CN100573211C - 对准带有波导的光学组件的方法 - Google Patents

Abstract

一个形成光子器件的方法包括了在基层(3)上提供波导核心部材料(1)的核心式样的步骤和应用一个包层(2)在所述核心部材料(1)和所述基层(3)之上的步骤。所述的基层(3)上面的包层(2)的表面的高度根据所述的核心部材料的样式而发生变化。所述的核心部样式被设计成至少包括两个参考区域，每个参考区域都具有一个宽度w，并结合一个高于参考区域的预定高度h1提供一个包层(2)的峰值。所述的核心部样式被进一步设计为使得所述参考区域的峰值之间的连线是高于介于其间的包层的峰值，根据所述参考区域的峰值提供一个垂直对准的参考。

Description

对准带有波导的光学组件的方法

技术领域

本发明涉及一种构建包括了至少一个波导的光子器件的方法，尤其是涉及了一种对准带有波导的光学组件的方法。

背景技术

目前已经具有了利用平坦波导由半导体光学组件装配成无源混合产品的方法，例如Blauvelt在美国专利申请US2004/0052467中使用的方法，在该申请中使用了耦合到下面的无源波导晶片的消失耦合(evanescentcoupling)(在这个案例中是垂直的)。这个方法被限定为组件的垂直的消失耦合，并且排除了无源波导组件如自由空间光学隔离器和薄膜滤色片的直接的结合。此外，对准的技术也意味着该波导晶片的包层必须很薄能够使得该消失耦合发生并且包层还要是平坦的。

Maxwell在美国专利US6778718中披露了一个可选择的方案，该专利涉及有源半导体组件的混合结合，通过一个波导包层的一个平坦表面的顶部提供有的垂直参考框架以及机械的终点挡板供使用，来提供横向的定位。光通过一个加工在波导层里的一个孔以端射的方式被耦合到波导器件里。这个方法也谈到了用于排列的一个平坦表面。

然而事实上，波导上方的包层的顶表面通常并不一定都是平坦的，在有些时候波导器件的包层的表面具有波动形状或者具有鼓包形状在指定了波导内核的区域上。

在专利文件GB-A-2379995中，Fasham使用了一个有源的排列方法来进行混合集成并且在文件中Fasham和Blauvelt表明了一个观点，该观点认为用于放置在一个不平坦表面上的附加器件的垂直定位而不通过附加的步骤来将表面整平是不可能的。这些波动的形状必须要通过一个例如是化学-机械抛光的工序来去除，从而提供一个平坦的表面用于排列，或者必须使用一定程度的有源排列来补偿不平坦的表面。此外，使用如Maxwel和Blauvelt所述的平坦表面，增加了所述排列工序对来自包层表面的尘土污染的敏感性，从而影响了所述排列的精确性。在提到的两个案例中，用来排列的垂直参考框架是所述波导器件的包层的平坦表面，并且在两个案例中，都有涉及到需要一个平坦表面的局限性。

本发明，至少在优选的实施例中，提供了一种能够使无源排列技巧在不需要波导的表面的平坦化的情况下得到使用的方法。

发明内容

相应的，本发明提供了一形成光子器件的方法，该光子器件包括至少一个波导。该方法包括了在基层上提供波导核心材料的核心部式样的步骤和应用一个包层在所述核心部材料和所述基层之上的步骤。所述的基层上面的包层表面的高度根据所述的核心部材料的式样而发生变化。所述的核心部式样被设计成至少包括两个参考区域，每个参考区域都具有一个宽度被选择并结合一个高于参考区域的预定高度形成一个包层的峰值。所述的核心部式样被进一步设计为使得所述参考区域的峰值之间的连线高于介于其间的包层的峰值，根据所述参考区域的峰值提供一个垂直对准的参考。

本发明的方法允许包层的表面存在鼓包，该鼓包被用做附加的光学组件无源对准的垂直参考框架，而不需要将所述的表面展平的步骤以及有源对准或是要求包层厚度很薄。该发明使得各种类型的光学和光电子器件能够被集成在一个光学电路板上并且找到了为通讯、传感、计算机、仪器以及芯片实验室所需要的组件和系统中的应用。

参考区域的峰值可以具有相同的高于所述基层的预定高度。在这种方式下，峰值之间的连线将会与所述基层平行。参考区域的宽度可以是相同的。总体来说，这将会使得参考区域的高度相同。

该方法进一步包括定位一个安装器件，例如子底座与两个参考区域的峰值相接触以便安装一个与波导核心部垂直的一个组件。这样，集成到一个波导中的一个光学组件可以被插入到一个分离的子底座上，所述子底座被设计成通过垂直定位到鼓包上来在垂直方向上被集成。所述鼓包可以以适当的方式围绕混合集成的点来设置从而消除放置在顶部的子底座的倾斜。

