[实用新型]一种基于多层波导材料结构的端面耦合器

说明书

本实用新型涉及基于多层波导材料结构的端面耦合器，本实用新型通过衬底层、埋氧层、第一波导层、第一隔离层、第二波导层、第二隔离层、第三波导层、上包层从下到上依次设置而成；第一波导层为两根输入S形波导和一根输出波导；输入S形波导由输入锥形波导、输入直波导、S形弯曲波导、输入直波导和输出锥形波导依次连接构成；输出波导由输入锥形波导、输入直波导和输出锥形波导依次连接构成；第三波导层的波导结构与第一波导层的波导结构相同，两层结构中对应波导结构在垂直方向对齐；第二波导层含有一根输出波导由输入锥形波导和输出直波导依次连接构成。本实用新型能实现光纤或激光器与纳米线波导进行耦合，增加了对准容差，提高了耦合效率。

技术领域

本实用新型涉及一种基于多层波导材料结构的端面耦合器，属于半导体制备技术领域。

背景技术

随着光通信、互联网等飞速发展，数据传输与处理速度向更高速率发展，硅光子技术成为高速光通信器件及系统的解决方案之一。由于硅光子器件与现有CMOS标准工艺兼容，可与微电子集成电路集成，实现高性能、低成本、小尺寸和高集成度的片上光互联。因此，基于SOI的硅基光电子器件成为研究热点。

硅基光子芯片封装技术的关键部分是实现芯片片内的光信号与外部光信号(多数为光纤)的耦合连接。单模光纤的芯径约8～10微米，硅光芯片波导横截面尺寸小于1微米，两者尺寸相差较大，二者直接对接耦合的耦合损耗很大，导致耦合损耗很大，这在实际应用中是很难使用的。因此，需要在芯片的输入/输出端设计特殊的耦合器，提高耦合效率。耦合器有端面耦合和垂直光栅耦合两种方式。由于光栅耦合器耦合效率较低、不利于封装等缺点，多被用于硅光芯片的设计测试。端面耦合具有封装工艺简单、耦合效率高等特点得到了广泛的应用。

端面耦合是通过模斑变换器，实现芯片输入/输出端口的波导横截面与光纤的横截面直接对准，使单模光纤的模场与硅波导的模场相匹配，达到最优的耦合效率。常规平面波导类芯片的耦合方法是通过光纤阵列(FA，FiberArray)与芯片端面波导对准耦合。芯片与光纤阵列的耦合端面只使用一种胶，同时实现折射率匹配和强度粘接。

因此，采用合理的材料设计一种封装工艺简单、与普通单模光纤、激光器耦合效率高、对准容差大的硅基耦合器是具有重要意义的。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是：本实用新型提供一种基于多层波导材料结构的端面耦合器，以解决现有技术中硅基光子芯片与光纤、激光器耦合效率低的问题，提高硅波导耦合器的耦合效率和耦合容差。

本实用新型技术方案是：本实用新型提供一种基于多层波导材料结构的端面耦合器，包括上包层1、衬底层2、埋氧层3、第一波导层4、第一隔离层5、第二波导层6、第二隔离层7、第三波导层8；

所述埋氧层3置于衬底层2之上，所述第一波导层4置于埋氧层3之上，所述第一隔离层5置于第一波导层4之上，所述第二波导层6置于第一隔离层5之上，所述第二隔离层7置于第二波导层6之上，所述第三波导层8置于第二隔离层7之上；所述第一波导层4、所述第二波导层6与所述第三波导层8同向设置；所述第一波导层4为两根输入S形波导X1和一根输出波导X2；所述第一波导层4中的输入S形波导X1，由输入锥形波导Y1、输入直波导Y2、S形弯曲波导Y3、输入直波导Y4和输出锥形波导Y5依次连接构成；所述第一波导层4中的输出波导X2由输入锥形波导H1、输入直波导H2和输出锥形波导H3依次连接构成；输入锥形波导Y1的尖端和输入锥形波导H1的尖端朝向左侧，输出锥形波导Y5的尖端和输出锥形波导H3的尖端朝向右侧；所述第三波导层8中的波导结构与所述第一波导层4中的波导结构相同，两层结构中对应波导结构在垂直方向对齐；所述第二波导层6为中间波导层含有一根输出波导X3，由输入锥形波导Z1和输出直波导Z2依次连接构成；所述上包层1置于第三波导层8之上。

作为本实用新型的进一步方案，所述第一波导层4、第二波导层6和第三波导层8的波导材料为硅基波导Si、SiN、SiON或α-Si。