CN106662706B - 光耦合器 - Google Patents

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Abstract

本公开的实施例针对光耦合器的技术和配置。在一些实施例中，器件可包括用于发射来自光源的光输入的光波导。光波导可包括具有沟槽的半导体层，沟槽具有包含形成为低于约45度角的边缘的一个刻面和形成为基本垂直于半导体层的另一刻面。边缘可与另一介质交界以形成镜用于接收输入的光并且基本垂直地反射接收的光以传播接收的光。可描述其他实施例并且/或者要求它们的权利。

Description

光耦合器
相关申请的交叉引用
本申请要求2014年7月18日提交的名称为“光耦合器”的美国专利申请No.14/335,756的优先权，该美国专利申请的全部公开内容通过引用整体结合于此。
技术领域
本公开的实施例总地涉及光电子的领域，并且更具体地涉及用于为平面光子电路(例如在绝缘体上硅(SOI)晶片上制造的硅光子电路)提供垂直的光耦合器的技术和配置。
背景技术
基于用于有成本效率的光电子集成的平面光子电路，硅光子经常被视为最受欢迎和成功的技术平台之一。诸如激光器、调制器和检测器的基于光波导的光子器件通常在绝缘体上硅(SOI)晶片上制造。在SOI光子系统中，光通常被限制在晶片(或芯片)平面中。硅波导通常通常设计为具有亚微米截面，允许密集集成的有源和无源器件达到更高速度和更低驱动功率。由于硅和其他介质(例如，空气或玻璃)之间的高折射率对比，光离开硅芯片的数值孔径(NA)可能大于光纤的典型NA。光模转换器(OMC)通常用于改善光波导和光纤之间的光耦合。然而，现有的OMC可能不总是能提供期望的效率和/或带宽并且可能导致偏振依赖性高于期望的水平。
附图说明
通过下列具体实施方式并结合所附附图，可容易地理解实施例。为了便于该描述，同样的参考标号指定同样的结构元件。在所附附图的图中以示例方式而不以限制方式说明实施例。
图1是根据一些实施例的如本文中所描述的可包括配置有用于反射光的镜的光耦合器的光电系统的框图。
图2是描绘根据一些实施例的具有光耦合器的光模转换器(OMC)的示例光器件的框图。
图3是示出根据一些实施例的包括具有光耦合器的光模转换器的示例光器件的一部分的框图。
图4示出根据一些实施例的耦合至光耦合器的示例间隔物。
图5示出根据一些实施例的图3的光器件的波导的一部分的示例实施例的俯视图。
图6-17示意性地示出了根据一些实施例的具有成角度的反射镜的示例光耦合器的截面侧视图，显示了形成光耦合器的结构的不同阶段。
图18示意性地示出了根据一些实施例的参考图6-17所描述的用于制造光耦合器的工艺的流程图。
图19示意性地示出了根据一些实施例的包括光器件和光耦合器的示例计算设备。
具体实施方式
本公开的实施例描述了用于配置为提供与其他光器件垂直光耦合的光器件的技术和配置。该器件可包含用于发射来自光源的光输入的光波导。光波导可包括一层强化的介电材料，该层强化的介电材料具有用于接收输入的光的第一端和可包含形成为低于约45度角的边缘的第二端。边缘可与一层另一种介电材料对接以形成线形镜以基本垂直地反射接收的光来传播接收的光。波导可包括从半导体材料形成的一部分，包括用于接收光的第一区和从第一区偏移并且邻接第一区的第二区。第一区可具有面对光波导的介电部分的刻面。刻面可具有基本非线性的形状以引导被介电部分反射回的光的至少一部分远离光波导以减少背反射。波导可包括与介电部分耦合的间隔物以输出被镜反射的光。间隔物可包含具有数值孔径的值低于强化的介电材料的数值孔径的值的介电材料，以减小输出的光的数值孔径。
在另一实施例中，光器件可包含用于发射来自光源的光输入的光波导。光波导可包括具有沟槽的半导体层，沟槽具有包含形成为低于约45度角的边缘的一个刻面和形成为基本垂直于半导体层的另一刻面。边缘可与另一介质对接以形成用于接收输入的光和基本垂直地反射接收的光以传播接收的光的镜。在一些实施例中，另一介质可包含填充沟槽的空气，并且包括边缘的刻面可具有设置在刻面上的反射材料。在一些实施例中，另一介质可包含另一半导体层，并且镜可配置为提供被引导至镜的光的全内反射(TIR)基本垂直于半导体层。
在以下描述中，将使用本领域技术人员所通常使用的术语来描述示例性实现的各个方面，以向其他本领域技术人员传达它们的工作的实质。然而，对本领域技术人员将显而易见的是，仅采用所描述方面中的一些也可实施本公开的实施例。为了说明的目的，陈述具体的数字、材料和配置以提供对示例性实现的全面理解。将对本领域技术人员明显的是，没有这些具体细节也可实施本公开的实施例。在其他实例中，省略或简化已知特征以不模糊示例性实现。
在以下详细描述中，参照形成本说明书的一部分的附图，其中在全部附图中相同的标记指示相同的部件，并且在附图中以可实施本公开的主题的示例实施例的方式显示。应当理解，也可利用其它实施例，并且也可对其他实施例作出结构或逻辑的改变而不背离本公开的范围。因此，下列具体实施方式不应当被认为是限制意义的，并且实施例的范围由所附权利要求及其等效方案来定义。
