CN105829932B - 半导体光波导、其制造方法和使用其的光学通信装置 - Google Patents

Abstract

将半导体电子电路加工技术原样地应用于制造半导体光波导使得难以获得具有反映预期设计的期望特性的半导体光波导。本发明的特征在于包括：衬底；半导体光波导结构，在所述衬底上布置；平坦区域，在衬底上的半导体光波导结构的周围形成；和半导体虚拟结构，在衬底上的平坦区域的周围布置，并且由多个虚拟图案形成。本发明的特征还在于，该半导体光波导结构在平行于衬底的平面中包含线对称图案并且该多个虚拟图案被布置成关于所述线对称图案的对称轴是对称的。

Description

半导体光波导、其制造方法和使用其的光学通信装置

技术领域

本发明涉及一种半导体光波导、一种用于制造该半导体光波导的方法，和一种使用该半导体光波导的光学通信装置。特别地，本发明涉及一种其中在光波导中使用半导体薄膜的半导体光波导、一种用于制造该半导体光波导的方法，和一种使用该半导体光波导的光学通信装置。

背景技术

由于诸如高速强度调制信号和波长复用的技术，更大容量和更长距离的光纤通信已经取得进步。除了这些技术，近年来，由于数字信号处理技术的改进，已经使用了诸如偏振光复用和多级相位调制的技术。另外，利用现有的光纤网络，已经能够更进一步地增加通信容量。

这种情况已经引起了对于在光纤通信中使用的光学通信装置的更高集成度、小型化、更高的功能、更低的成本等的需求。在这些需求之间已经存在折中的关系，并且按照传统技术，已经难以满足这些需求。

光学通信装置的尺寸、性能等高度地依赖于在光学通信装置中包括的光波导的配置和性能。因此，光波导的生产已经是使用用于半导体集成电路的制造过程而进行的。具体地，通过在半导体薄膜上设计精细光波导图案而生产光波导。半导体例如硅等具有比玻璃更高的折射率，并且因此促使与玻璃波导相比降低光波导的尺寸。此外，能够预期在大规模集成(LSI)的制造中使用的高分辨率互补金属氧化物半导体(CMOS)加工技术的利用和转换。

在PTL 1到3的每一项等中描述了这种半导体(硅)光波导的一个示例。根据PTL 1的硅光波导包括：包括绝缘体诸如玻璃的衬底；称作基础的平坦形硅薄膜；以及包括硅并且具有矩形形状的矩形波导。如此设计硅光波导的形状，使得在矩形波导的宽度、从衬底向上的高度和平坦形硅薄膜的厚度之间的预定关系表达式成立。结果，能够允许在通过硅光波导传播的受引导光的TE和TM之间的波长位移小于0.2nm。

引用列表

专利文献

[PTL 1]日本专利公开No.2006-11443

[PTL 2]日本专利公开No.2000-91319

[PTL 3]日本专利公开No.2003-156642

发明内容

技术问题

然而，根据PTL 1的硅光波导具有以下问题。首先，将描述在生产硅光波导时的关注点。在由是具有高折射率的材料的硅形成的硅光波导中，与由氧化硅玻璃等形成的玻璃波导相比，在传播模式中的场的分布是非常小的，并且因此，传播模式关于核芯形状的改变而敏感地改变。结果，与利用玻璃形成技术形成光波导的情形相比，要求高的加工精度。具体地，关于光波导的核芯宽度要求的图案加工精度，玻璃波导要求的加工精度是±0.1μm，而硅波导要求的加工精度是±几纳米并且高两个数量级。

进而，在光波导的图案加工中，就如局部地存在那样，其中要求所需要的加工精度的区域广泛地存在。具体地，其中要求所需要的加工精度的区域，例如、诸如在栅极附近的图案，在MOS晶体管中是局部的，而在光波导中，该区域在整个光波导图案之上延伸。换言之，对于具有几十微米到几百微米的长度，或者在某些情形中以毫米单位连续的光波导图案，要求核芯宽度的高的加工精度。