可以通过在所述的包层表面上设置物理的竖柱(凸起)的方式来提供横向的对准，这些竖柱(凸起)作为机械终端用于支撑子底座或组分以形成精准的边缘。可通过刻蚀、切割、劈开或机械加工等工艺加工。

在波导基质中可以开有一个孔，从而允许插入组件来和波导集成在一起。正如US6778718中所记载的那样。在所述波导和所述被插入的光学组件之间可以使用端射式耦合。该端射式耦合允许Blauvelt的方法中所不能实现的，对可能使用自由空间传播的不同光学组件如隔离器和薄膜滤光片的集成；以及使用不同的材料系统制作的有源的组件，如半导体激光、半导体光放大器或无源平面波导。

进一步的，由于该无源产品，该方法允许在一个普通的波导晶片上以串行方式将多个元件集成，提供了与光学印刷电路板等效的光学效果。以此类推，该平面波导形成与在电路板上的光学电路板等效的光学效果，而不同的光学组件根据它们的功能被集成在一起，采用与所述功能相适应的材料系统制作。

本申请所披露的确定垂直对准参考位置的工艺取决于在包层表面里的具有一特定高度的鼓包的可按的反复制作，就像柱子一样支撑上面的附加组件的垂直定位。这些鼓包通过在波导的核心层中放置大块而形成。块的宽度决定了在它上面的包层鼓包的高度。所使用的块的宽度，必须考虑用来传导光信号的波导的尺度以及在与混合集成将要被设置的区域临近的线路中的波导式样(密度)。所述块也应当被定位以便不会影响该波导的光学特性。

所以，本发明，至少是优选的实施方式，提供了一种技术允许含有鼓包的包层表面被用来作为不需要进行过去的包层平整化技术的无源对准的垂直参考框架。更进一步的，通过使用一种可控制的不平整的表面，混合光学组件的布置相对于尘土以及其他在波导表面上的污染物的灵敏度被降低。

该波导可以使用硅基材料制成。

本发明延及一种适合用于所描述方法的波导核心部式样(corepattern)。

附图说明

本发明的具体实施方式仅仅作为一个例子并参照相应附图进行描述，其中：

附图1是一个设计好的核心层和包层鼓包的横截面；

附图2是一个设计好的核心层和不同高度的包层鼓包的横截面；

附图3是一个容纳有一个光学组件的子底座，由此通过包层中鼓包的高度该组件的垂直定位被确定；

附图4是一个在两个包层鼓包之间形成的核心部波导阵列的横截面；

附图5显示了包层鼓包高度和具有变化的间隙的波导阵列之间的关系的曲线图。

具体实施方式

方形(或者是矩形)的波导横截面通常在平坦的波导器件内，其中在单模模式下，核心部横截面线性尺寸可以具有在每个方向上的从微量到几微米的数量级。附图1显示了一个平坦光波导器件的典型配置。所述波导的核心1位于一个由折射率比该核心1的折射率低的材料构成的缓冲层3之上。所述的缓冲层3顺次位于一个匹配的基板4之上。典型地，该波导核心1作为连续的层被应用在缓冲层3上，并且将波导材料的部分去除(例如通过蚀刻)，从而留下了核心部材料。基于这个原因，每个波导核心部相对于缓冲层3都具有相同的高度。

一个具有统一厚度的包层2被沉积在所述波导核心1的顶部之上(使用多个可能的沉积技术中的一个)。该包层2在没有容纳所述核心的区域中实际上是平的，在这些区域中，所述的包层2被直接沉积在所述的缓冲层3之上。然而，在容纳了波导核心1的区域，所述的包层2被弯曲并且在平坦的水平之上又升高了几个微米。这样，在所述的波导核心1之上，所述的包层2就形成了一个“鼓包”。这样，在希望使用所述的包层2的表面作为在所需的微米级精确度下对准附加组件的垂直参考框架时，这就被认为是一个问题(例如，参见Blauvelt或者Fasham所述)。

如附图2所示，当所述的核心部宽度增加时，所述包层的鼓包的高度以一种可控的、可重复的方式增加。确切的值，取决于包层成分和包层工艺中的特定细节等附加因素。如果，所述的包层成分和工艺是固定的，那么就可以简单地通过改变核心部的宽度w来设置所述包层鼓包的高度h。这个被控制的可重复的过程允许使用不平整的表面完成在垂直平面内的高度精确的无源对准。