为本公开之目的，短语“A和/或B”意思是(A)、(B)或(A和B)。为本公开之目的，短语“A、B、和/或C”意思是(A)、(B)、(C)、(A和B)、(A和C)、(B和C)或(A、B和C)。
说明书可使用基于视角的描述，诸如顶部/底部、内/外、上/下等等。这种描述仅用于便于讨论并且不旨在将本文所描述的实施例的应用限制在任何特定方向。
本描述可使用短语“在实施例中”或“在多个实施例中”，它们各自可表示相同或不同实施例中的一个或多个。此外，就本公开的多个实施例而言所使用的术语“包含”、“包括”、“具有”等是同义的。
本文可使用术语“与……耦合”及其派生词。“耦合”可表示以下中的一个或多个。“耦合”可表示两个或更多个元件直接物理或电气接触。然而，“耦合”还可表示两个或多个元件彼此间接接触，但仍彼此协作或交互，以及可表示一个或多个其他元件被耦合或连接在所述将彼此耦合的元件之间。术语“直接耦合”可表示两个或多个元件直接接触。
在各个实施例中，短语“在第二层上形成、沉积或以其他方式设置的第一层”，可表示第一层被形成、沉积、生长、结合或以其他方式设置在第二层之上，并且第一层的至少一部分可与第二层的至少一部分直接接触(例如，直接物理和/或电气接触)或间接接触(在第一层和第二层之间具有一个或多个其他层)。
如本申请中所使用，术语“模块”可指代执行一个或多个软件或固件程序的专用集成电路(ASIC)、电子电路、处理器(共用、专用或组)和/或存储器(共用、专用或组)、组合逻辑电路和/或提供所描述功能的其它合适的组件，或是上述组件的部分，或包括上述组件。
图1是根据一些实施例的如本文中所描述的可包括配置有设置为低于一个角度用于反射光的镜的光耦合器的光电系统100的框图。光电系统100可用于发射被数据信号经由光纤(例如，在数据中心的机架之间，或数据存储设施、数据中心等等之间的长距离)调制的光信号。
光电系统100可包括具有一个或多个光源(例如，激光器器件)104的光装置(器件)102，以提供光信号118(例如，光强不变的信号)至相应的调制器106来根据将发射的数据信号调制输入光。光源104和对应的调制器106的每个组合可包含通信信道110、112、114。调制器106可输出经调制的光信号120至复用器(未示出)，其中该信号可被输入至具有波导124和诸如垂直光耦合器(VOC)126的光耦合器的光模转换器(OMC)170。可替代地，来自通信信道110、112和114的信号(例如，120)可被直接地输入至OMC 170。
具有耦合器126的OMC170可提供从信道110、112、114到光通信信道(例如，光纤线缆或可包括跟随有纤维的耦合光器件的其他配置)130的接口，并且可配置为将光信号127传输至光通信信道130，以被另一光器件134接收。在多个实施例中，光波导124可包含基于绝缘体上硅(SOI)的光波导。具有镜150的光耦合器126可配置为将传播穿过波导124到信号127内的光信号122变形以与光通信信道130耦合，如下文更全面地描述的。在一些实施例中，具有镜150的光耦合器126可配置为经由光通信信道130将来自光器件134的光信号128输入经由波导124耦合至光器件102中。
图2是根据一些实施例的更详细描绘了具有光耦合器的光模转换器(OMC)270(例如，类似于OMC 170)的示例光器件202(类似于器件102)的框图200。如所示，OMC 270可包括光耦合器226(例如，类似于VOC 126)。在一个实施例中，光耦合器226可包括具有镜250的光波导224。根据一些实施例，OMC 270可被耦合至光子器件，例如在波导224的第一端204的光器件202(类似于器件102)。镜250可被形成(例如，被切、刻蚀等等)为在波导224的第二端205的确定的角度(下文中“成角度的”)，如将参考图3描述的。在一些实施例中，可使用互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺制造镜250。
在一些实施例中，波导224的第二端205可具有角度大于形成镜250的临界角度的成角度的切口，以在几乎垂直于波导平面的方向使用全内反射(TIR)反射光240，如反射光242指示的，以进入光纤230(例如，类似于图1的光纤线缆130)，因此表现宽带响应。在一些实施例中，OMC 270可被设置在衬底282上，并且可被包括在包括OMC 270的光器件202中。
图3是示出根据一些实施例的包括具有光耦合器的光模转换器的示例光器件202的部分300的框图。参考通过图2和3中相同的附图标记表示的OMC 270部件提供图3的描述。
在一些实施例中，光波导224可包括从设置在衬底282上的富集的介电材料形成的部分304。如上所述，波导224可具有用于接收来自器件202的光204的第一端204，和可包含形成为低于约45度角的边缘从而形成镜250的第二端205。因此，由虚线表示的波导224的部分304的至少一部分可包含光耦合器226。
在一些实施例中，镜250可配置为通过包括至少波导224(包括第二端205)的部分304的介电材料和另一介质360(例如另一介电材料)之间的全内反射(TIR)垂直地(例如，几乎为直角)反射光240至光波导224中的光传播的方向。