在要求在整个光波导图案之上的相位控制、带有更高精度的偏振可靠性或者相位控制等的情形中，光波导的核芯宽度的图案加工精度是存在问题的。换言之，在根据PTL 1的硅光波导的配置中，由于在制造过程中光波导核芯宽度发生偏差或者波动，通过光波导传播的受引导光的相位从设计值偏离。

已经存在如上所述的这种问题，即，即使当用于半导体电子电路的加工技术被原样地应用于生产半导体光波导时，仍然难以实现具有反映设计的期望性质的半导体光波导。在提出了一种用于确定用于实现光子晶体波导的图案的设计方法的PTL 3中，没有假设在制造过程中从设计值发生偏差。

本发明的一个目的在于提供：一种即使当用于半导体电子电路的加工技术被原样地应用于生产半导体光波导时仍然具有反映设计的期望性质的半导体光波导；一种用于制造该半导体光波导的方法；以及一种使用该半导体光波导的光学通信装置。

问题的解决方案

本发明的一种半导体光波导包括：衬底；半导体光波导结构，布置在衬底上；平面区域，在衬底上的半导体光波导结构的周围形成；以及半导体虚拟结构，在衬底上的平面区域的周围布置，并且由多个虚拟图案形成，其中该半导体光波导结构包括在平行于衬底的平面上的线对称图案；并且该多个虚拟图案关于该线对称图案的对称轴被对称地布置。

本发明的一种光学通信装置包括上述半导体光波导。

一种用于制造本发明的半导体光波导的方法包括：在衬底上布置第一覆层和核芯层；通过使用预定掩膜对核芯层进行光刻(photolithography)和蚀刻(etching)而形成核芯图案；并且在所形成的核芯图案上布置第二覆层，其中如此形成掩膜：周期性地布置多个虚拟图案；移除以预定中心轴作为中心的安全距离范围中的虚拟图案；关于所述中心轴，线对称地重新布置与所述安全距离范围的外侧相邻近的控制区域中的虚拟图案；并且以所述中心轴和光波导结构图案的中心线相互一致的方式，在所述安全距离范围中形成所述光波导结构图案。

本发明的有利效果

根据本发明，能够提供：一种即使当用于半导体电子电路的加工技术被原样地应用于生产半导体光波导时仍然具有反映设计的期望性质的半导体光波导；一种用于制造该半导体光波导的方法；以及一种使用该半导体光波导的光学通信装置。

附图简要说明

[图1A]图1A是根据本发明第一示例性实施例的半导体光波导的平面视图。

[图1B]图1B是根据本发明第一示例性实施例的半导体光波导的截面视图。

[图2]图2是示意根据本发明第二示例性实施例的半导体光波导的配置的平面视图。

[图3]图3是示意根据本发明第三示例性实施例的半导体光波导的配置的平面视图。

[图4]图4是示意根据本发明第四示例性实施例的半导体光波导的配置的平面视图。

[图5A]图5A是示意根据本发明第五示例性实施例的半导体光波导的配置的平面视图。

[图5B]图5B是示意根据本发明第五示例性实施例的半导体光波导的配置的截面视图。

[图6A]图6A是示意相关半导体光波导的配置的平面视图。

[图6B]图6B是示意相关半导体光波导的配置的截面视图。

[图7A]图7A是示意另一个相关半导体光波导的配置的平面视图。

[图7B]图7B是示意其它相关半导体光波导的配置的截面视图。

具体实施方式

(第一示例性实施例)

图1A是根据本发明第一示例性实施例的半导体光波导的平面视图，并且图1B是半导体光波导的截面视图。作为半导体的示例，将描述使用硅的情形。上氧化硅层13层叠在包括硅衬底10、下氧化硅层11，和硅层12的绝缘硅片(SOI)衬底上。是硅光波导结构40的核芯图案的核芯(core)20和格子形虚拟结构(lattice-shaped dummy structures)31在硅层12中形成。

