相接。

优选的，所述衬底包括：N型单晶Si或N型单晶Ge。

优选的，所述分束/合束波导所在的层为本征晶体层，所述分束/合束波导通过所述本征晶体层刻蚀而成，所述本征晶体层包括：本征单晶Si层或本征单晶Ge层；所述本征晶体层的厚度为0.1-5μm。

优选的，所述绝缘介质低折射率层包括：SiO₂绝缘介质层或Al₂O₃绝缘介质层；所述绝缘介质低折射率层厚度为30-500nm。

优选的，所述单路锥形波导的厚度为30-500nm，长度为1-500μm，且锥形角度为1-180°，所述单路锥形波导的最宽处口径大小为300nm-8μm。

优选的，所述双路楔形波导厚度为30-500nm，长度为1-500μm，且楔形角度为1-180°，所述双路楔形波导的最宽处口径大小为300nm-8μm。