在一些实施例中，另一介质360的介电材料(例如，第一介电材料)可具有低于波导224的部分的介电材料的折射率，以在两种介电材料之间提供TIR。在一些实施例中，第一介电材料可包含至少其中之一：二氧化硅(SiO2)、三氧化二铝(Al2O3)、氧化铪(HfO2)或其他介电材料。光波导224的部分304可由具有折射率在1.45到3.45的范围中的第二介电材料制成，例如其中之一：氮化硅(Si3N4)、氮氧化硅(SiON)、聚酰亚胺或基于环氧树脂的负型光致抗蚀剂SU8。在一些实施例中，可使用诸如从硅烷(SiH4)、三氯硅烷(SiHCl3)或四甲基硅烷(Si(CH3)4)中选择的一个硅添加剂加强部分304的介电材料。一般而言，不同类型的材料可用于确保来自波导224的内部的45度角的切口的TIR的第一和第二介电材料。
因此，镜250可由包含波导224的部分的第二介电材料和包含另一介质360的第一介电材料的交界面形成。在一些实施例中，成角度的切口的角度可以大于TIR角度。在一些实施例中，成角度的切口的角度可以是约为45度，以引起波导224和另一介质(例如，如上所述的第一介电材料)之间的TIR。这可允许入射至切口的反射光242在约90度角约为100％反射。在一些实施例中，几乎45度角的切口可包含负45度角的切口。
波导224可包括沉积在包含第二端205的波导224的一部分上的抗反射涂层(ARC)层306，如所示。ARC层306可沉积在波导224上以减少从镜250输出的光的反射。在一些实施例中，ARC层306可以是氧化物-ARC层。在这种实施例中，ARC层306可包含沉积在波导224的上表面的一层薄的氧化物。ARC层306可减少由于在波导224和另一介质的交界面的菲涅耳反射引起的光损耗(包括返回损耗)。在其他实施例中，由于光在大约垂直于在波导224中的光的传播方向的角度离开波导224，其他材料可用于ARC层306以抵消和/或减少来自45度镜250的任何光的反射。在一些实施例中，波导224可进一步包括至少部分地设置在ARC层306之上的间隔物336。间隔物336可能从部分304偏移确定的距离，如参考图4更详细地描述的。
如上文中所简要地讨论的，波导224可包括另一波导，另一波导可以是具有上(第一)区362和下(第二)区364的半导体波导。在一些实施例中，半导体波导的下区可与部分304耦合，而半导体波导的上区可接收来自光子器件202的光并且将接收的光向下推至下区。
因此，波导224可包括部分314以接收来自光源(器件202)的光240，其中部分314可由半导体材料(例如，硅)形成并且与第一端204附近的部分304耦合。部分314可包括第一区316用于接收光，以及与第一区316耦合的第二区318用于接收来自第一区316的光并且向部分304提供接收的光。第二区318可从第一区316偏移并且邻接第一区316，如所示。
第一区316可包括至少一个半导体层317(例如，硅)。层317可具有面向光波导224的部分304的端330的至少一个刻面320。在一些实施例中，刻面320可具有基本非线性形状以引导由刻面320反射回的光的至少一部分远离光波导224，以减少接收的光的返回损耗。参考图5更详细地描述具有刻面320的层317的示例配置。
在一些实施例中，波导224的第二区318可包括在光传播的方向中倒置的锥形化端324以输出接收的光，其中波导224的倒置的锥形化端324可在第一端204周围放置于部分304内部。这种放置倒置的锥形化端324的一个目的可能是在期望的光损耗下引导光从器件202至部分304。
在一些实施例中，第一区316可具有短于第二区318的长度(在光传播的方向中)的长度(在光传播的方向中)。在其他实施例中，第一区316可具有等于或大于第二区318的长度的长度(在光传播的方向中)。
如已知，诸如器件202的光器件输出的光的数值孔径可能取决于波导224的几何形状。输出光的数值孔径可能与包含如上所述加强的第二介电材料的波导224的部分304的厚度有关。在一些实施例中，波导224的部分304的厚度可包含约4微米，其可允许数值孔径减小(例如，至约0.35)。
数值孔径还可取决于镜250的表面的形状。镜250的线性表面可有助于减小输出光的数值孔径。线性化镜表面可使数值孔径为约0.3。
在一些实施例中，可通过将间隔物(例如间隔物336)与波导224集成来进一步减小数值孔径，如参考图3简要地描述的。在一些实施例中，间隔物可包含具有折射率值低于波导224的部分304的折射率值的第三介电材料(例如，氧化物)。
图4示出了根据一些实施例的耦合至诸如耦合器226的光耦合器的示例间隔物436(类似于图3的间隔物336)。间隔物436相对于部分304的几何形状(例如高度和宽度)和空间位置可被设置为这样以将数值孔径减少至约0.2。例如，间隔物436可以部分地设置(例如，末端耦合)在部分304上并且从部分304偏移范围为从0到0.6微米的距离O。间隔物436的高度h可以是约为5微米，而间隔物436的宽度W可对应于部分304的高度H，其可以是约为2.5微米。因此，间隔物436的宽度W的范围可以从H+0.5至H+1.75微米。在图4中示出的示例中，间隔物436的偏移O是0.35微米，高度h是5微米，而宽度W是H+1.25微米。一般而言，间隔物436的几何参数和其相对于部分304的布置可具有不同的值，其组合可提供数值孔径的减小。