硅光波导结构40是其传播层由具有小的硅膜厚度和平坦形状的平板(slab)21和具有大的硅膜厚度和小的宽度的核芯20形成的脊形光波导。在沿着图1A的线A-A'截取的、图1B的截面视图中，脊形光波导的凸起形状在核芯20和平板21的部分的截面中出现。

虚拟结构31包括具有基本等于核芯20的厚度的厚度并且受引导光并不通过那里传播的多个虚拟图案。形成虚拟结构31的各个虚拟图案被均匀地设置在晶圆表面中，并且例如被以格子形状(图1A的连续线部分)以基本相等的间隔布置。换言之，虚拟结构31包括周期结构。在形成虚拟结构31的各个虚拟图案中，以此方式移除在光波导的核芯的附近的区域中的预定范围中的虚拟图案，使得并不影响通过光波导传播的受引导光。图1A的虚线部分是所移除的虚拟图案的移除痕迹34。

随后，将描述脊形硅光波导的作用。受引导光被约束在核芯20中，并且通过核芯20传播。在脊形光波导中，将受引导光约束在光波导沿着竖直方向的截面中是利用是覆层的氧化硅层11和13实现的。此外，将光约束在光波导沿着水平方向的截面中是利用由核芯20和平板21形成的凸起形状实现的。如上所述，受引导光的传播模式依赖于脊形光波导的凸起形状。

在光波导的设计中，光波导通常被设计成带有一种传播模式的单一模式波导。例如，当脊形光波导具有具有1.5μm的高度的凸起形状、1.2μm的凸脊宽度和0.5μm的平板厚度时，该脊形光波导用作用于单一模式传播的光波导。在这种单一模式条件中，受引导光能够被充分地约束在光波导中，并且受引导光的场分布的大部分处于核芯的凸脊的附近。估计场分布在光波导核芯的截面中的扩展的全宽为大约6μm便足以。场分布在其中扩展的范围(在下文中称作“安全距离范围”)是用于确定是否是其中移除虚拟图案的预定范围的指标。

在形成虚拟结构31的各个虚拟图案中，移除位于安全距离范围中的虚拟图案以防止影响通过光波导传播的受引导光。作为对照，虚拟图案被布置在离开安全距离范围的位置处。在这个示例性实施例中，虚拟图案的图案密度和蚀刻面积分别地被设计成尽可能恒定的值。

形成虚拟结构31的各个虚拟图案的形状例如被设计成矩形形状。例如，通过周期性地布置该多个虚拟图案而形成格子形虚拟结构31。形成虚拟结构31的各个虚拟图案的形状不限于矩形形状而是可以是可选的形状诸如圆形和多边形形状。

应该指出，包括该多个虚拟图案的虚拟结构关于光波导核芯的中心线(在下文中称作“核芯中心线”)被线对称地布置。其原因在于，通过关于光波导核芯对称地布置虚拟结构，在波导核芯附近的局部蚀刻条件能够被均匀化。例如，在距核芯中心线至少10μm到100μm的区域中关于光波导核芯保持虚拟结构布置的对称性是理想的。作为对照，其中用于以高精度控制受引导光的相位的需要低的区域关于光波导核芯具有虚拟结构布置的对称性是不必要的。在该区域中，可以以使得具有均匀的总体图案密度的这种方式布置形成虚拟结构的各个虚拟图案。

如上所述，在设计光波导图案的情形中，形成虚拟结构的该多个虚拟图案被布置在排除其中形成脊形光波导的核芯的凸起形状的区域和安全距离范围的区域中。在此情形中，该多个虚拟图案关于核芯中心线被线对称地布置。例如，具有其一条边长为10μm的正方形形状的虚拟图案被以15μm的相等间距布置。可以根据所使用的制造过程例如、诸如使用等离子体和蚀刻气体的干法蚀刻设备确定形成虚拟结构的各个虚拟图案的形状。