如附图3所示，如果一个人现在就放置一个承载有一个将要与所述波导核心1对准的组件6的子底座5在所述的包层表面2上，则垂直方向的位置将要被包层里最宽的块上面的鼓包所确定。此外，通过合理地放置子底座下面的所述块，可以确保所述的子底座是水平的而不是倾斜的。如果要提供侧面的定位以及一个用于如Maxwell在US6778718中所述的端射式耦合的界面则需要补充附加的特征。

在决定所要使用的定位块的宽度时，必须也要考虑邻近的波导的密度。当波导的密度增加而波导之间的间隙减小时，所述的包层的鼓包则与一个单独的块相仿，该块具有相当于几个单独的波导的总和的宽度。这些在附图4中被显示出来，其中所述的波导具有足够多的数量以及足够小的间隙从而使得它看起来象一个单独的块。所述的包层鼓包的高度h2也大于所述对准块h1的高度，从而将使所述的对准块不能发挥所需要的功能。这个在所述块的宽度和所述波导图案的设计中得到调节。

附图5通过图形描述了相对于波导数量以及波导间隙可以改变的波导阵列的包层鼓包高度的变化情况。当阵列中波导的数量增加时，所述的包层鼓包的高度也渐进地增加到一个峰值。例如，线A显示了一个波导之间间隙为32微米的波导阵列的曲线。该阵列上的所述包层鼓包的高度到达了一个最大值，该最大值高于远离波导的区域的包层大约2.4微米。为了垂直对准控制，一个块的宽度将会被挑选来形成一个包层鼓包的高度，该高度高于所述的波导上面的包层鼓包高度的渐近线。

附图5中的曲线图中的水平线表示出变化块的宽度时包层鼓包的高度。例如，线B显示了60微米宽的一个方形的块的包层鼓包高度。所述的包层鼓包高度约为3.4微米，并且将会高于所述波导阵列的高度。因此，它能够提供所需要的垂直对准参考。在所述的几个阵列大小和间隙的曲线图中提供了几个例子，这几个例子具有几个微米的高度。(例如，具有4微米间隙的波导的曲线)。然而，在形成波导的同时在波导层中图案形成一个具有足够大的能够满足对准目的的包层高度的块是不可能的。实际上，为了与使用中的所述对准块的宽度相适配，人们会设计电路来提供多个局部的区域，在这些区域中所述波导的密度以及波导之间的间隙将不会超过使对准操作受影响的一个预定的值。

概括来说，形成光子器件的方法包括了在基层3上提供波导核心部材料1的核心部图案的步骤和应用一个包层2在所述核心部材料1和所述基层3之上的步骤。所述的基层3上面的包层2表面的高度根据所述的核心部材料的式样而发生变化。所述的核心部式样被设计成至少包括两个参考区域，每个参考区域都具有一个宽度w被选择来结合一个高于每个参考区域的预定高度h1提供一个包层2的峰值。所述的核心部式样被进一步设计为使得所述参考区域的峰值之间的连线高于介于其间的包层的峰值，根据所述参考区域的峰值提供一个垂直对准的参考。

尽管本发明是被表述在波导核心材料和包层的情况中，但是同样的方法也使用于任何两个相匹配的层的情况，并不脱离本发明的范围。

Claims (6)

1.一种形成光子器件的方法，所述光子器件包括至少一个波导，该方法包括以下步骤：

1)在一基层上提供一波导核心部材料构成的核心部式样；

2)应用一包层在所述核心部材料和所述基层之上，所述的基层上面包层表面的高度根据所述的核心部材料的式样而发生变化，

其中，所述的核心部式样被设计成至少带有两个参考区域，每个参考区域都具有一个宽度，并结合一个高于参考区域的预定高度来提供一个包层的峰值，以及

所述的核心部式样被进一步设计为使得所述参考区域的峰值之间的连线高于介于其间的包层的峰值，根据所述参考区域的峰值提供一个垂直对准的参考。

2.如权利要求1所述的形成光子器件的方法，其中所述的参考区域的峰值具有相同的高于基层的预定高度。

3.如权利要求1或2所述的形成光子器件的方法，其中所述的参考区域的宽度是相同的。

4.如权利要求1或2所述的形成光子器件的方法，进一步包括下面步骤：

3)放置一个安装器件与两个参考区域的峰值都接触从而相对于所述波导核心部垂直地定位一个组件。

5.如权利要求3所述的形成光子器件的方法，进一步包括下面步骤：

3)放置一个安装器件与两个参考区域的峰值都接触从而相对于所述波导核心部垂直地定位一个组件。

6.一适合使用于前述权利要求所述方法的波导核心式样。

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