再次参考图3，被引导至波导224内的光240的至少一部分可能被波导224的刻面320反射回。在一些实施例中，背反射的光可影响光源的稳定性。为了减少波导224引起的光的背反射，波导224可配置为引导反射光的至少一部分远离波导。例如，如参考图3简要地描述的，面向光波导224的部分304的端330的波导224的半导体层317的刻面320可配置为将光反射远离波导224。
图5示出了根据一些实施例的波导224的部分314的示例实施例的俯视图500。如前所述，部分314包括具有一个或多个(例如，两个)刻面320的层317。在一些实施例中，刻面320可具有基本非线性(例如，弯曲的或圆形的)形状以引导由刻面320反射回的光530的至少一部分远离光波导224，以减少接收的光的返回损耗。
再次参考图3，与可提供用于由电介质和空气的常规界面形成的镜的TIR的此类常规界面截然不同，通过使部分304的端205与可以是介电材料的另一介质360交界，可提供镜250的期望的机械稳定性。因此，包含波导224的部分304的介电材料(第二介电材料)的折射率可相对于包含介质360的第一介电材料的折射率增大以确保TIR效应。在一些实施例中，可富集第二介电材料以增大其折射率。如上所述，可使用诸如从硅烷(SiH4)、三氯硅烷(SiHCl3)、四甲基硅烷(Si(CH3)4)或另一加强的介电材料中选择的一个硅添加剂来富集第二介电材料。在一些实施例中，富集第二介电材料可使材料的折射率为2.6，其可为由第一和第二介电材料(例如，富硅氮氧化物界面)的界面形成的镜250确保TIR条件。
具有本文中所述的成角度的反射镜的光耦合器可在多个不同的光器件中采用。除了如上所述的实施例或替代如上所述的实施例，类似于如上所述垂直耦合配置的垂直耦合配置可用于将光耦合进或耦合出具有约4微米至30微米厚度的SOI波导。垂直耦合可用于使能晶片级测试，其是对于大批量制造的关键要求。
图6-17根据一些实施例示意性地示出了显示形成光耦合器的结构的不同阶段的具有成角度的反射镜的示例光耦合器的截面侧视图。更具体地，图6-17示出了根据一些实施例的适于形成光耦合器的结构的示例制造操作。为了简明的目的，多个图中显示的光耦合器的结构部件(例如，结构的层)将在它们出现的第一幅图中被描述和编号，并且在随后的图中被参考。
图6-12示出了根据一些实施例的示例光耦合器。参考图6，描绘了在提供包含埋入氧化物(BOX)层602、半导体层(例如，外延硅层)604以及覆盖在半导体层604之上的中间介电层(IDL)606的SOI晶片之后的光耦合器600。在一些实施例中，BOX层602可设置在衬底上(为了简明的目的未示出)。
在图7中，描绘了在例如经由光刻或干法刻蚀提供IDL 606中的开口702之后的光耦合器600。
在图8中，描绘了在提供延伸穿过IDL 606进入半导体层604的沟槽802之后的光耦合器600。沟槽可具有一个刻面804，刻面804包含形成为低于约45度角的边缘以耦合可被基本垂直于层602、604、606的平面输入至SOI波导内的光。另一刻面806可形成为基本垂直于半导体层604。边缘可由例如灰度光刻和干法刻蚀定义。
在图9中，在将抗反射涂层(ARC)902设置在沟槽802内部、至少在包含参考图8所描述的边缘的刻面804上之后描绘了光耦合器600。更具体地，用作ARC的SiN或SiON可完全覆盖地设置在刻面804上。
在图10中，描绘了在将反射材料1002设置为至少在包含参考图8所描述的边缘的刻面804上、并在ARC 902之上之后的光耦合器600。例如，可在刻面804上提供用作高反射涂层(HRC)的铝(Al)或其他反射材料的毯覆式沉积，如所示。
在图11中，在刻蚀(例如，湿法刻蚀)反射材料1002以在刻面804上定义HRC区1102并且暴露刻面806上的ARC区1104之后描述光耦合器600。现在可使能垂直耦合配置。例如，被引导在由HRC区1102和填充沟槽802的空气的界面形成的镜1108的光1106可由镜1108基本垂直地接收和反射以传播接收的光1106为沿着耦合至光耦合器600的波导的反射光1110。
在一些实施例中，可采取进一步的步骤以使用光耦合器600提供水平耦合。在图12中，描绘了在划割包含光耦合器600的结构的晶片的部分1112(图11中示出的)而保持ARC区1104完整之后的光耦合器600。因此，可使能水平耦合，其中基本平行于光耦合器600的层被引导的光可如箭头1202所指示沿着波导传播。
图13-17示出了根据一些实施例的另一示例光耦合器。