接着，将描述一种用于制造上述半导体光波导的方法。基于包括上述虚拟图案的波导图案的设计形成在用于半导体核芯层的蚀刻加工的光刻步骤中使用的光掩膜。首先，形成其中多个虚拟图案被周期性地布置在整个表面上的光掩膜数据。然后，在其中布置波导核芯图案的区域中，从光掩膜数据移除在以核芯中心线作为中心的安全距离范围中的虚拟图案。进而，在其中期望精确地控制波导的宽度的波导图案区域中，例如在距核芯中心线不小于安全距离并且距核芯中心线10μm到100μm的区域中，从光掩膜数据移除该多个已经布置的虚拟图案。然后，以此方式在光掩膜数据的区域中新布置多个虚拟图案，使其关于核芯中心线是线对称的。最后，波导核芯图案和虚拟图案在相同光掩膜数据上合成。使用使用如上所述准备的光掩膜数据生产的光掩膜在光刻步骤中在衬底上形成蚀刻掩膜，并且执行衬底的蚀刻加工等，由此生产光波导。

具体地，将第一覆层(例如，SiO₂层)和核芯层(例如，Si层)布置在衬底上，通过使用上述光掩膜的光刻步骤和蚀刻步骤，在核芯层上形成核芯图案，并且将第二覆层(例如，SiO₂层)布置在所形成的核芯图案上，由此生产根据这个示例性实施例的光波导。当使用如上所述形成的掩膜图案生产多个光波导的原型时，确认了它们的光学相位等从设计值的偏离是小的，并且它们的期望性质能够实现。

上述半导体光波导的配置和用于制造半导体光波导的方法使得能够在是用于制造光波导核芯的过程之一的蚀刻过程中抑制光波导核芯宽度的偏差和波动的发生，并且光波导的宽度以高精度形成。结果，能够使用用于制造半导体电子电路的过程一致地实现具有期望性质的半导体光波导。

接着，将描述这个示例和相关技术的对照研究的结果。相关技术的示例包括包括在所要蚀刻的晶圆表面中如在本质上必要的图案那样布置抛弃型图案(虚拟图案)的方法。在PTL 2中描述了其中设置这种抛弃型图案的示例。在根据PTL 2的干法蚀刻方法和薄膜图案中，当在玻璃衬底上形成的硅薄膜被干法蚀刻时，使用其中在整个晶圆表面之上在300μm或者更低范围内存在开口的图案。另外，描述了整个晶圆表面的蚀刻能够被一致化。当将上述相关技术原样地应用于生产硅光波导时，发生以下问题。

图6A是将相关干法蚀刻方法应用于此的半导体光波导的平面视图，并且图6B是半导体光波导的截面视图。在使用相关技术形成的虚拟半导体中，各个图案被周期性地布置在整个晶圆表面之上。作为对照，形成硅光波导结构40的核芯图案取决于光学回路的设计被布置在晶圆表面中的预定位置处。在周期性地布置的虚拟结构30中，在设计光学回路的阶段中预先移除布置在与硅光波导核芯图案重迭的区域中和硅光波导核芯图案附近的区域中的虚拟图案(图6A的虚线部分)。在此情形中，在移除之后获得的图案关于光波导的核芯中心线变得是非线对称的。

虚拟图案关于核芯中心线变得非线对称，由此允许光波导核芯附近的局部蚀刻区域是非对称的。因为由于虚拟图案的布置，晶圆表面中的图案密度被保持为大致恒定的水平，所以整个晶圆的平均蚀刻速率被保持为恒定的水平。然而，在波导核芯的附近，局部蚀刻状态被改变以从设计值改变波导图案的形状。发生了以下问题，即，由于波导图案的形状从设计值偏离，在其中要求高加工精度的区域宽的光波导中实现期望的性质是不可能的。