参考图13，在提供包含埋入氧化物(BOX)层1302、半导体层(例如，外延硅层)1304以及在半导体层1304之上的介电涂层(例如，硅氧化层)1306的SOI晶片之后描绘了光耦合器1300。在一些实施例中，BOX层1302可设置在衬底1310之上。如所示，可提供类似于参考图6-12描述的沟槽的沟槽1312，延伸至半导体层1304内。更具体地，可刻蚀包含形成为低于约45度角的边缘的刻面1320，并且可形成基本垂直于半导体层1304的另一刻面1322。形成刻面1320的边缘可与另一介质交界以形成镜以接收输入至光装置内的输入光并且基本垂直地反射接收的光以传播接收的光。
可与图10中描绘的光耦合器600的实施例类似地提供图13中描绘的光耦合器1300，除了代替反射材料，可提供介电涂层1306以至少部分地覆盖沟槽1312。
在图14中，描绘了在另一半导体层1402设置在介电涂层1306之上以填充沟槽之后的光耦合器1300。在一些实施例中，半导体层1402(例如，多晶硅)可外延地生长在介电涂层1306之上。例如，硅烷可用于作为籽晶层，而温度生长可用于外延地生长半导体层。因此，镜1404可由设置在成角度的刻面1320上的介电涂层1306和设置在介电涂层1306之上的半导体层的界面形成。形成的镜1404可提供引导至镜1404的光的基本垂直于半导体层1304的全内反射。
在图15中，描绘了在为包括沟槽1312内部的镜1404的区1502提供保护之后的光耦合器1300。例如，光刻可用于为包括在沟槽1312内部的镜1404的区1502之上的膜或其他涂层形成图案。
在图16中，描绘了在刻蚀(例如，干法刻蚀)涂层1504和半导体层1304以移除过量的半导体层1402(例如，多晶硅)之后的光耦合器1300。
在图17中，描绘了在提供精加工(例如，使区1502周围的表面1702变平滑)之后的光耦合器1300。例如，化学机械抛光(CMP)可用于使区1502的表面1702平滑。
参考图15-17描述的操作是可选的。操作的目的可以是提供介电涂层和半导体层的界面。因此，可通过抛光区1502周围的表面1702或其他类似的操作来替换或添加图15-17的操作。
作为参考图13-17描述的操作的结果，镜可由包括与另一介质半导体层交界的介电涂层的边缘形成，以接收输入的光并且基本垂直地反射接收的光以传播接收的光。由如上所述的操作形成的成角度的镜可提供被引导至镜的光的基本垂直于半导体层的全内反射(TIR)。
如上所述的光耦合器1300的一个实施例可提供在期望水平的光损耗，因为引导至耦合器的光可在被定义的波导结构而不是自由空间(参考图6-12所描述的在实施例中由作为界面介质的空气提供的)内行进。由于镜提供的全内反射(TIR)结构，还可提供在期望水平的对未对准的容忍。并且，由于使器件的表面平滑到约是平的状态，可简化关于提供如所述具有的光耦合器的光器件的结构(例如，芯片上的结构)的随后的过程，包括半导体工艺和封装工艺。
图18示意性地示出了根据一些实施例的参考图6-17所描述的用于制造光耦合器的工艺1800的流程图。
在一些实施例中，工艺1800可与和图6-17有关的描述的动作一致。
在1802，工艺1800可包括提供用于光装置的光波导的半导体层以形成光耦合器。在1802之前，工艺1800可包括提供衬底、在衬底上沉积埋入氧化物(BOX)层并且在BOX层上沉积半导体层。在一些实施例中，可在半导体层上沉积中间介电层。1802的动作可对应于参考图6和/或13所描述的动作。
在1804，工艺1800可进一步包括在半导体层中设置沟槽，类似于图7、8和/或13所描述的动作。
在1806，工艺1800可进一步包括将沟槽的刻面形成为低于约45度角的边缘，类似于图8和13所描述的动作。
在1808，工艺1800可进一步包括提供边缘与另一介质的界面以形成成角度的镜，如参考图9-11和/或13所描述的。
在1810，工艺1800可进一步包括对于在1802-1808执行的动作可选地、可替代地或附加地在必要时执行其他动作。例如，动作可包括参考图9-12和/或14-17所描述的动作。
以最有助于理解所要求保护的主题的方式将多个操作描述为按顺序的多个分立的操作。然而，不应将描述的顺序理解成暗示这些操作是必定是依赖顺序的。可在使用任何合适硬件和/或软件按需配置的系统中实现本公开的实施例。
图19示出了根据各种实施例的适于与图1的各种部件(例如图1的包括具有光耦合器126和镜150的光器件102的光电系统100)使用的示例计算设备1900。如所示，计算机设备1900可包括一个或多个处理器或处理器核1902以及系统存储器1904。出于本申请包括权利要求书的目的，可认为术语“处理器”和“处理器核”是同义的，除非上下文另外清楚地作出要求。处理器1902可包括任意类型的处理器，例如中央处理单元(CPU)、微处理器等等。处理器1902可实现为具有多核的集成电路，例如，多核微处理器。计算设备1900可包括大容量存储设备1906(例如磁盘、硬驱动器、易失性存储器(例如，动态随机存取存储器(DRAM)、紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能盘等等))。一般而言，系统存储器1904和/或大容量存储设备1906可以是任意类型的暂时的和/或永久的存储，包括但不限于，易失性和非易失性存储器、光的、磁的和/或固态大容量存储等等。易失性存储器可包括但不限于静态和/或动态随机存取存储器。非易失性存储器可包括但不限于电可擦除可编程只读存储器、相变存储器、电阻存储器等等。