图7A是将相关干法蚀刻方法应用于此的另一个硅光波导的平面视图，并且图7B是硅光波导的截面视图。在图7A和图7B中，在硅光波导结构中的两个硅光波导图案40C和40D被布置在彼此的附近。在周期性地布置的虚拟结构30中，布置在与每一个光波导图案重迭的区域中和每一个光波导图案附近的区域中的虚拟图案被移除(图7A的虚线部分)。在此情形中，不在在该两个硅光波导图案40C和40D之间的区域中布置任何虚拟图案。换言之，虚拟图案仅仅被布置在光波导40D右侧上。结果，关于光波导的核芯中心线，虚拟图案被非线对称地布置。

当从周期性地布置的虚拟图案移除布置在光波导区域及其附近区域中的虚拟图案，并且关于光波导图案非对称地布置其余虚拟图案时，在光波导核芯的右侧和左侧中的蚀刻区域变得非对称。在此情形中，在波导核芯的附近，局部蚀刻状态改变，并且波导图案的形状从设计值偏离。结果，发生以下问题，即，在其中有必要以高精度控制传播光的光学相位等的光波导中实现期望的性质是不可能的。特别地，当平行地布置多个光波导时，这个问题变得显著。

如上所述，当在用于干法蚀刻相关半导体电子电路的步骤中使用的虚拟图案布置被原样地应用于制造硅光波导的过程时，实现具有反映设计的期望性质的硅光波导是不可能的。

作为对照，在这个示例性实施例中，如上所述，即使在光波导附近的区域中仍然保持了虚拟图案的对称布置。换言之，在硅光波导结构中包括的光波导图案具有线对称轴，并且虚拟图案关于光波导图案被线对称地布置。相应地，使用用于制造半导体电子电路的过程，即使对于其中要求高加工精度的区域宽的光波导，并且对于其中有必要以高精度控制传播光的光学相位的光波导，仍然能够实现期望的性质。如上所述，与相关技术相比，这个示例性实施例具有优良的效果。

(第二示例性实施例)

图2是示意根据本发明第二示例性实施例的半导体光波导的配置的平面视图。鉴于带布置在有所保持的对称性的区域中的虚拟图案的形状，在图2中示意的平面视图的配置和在图1A中示意的平面视图的配置是相互不同的。换言之，在图2中，布置在硅光波导结构40的附近的区域中的多个虚拟图案具有部分地切削的形状，由此形成伪格子形虚拟结构32。其它配置以与在图1A的半导体光波导中相同的方式形成。

换言之，如在图2中所示意地，具有部分地切削的形状的虚拟图案关于硅光波导结构40的核芯图案的中心线被线对称地布置。在这个示例性实施例中，还通过在光波导核芯附近的区域中线对称地布置虚拟图案实现了蚀刻的均匀性。

如上所述，布置在光波导附近的区域中的虚拟图案可以具有部分地切削的图案形状。由于这种虚拟图案的形状和布置，在用于蚀刻光波导核芯的过程中，保持了以高精度形成光波导。换言之，能够使用用于制造半导体电子电路的过程形成具有期望性质的半导体光波导。

(第三示例性实施例)

图3是示意根据本发明第三示例性实施例的半导体光波导的配置的平面视图。鉴于布置在硅光波导结构40附近的区域中的虚拟图案的形状，在图3中示意的平面视图的配置和在图1A中示意的平面视图的配置是相互不同的。换言之，在图3中，形成虚拟结构的虚拟图案沿着半导体光波导的核芯中心线的延长方向连续，并且不被分离。关于硅光波导结构40的核芯图案的中心线，长的虚拟结构33被线对称地布置。其它配置与在图1A中示意的配置相同。

例如，在光波导的小型化和集成设计中，产生了光波导的很多弯曲图案。当在弧形光波导图案的右侧和左侧附近布置格子形虚拟图案时，在制造过程中可以发生诸如小的图案保留的问题。以格子形状布置正方形虚拟图案是不必要的。在具有其中虚拟图案和波导图案彼此重迭的复杂形状的区域中，能够以与在波导图案的情形中类似地将虚拟图案形成为长的、并且虚拟图案的密度是恒定的这样的方式布置虚拟图案。

如上所述，在靠近波导图案的核芯中心的距离处的虚拟图案更加强烈地影响光波导的蚀刻状态。因此，例如，长的虚拟图案还能够被布置在距波导核芯中心高达大约60μm的距离内，并且格子形虚拟图案还能够被布置于在不小于60μm的距离处的区域中。关于核芯中心线线对称地在外部区域中布置格子形虚拟图案是不必要的。

通过布置长的虚拟图案，即使在以复杂形状诸如、例如三角函数或者克罗梭曲线设计的弯曲波导中，仍然能够确保关于虚拟图案的核芯中心的线对称性，并且受引导光的光学相位的控制能够得以稳定。

如上所述，能够通过在核芯中心线的方向上连续地布置各个图案而形成在光波导附近的区域中布置的虚拟图案。通过布置这种长的虚拟图案，能够在蚀刻过程中保持具有高精度的设计。换言之，能够使用用于制造半导体电子电路的过程实现具有期望性质的半导体光波导。

(第四示例性实施例)

图4是示意根据本发明第四示例性实施例的半导体光波导的配置的平面视图。鉴于光波导的数目和用于布置光波导的形式，在图4中示意的平面视图的配置和在图1A中示意的平面视图的配置是相互不同的。换言之，在图4的硅光波导结构中，在彼此相邻的两个硅光波导图案40A和40B之间的距离改变。在图4中，正方形虚拟图案被布置于在彼此相邻的该两个光波导图案40A和40B之间的区域中。其它配置与在图1A中示意的配置相同。

当平行地布置多个光波导图案时，可能要求在光波导之间不引起任何光学相差的、高精度的光学相位设计。然而，当在两个光波导之间的距离是短的时，在各个光波导中关于核芯中心线对称地布置虚拟图案是不可能的。因此，该多个光波导图案被视为一组，并且关于该组的中心线(在下文中称作“图案中心线”)，虚拟图案被布置成是线对称的。虽然与如在图1A中实现关于核芯中心线的对称性的情形相比，这种布置允许改变各个光波导的核芯形状，但是核芯形状关于图案中心线对称地在两个光波导中类似地改变，并且光学相位的改变是相同的。换言之，由于对称性，在该多个光波导之间光学相位的改变量变得相等，并且在光学相位之间无任何差异发生。相应地，在使用相对相差的光学回路诸如非对称马赫－策德尔(Mach-Zehnder)干涉仪中，能够防止性能劣化。

如上所述，在将该两个光波导40A和40B分组的情形中，在硅光波导结构之间的区域中形成虚拟结构35的多个虚拟图案关于中心线(图案中心)也被线对称地布置。结果，保持了关于光波导核芯的虚拟图案布置的对称性，并且在蚀刻时保持了面内分布。

如上所述，在改变在该两个彼此相邻的光波导图案之间的间隔时在该区域附近的区域中保持了关于分组的光波导图案的中心线的对称性。结果，在用于蚀刻光波导核芯的过程中能够保持带有高精度的设计。另外，能够使用用于制造半导体电子电路的过程实现具有期望性质的半导体光波导。

(第五示例性实施例)

图5A是示意根据本发明第五示例性实施例的硅光波导的配置的平面视图，并且图5B是硅光波导的截面视图。在图5A中示意的配置不同于在图1A中示意的配置之处在于，硅光波导不是脊型的而是沟道型的。换言之，在沿着图5A的线B-B'截取的图5B的截面视图中，光波导核芯20的截面形状不是脊形光波导的凸起形状而是沟道光波导的矩形形状。换言之，在图5B中，存在这样的区域，其中下氧化硅层11和上氧化硅层13彼此相互接触。其它配置与图1的配置相同。