计算设备1900可进一步包括输入/输出设备1908(诸如显示器(例如触摸屏显示器)、键盘、光标控制、远程控制、游戏控制器、图像捕捉设备等等)和通信接口1910(诸如网络接口卡、调制解调器、红外接收机、无线电接收机(例如，蓝牙)等等)。
通信接口1910可包括通信芯片(未示出)，通信芯片可配置为根据全球移动通信系统(GSM)、通用分组无线业务(GPRS)、通用移动电信系统(UMTS)、高速分组接入(HSPA)、演进的HSPA(E-HSPA)或长期演进(LTE)网络操作设备1900。通信芯片还可配置为根据用于GSM演进的增强型数据(EDGE)、GSM EDGE无线电接入网络(GERAN)、通用陆地无线电接入网络(UTRAN)或演进的UTRAN(E-UTRAN)操作。通信芯片可配置为根据码分多址(CDMA)、时分多址(TDMA)、数字增强型无绳电信(DECT)、演进数据优化(EV-DO)、它们的衍生物以及被指定为3G、4G、5G及以上的任何其他无线协议操作。在其他实施例中，通信接口1910可根据其他无线协议操作。
可经由系统总线1912(其可表示一个或多个总线)将如上所述的计算设备1900元件彼此耦合。在多个总线的情况下，可由一个或多个总线桥(未示出)来桥接它们。这些元件中的每一个可执行其本领域中已知的常规功能。具体而言，可采用系统存储器1904和大容量存储设备1906为计算机系统1900的各种部件的操作存储编程指令的工作副本和永久副本，包括但不限于图1的光器件102、计算机系统1900的操作系统和/或一个或多个应用的操作。可由处理器1902支持的汇编程序指令或可被编译成此类指令的高阶语言来实现各种元件。
可通过诸如紧凑盘(CD)的分发介质(未示出)或通过通信接口1910(来自分布式服务器(未示出))来将编程指令的永久副本放置在工厂或现场的大容量存储设备1906中。即，可采用具有代理程序的实现的一个或多个分发介质来分发代理并且对各计算设备编程。
元件1908、1910、1912的数量、能力和/或容量可变化，取决于计算设备1900是否用作诸如机顶盒或台式计算机的固定计算设备或诸如平板计算设备、膝上型计算机、游戏控制台或智能电话的移动计算设备。它们的构造以其他方式已知，并且因此将不进一步描述。
在多个实施例中，存储器1904可包括配置为实施多个实施例的方面的计算逻辑1922，例如参考图1-18所描述的那些有关的光器件102和光耦合器126。对于一些实施例，处理器1902的至少一个与配置为实施本文中所描述的多个实施例的方面的计算逻辑1922封装在一起以形成系统级封装(SIP)或片上系统(SoC)。
计算设备1900可包括或以其他方式与实现光器件102的方面的诸如系统100的光电系统相关联，光器件102包括如上所述的光耦合器126(226)，尤其是参考图2-18所描述的光耦合器的实施例。在一些实施例中，光电系统100(例如光器件102)的至少一些部件可被通信地与计算设备1900耦合和/或被包括进计算设备1900部件的一个或多个(例如通信接口1910)中。
在各种实现中，计算设备1900可包含数据中心、膝上型计算机、上网本、笔记本、超级本、智能电话、平板、个人数字助理(PDA)、超移动PC、移动电话或数码相机的一个或多个部件。在进一步的实现中，计算设备1900可以是处理数据的任何其他电子设备。
根据各种实施例，本公开描述了多个示例。示例1是一种光装置，包括：用于发射来自光源的光输入的光波导，其中光波导包括一层第一介电材料以及第一和第二部分，其中第一部分用于接收来自光源的光，而第二部分由具有第一端以接收输入的光和包括形成为低于约45度角的边缘的第二端的第二介电材料制成，其中边缘与第一介电材料层交界以形成镜，以用于基本垂直地反射接收的光以传播接收的光。
示例2可包括示例1的主题，并且进一步详细描述第一部分由半导体材料制成并且在第一部分的第一端处与第二部分耦合，其中第一部分包括：用于接收光的第一区；以及与第一区耦合用于接收来自第一部分的第一区的光的第二区，其中第二区从第一区偏移并且邻接第一区；其中第一区具有至少一个面向光波导的第二部分的刻面，其中刻面具有基本非线性的形状以引导被第二部分反射回的光的至少一部分远离光波导。
示例3可包括示例2的主题，并且进一步详细描述非线性的形状包括基本弯曲的形状。
示例4可包括示例1的主题，并且进一步详细描述形成的镜包括基本线性的表面。
示例5可包括示例1的主题，并且进一步详细描述第二部分由具有约2.5微米的厚度的第二介电材料的层制成。
示例6可包括示例1的主题，并且进一步详细描述光装置进一步包括与第二部分耦合的间隔物以输出被镜反射的光，其中间隔物包括具有小于第二部分的第二数值孔径值的第一数值孔径值的第三介电材料。
示例7可包括示例6的主题，并且进一步详细描述间隔物部分地设置在第二部分上并且从第二部分偏移从0到0.6微米的距离。