在图5A和图5B中，形成格子形虚拟结构的多个虚拟图案关于硅光波导结构40的核芯中心线也被线对称地布置。如上所述，在该示例中，通过保持虚拟图案关于光波导核芯的布置对称性，还施加了降低波导核芯的布置位置的影响和降低蚀刻的局部面内分布的效果。

根据这个示例性实施例的布置图案不仅能够应用于线性光波导图案而且还能够应用于在非对称马赫－策德尔干涉仪、阵列波导光栅(AWG)、光学延迟回路、光栅、环形谐振器、光学90度混合式混频器等中的图案。应用于其中受引导光的相态重要的光波导的设计是可能的，并且能够预期呈现类似的效果。

硅光波导可以不是脊型的，而是沟道型的。虚拟图案的截面形状可以不是凸起形状而是矩形形状。如上所述，通过关于光波导图案的核芯中心线或者图案中心线线对称地布置虚拟图案，使得能够在蚀刻过程中保持带有高精度的设计。结果，能够使用用于制造半导体电子电路的过程实现具有期望性质的半导体光波导。

上述某些或者所有的示例性实施例能够被描述为以下补充性注解，但是不限于以下注解。

(补充性注解1)

一种半导体光波导，包括：

衬底；

布置在衬底上的半导体光波导结构；以及

在衬底上与半导体光波导结构分开布置的半导体虚拟结构，

其中该半导体光波导结构包括在平行于衬底的平面上的线对称图案；并且

半导体虚拟结构包括其中在平行于衬底的平面上的图案形状关于线对称图案的对称轴对称的区域。

(补充性注解2)

根据补充性注解1的半导体光波导，

其中图案形状包括周期结构。

(补充性注解3)

根据补充性注解2的半导体光波导，

其中图案形状处于其中在半导体光波导结构的附近形成图案形状的每一个图案的一部分或者整体被切削的状态中。

(补充性注解4)

根据补充性注解3的半导体光波导，其中所述附近包括其中存在通过半导体光波导结构传播的受引导光的场分布的区域。

(补充性注解5)

根据补充性注解1到4中的任何一项的半导体光波导，

其中形成半导体虚拟结构的每一个图案形状是矩形形状。

(补充性注解6)

根据补充性注解1到4中的任何一项的半导体光波导，

其中图案形状包括其中形成图案形状的每一个图案形状在沿着对称轴的方向上连续的区域。

(补充性注解7)

根据补充性注解1到6中的任何一项的半导体光波导，

其中在半导体光波导结构的形状是单一线性形状的情形中，对称轴是该线性形状的中心线。

(补充性注解8)

根据补充性注解3到5中的任何一项的半导体光波导，

其中半导体光波导结构包括多个光波导结构；并且

在该多个光波导结构之间的区域附近的图案形状包括形成图案形状的至少一个单元图案。

(补充性注解9)

一种光学通信装置，包括根据补充性注解1到8中的任何一项的半导体光波导。

(补充性注解10)

一种用于制造半导体光波导的方法，包括：

形成当半导体层被蚀刻加工时使用的掩膜图案的步骤；并且

通过使用掩膜图案蚀刻加工半导体层而形成半导体光波导结构的步骤，

其中形成掩膜图案的步骤包括以下步骤：

在所要蚀刻加工的目标区域的整个表面上布置带有周期结构的虚拟结构图案；

在目标区域上形成带有线对称轴的光波导结构图案；

允许虚拟结构图案以虚拟结构图案关于线对称轴是对称的方式与光波导结构图案重迭；并且

移除光波导结构图案附近的虚拟结构图案。

该申请要求基于在2013年12月18日提交的日本专利申请No.2013-261096的优先权，并且其全部公开在此并入本文。

工业适用性

根据本发明的半导体光波导能够应用于对其要求更高的集成度、小型化、更高的功能、更低的成本等的光学通信装置。

附图标记列表

10 硅衬底

11 下氧化硅层

12 硅层

13 上氧化硅层

20 核芯

21 平板

30 虚拟结构

31 虚拟结构

32 具有伪格子形状的虚拟结构

33 长的虚拟结构

34 格子形虚拟结构的移除痕迹

35 在硅光波导结构之间的区域中的虚拟结构

40 硅光波导结构

40A、40B、40C、40D 硅光波导图案

Claims (16)