示例8可包括示例7的主题，并且进一步详细描述间隔物具有约5.0微米的高度和对应于第二介电材料的厚度的宽度。
示例9可包括示例1的主题，并且进一步详细描述第二介电材料包括使用硅添加剂富集的氮化硅(Si3N4)、氮氧化硅(SiON)或聚酰亚胺之一，其中添加剂从以下之一选择：硅烷(SiH4)、三氯硅烷(SiHCl3)或四甲基硅烷(Si(CH3)4)。
示例10可包括示例1的主题，并且进一步详细描述第一部分包括半导体材料。
示例11可包括示例1至10任一项的主题，并且进一步详细描述第一介电材料从至少以下一个中选择：二氧化硅(SiO2)、三氧化二铝(Al2O3)或氧化铪(HfO2)。
示例12可包括示例1至10任一项的主题，并且进一步详细描述由第一和第二介电材料的界面形成的镜用于提供反射光的全内反射(TIR)。
示例13可包括示例1的主题，并且进一步详细描述光源与装置光耦合并且包括激光器。
示例14是一种光装置，包括：用于发射来自光源的光输入的光波导，其中光波导包括半导体层，半导体层具有沟槽，沟槽具有包括形成为低于约45度角的边缘的一个刻面和形成为基本垂直于半导体层的另一刻面，其中边缘与另一介质交界以形成镜，以用于接收输入的光并且基本垂直地反射接收的光以传播接收的光。
示例15可包括示例14的主题，并且进一步详细描述光装置进一步包括：衬底；设置在衬底上的埋入氧化物(BOX)层，其中半导体层设置在BOX层上；以及设置在半导体层上的中间介电层，其中沟槽延伸穿过中间介电层进入半导体层。
示例16可包括示例15的主题，并且进一步详细描述另一介质包括填充沟槽的空气，其中光装置进一步包括至少设置在包括边缘的一个刻面上的反射材料。
示例17可包括示例16的主题，并且进一步详细描述装置进一步包括至少设置在沟槽内部的抗反射涂层，其中反射材料设置在抗反射涂层之上。
示例18可包括示例15的主题，并且进一步详细描述光装置进一步包括：至少设置在沟槽内部的介电涂层；以及设置在介电涂层之上用于填充沟槽的另一半导体层；其中另一介质包括另一半导体层，并且其中形成的镜用于提供被引导至镜的光的基本垂直于半导体层的全内反射(TIR)。
示例19可包括示例18的主题，并且进一步详细描述半导体层包括硅(Si)并且另一半导体层包括多晶硅。
示例20是一种形成光装置的光波导的方法，包括：为光波导提供半导体层；以及在半导体层内部设置沟槽，设置包括刻蚀包括形成为低于45度角的边缘的一个刻面和形成为基本垂直于半导体层的另一刻面，边缘与另一介质交界以形成镜，以用于接收输入的光输入至所述光装置内并且基本垂直地反射接收的光以传播接收的光。
示例21可包括示例20的主题，并且进一步详细描述方法进一步包括：在提供半导体层之前提供衬底；以及在衬底上沉积埋入氧化物(BOX)层，其中半导体层被设置在BOX层上。
示例22可包括示例21的主题，并且进一步详细描述设置沟槽进一步包括：在半导体层上沉积中间介电层；以及刻蚀中间介电层以将沟槽设置在半导体层中。
示例23可包括示例22的主题，并且进一步详细描述方法可进一步包括在沟槽内部设置抗反射涂层；以及在包括边缘的刻面上、在抗反射涂层之上沉积反射材料，其中另一介质包括填充沟槽的空气。
示例24可包括示例21的主题，并且进一步详细描述方法可进一步包括在沟槽内部设置介电涂层；以及在介电涂层之上沉积另一半导体层以填充沟槽。
示例25可包括示例24的主题，并且进一步详细描述另一介质包括另一半导体层，并且形成的镜用于提供被引导至镜的光的全内反射(TIR)。
各个实施例可包括上述实施例以及以上以联合形式(和)描述的实施例的替代(或)实施例的任何适当的组合(例如“和”可以是“和/或”)。此外，一些实施例可包括具有存储在其上的指令的一个或多个制品(非瞬态计算机可读介质)，这些指令当执行时产生以上描述的实施例中的任何一个动作。此外，一些实施例可包括具有用于执行上述实施例的各种操作的任何合适装置的装置或系统。
所示出的实现的以上描述(包括摘要中描述的内容)不旨在穷举或将本公开的实施例限制为所公开的精确形式。虽然为了说明目的在本文中描述了具体实现和示例，但如相关领域技术人员将认识到的，在本公开的范围内有许多等效修改是可能的。
鉴于以上详细描述，可对本公开的实施例进行这些修改。所附权利要求中使用的术语不应当解释为将本公开的各个实施例限制为说明书和权利要求书中公开的特定实现。相反，本发明的范围完全由所附权利要求书确定，所附权利要求书将根据已确立的权利要求解释原则来解释。

Claims (24)

1.一种光装置，包括：
光波导，用于发射来自光源的光输入，其中所述光波导包括第一介电材料层以及第一和第二部分，其中所述第一部分用于接收来自所述光源的光，而所述第二部分由具有用于接收输入的光的第一端和包括形成为低于45度角的边缘的第二端的第二介电材料制成，其中所述边缘与所述第一介电材料层交界以形成镜，以用于垂直地反射接收的光以传播所述接收的光；以及
与所述第二部分耦合的间隔物，用于输出被所述镜反射的光以及用于进一步减小数值孔径，其中所述间隔物包括具有小于所述第二部分的第二数值孔径值的第一数值孔径值的第三介电材料。
2.如权利要求1所述的光装置，其特征在于，所述第一部分由半导体材料制成并且在所述第一部分的所述第一端处与所述第二部分耦合，其中所述第一部分包括：
第一区，用于接收光；以及
第二区，与所述第一区耦合，用于接收来自所述第一部分的所述第一区的光，其中所述第二区从所述第一区偏移并且邻接所述第一区；
其中所述第一区具有至少一个面向所述光波导的所述第二部分的刻面，其中所述刻面具有非线性的形状以引导被所述第二部分反射回的光的至少一部分远离所述光波导。
3.如权利要求2所述的光装置，其特征在于，所述非线性的形状包括弯曲的形状。
4.如权利要求1所述的光装置，其特征在于，形成的镜包括线性的表面。
5.如权利要求1所述的光装置，其特征在于，所述第二部分由具有2.5微米的厚度的所述第二介电材料的层制成。
6.如权利要求5所述的光装置，其特征在于，所述间隔物部分地设置在所述第二部分上并且从所述第二部分偏移从0到0.6微米的距离。
7.如权利要求6所述的光装置，其特征在于，所述间隔物具有5.0微米的高度和对应于所述第二介电材料的厚度的宽度。
8.如权利要求1所述的光装置，其特征在于，所述第二介电材料包括使用硅添加剂富集的氮化硅(Si3N4)、氮氧化硅(SiON)或聚酰亚胺之一，其中添加剂从以下之一选择：硅烷(SiH4)、三氯硅烷(SiHCl3)或四甲基硅烷(Si(CH3)4)。
9.如权利要求1所述的光装置，其特征在于，所述第一部分包括半导体材料。
10.如权利要求1至9任一项所述的光装置，其特征在于，所述第一介电材料从至少以下一个中选择：二氧化硅(SiO2)、三氧化二铝(Al2O3)或氧化铪(HfO2)。
11.如权利要求1至9任一项所述的光装置，其特征在于，由所述第一和第二介电材料的界面形成的镜用于提供所述反射光的全内反射(TIR)。
12.如权利要求1所述的光装置，其特征在于，所述光源与所述装置光耦合并且包括激光器。
13.一种光装置，包括：
光波导，用于发射来自光源的光输入，其中所述光波导包括半导体层，所述半导体层具有沟槽，所述沟槽具有包含形成为低于45度角的边缘的一个刻面和形成为垂直于所述半导体层的另一刻面，其中所述边缘与另一介质交界以形成镜，以用于接收输入的光并且垂直地反射接收的光以传播所述接收的光；以及
与所述光波导耦合的间隔物，用于输出被所述镜反射的光以及用于进一步减小数值孔径，其中所述间隔物包括具有小于所述光波导的数值孔径值的数值孔径值的介电材料。
14.如权利要求13所述的光装置，进一步包括：
衬底；
埋入氧化物(BOX)层，设置在所述衬底上，其中所述半导体层设置在所述BOX层上；以及
中间介电层，设置在所述半导体层上；
其中所述沟槽延伸穿过所述中间介电层进入所述半导体层。
15.如权利要求14所述的光装置，其特征在于，所述另一介质包括填充所述沟槽的空气，其中所述光装置进一步包括至少设置在包括所述边缘的所述一个刻面上的反射材料。
16.如权利要求15所述的光装置，其特征在于，所述装置进一步包括至少设置在所述沟槽内部的抗反射涂层，其中所述反射材料设置在所述抗反射涂层之上。
17.如权利要求14所述的光装置，进一步包括：
介电涂层，至少设置在所述沟槽内部；以及
另一半导体层，设置在所述介电涂层之上用于填充所述沟槽；
其中所述另一介质包括所述另一半导体层，以及
其中形成的镜用于提供被引导至所述镜的光的垂直于所述半导体层的全内反射(TIR)。
18.如权利要求17所述的光装置，其特征在于，所述半导体层包括硅(Si)并且所述另一半导体层包括多晶硅。
19.一种形成光装置的光波导的方法，包括：
为所述光波导提供半导体层；以及
在所述半导体层内部设置沟槽，所述设置包括刻蚀包括形成为低于45度角的边缘的一个刻面和形成为垂直于所述半导体层的另一刻面，所述边缘与另一介质交界以形成镜，以用于接收输入的光输入至所述光装置内并且垂直地反射接收的光以传播所述接收的光；
其中间隔物被耦合至所述光波导，用于输出被所述镜反射的光以及用于进一步减小数值孔径，其中所述间隔物包括具有小于所述光波导的数值孔径值的数值孔径值的介电材料。
20.如权利要求19所述的方法，进一步包括：
在提供半导体层之前，
提供衬底；以及
在所述衬底上沉积埋入氧化物(BOX)层，
其中所述半导体层被设置在所述BOX层上。
21.如权利要求20所述的方法，其特征在于，设置沟槽进一步包括：
在所述半导体层上沉积中间介电层；以及
刻蚀所述中间介电层以将所述沟槽设置在所述半导体层中。
22.如权利要求21所述的方法，进一步包括：
在所述沟槽内部设置抗反射涂层；以及
在包括所述边缘的所述刻面上、在所述抗反射涂层之上沉积反射材料，其中所述另一介质包括填充所述沟槽的空气。
23.如权利要求20所述的方法，进一步包括：
在所述沟槽内部设置介电涂层；以及
在所述介电涂层之上沉积另一半导体层以填充所述沟槽。
24.如权利要求23所述的方法，其特征在于，所述另一介质包括所述另一半导体层，并且其中形成的镜用于提供被引导至所述镜的光的全内反射(TIR)。
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