1.一种半导体光波导，包括：

衬底；

半导体光波导结构，在所述衬底上布置；

平面区域，在所述衬底上的所述半导体光波导结构的周围形成；以及

半导体虚拟结构，在所述衬底上的所述平面区域的周围布置，并且由多个虚拟图案形成，

其中所述半导体光波导结构包括在平行于所述衬底的平面上的线对称图案；并且

所述多个虚拟图案关于所述线对称图案的对称轴被对称地布置，

其中，与所述平面区域相接触的虚拟图案包括不与所述平面区域相接触的部分地切削的虚拟图案的形状。

2.根据权利要求1所述的半导体光波导，其中所述平面区域包括在所述半导体光波导中传播的受引导光的场分布。

3.根据权利要求1所述的半导体光波导，其中所述多个虚拟图案被周期性地布置。

4.根据权利要求3所述的半导体光波导，其中通过以格子形状布置带有矩形形状的多个虚拟图案而形成所述半导体虚拟结构。

5.根据权利要求3所述的半导体光波导，其中通过以条纹形状布置在所述对称轴的纵向方向上延伸的多个长的虚拟图案而形成所述半导体虚拟结构。

6.根据权利要求1所述的半导体光波导，包括多个半导体光波导和平面区域，

其中所述多个虚拟图案关于取决于所述多个半导体光波导的中心线被对称地布置。

7.根据权利要求1所述的半导体光波导，进一步包括第二半导体虚拟结构，所述第二半导体虚拟结构在所述衬底上的所述半导体虚拟结构的外侧布置，并且由以预定密度布置的多个虚拟图案形成。

8.根据权利要求2所述的半导体光波导，其中所述多个虚拟图案被周期性地布置。

9.根据权利要求8所述的半导体光波导，其中通过以格子形状布置带有矩形形状的多个虚拟图案而形成所述半导体虚拟结构。

10.根据权利要求8所述的半导体光波导，其中通过以条纹形状布置在所述对称轴的纵向方向上延伸的多个长的虚拟图案而形成所述半导体虚拟结构。

11.根据权利要求2所述的半导体光波导，包括多个半导体光波导和平面区域，

其中所述多个虚拟图案关于取决于所述多个半导体光波导的中心线被对称地布置。

12.根据权利要求3所述的半导体光波导，包括多个半导体光波导和平面区域，

其中所述多个虚拟图案关于取决于所述多个半导体光波导的中心线被对称地布置。

13.根据权利要求2所述的半导体光波导，进一步包括第二半导体虚拟结构，所述第二半导体虚拟结构在所述衬底上的所述半导体虚拟结构的外侧布置，并且由以预定密度布置的多个虚拟图案形成。

14.根据权利要求3所述的半导体光波导，进一步包括第二半导体虚拟结构，所述第二半导体虚拟结构在所述衬底上的所述半导体虚拟结构的外侧布置，并且由以预定密度布置的多个虚拟图案形成。

15.一种光学通信装置，包括根据权利要求1所述的半导体光波导。

16.一种用于制造半导体光波导的方法，包括：

在衬底上布置第一覆层和核芯层；

通过使用预定掩膜对所述核芯层进行光刻和蚀刻而形成核芯图案；并且

在所形成的核芯图案上布置第二覆层，

其中如下形成所述掩膜：

周期性地布置多个虚拟图案；

移除以预定中心轴作为中心的安全距离范围中的虚拟图案；

关于所述中心轴，线对称地重新布置与所述安全距离范围的外侧相邻近的控制区域中的虚拟图案；并且

以所述中心轴和光波导结构图案的中心线相互一致的方式，在所述安全距离范围中形成所述光波导结构图案。