CN107077014A - 光学衰减器及其制造方法 - Google Patents

光学衰减器及其制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107077014A
CN107077014A CN201680002904.5A CN201680002904A CN107077014A CN 107077014 A CN107077014 A CN 107077014A CN 201680002904 A CN201680002904 A CN 201680002904A CN 107077014 A CN107077014 A CN 107077014A
Authority
CN
China
Prior art keywords
optical attenuator
facet
passage
optical
longitudinal axis
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201680002904.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107077014B (zh
Inventor
约瑟夫·卢克·帕特瑞克·杜麦思
德瑞坦·瑟娄
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Huawei Technologies Co Ltd
Original Assignee
Huawei Technologies Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Huawei Technologies Co Ltd filed Critical Huawei Technologies Co Ltd
Publication of CN107077014A publication Critical patent/CN107077014A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107077014B publication Critical patent/CN107077014B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/241—Light guide terminations
    • G02B6/243—Light guide terminations as light absorbers
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/122—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/122—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
    • G02B6/125—Bends, branchings or intersections
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/13—Integrated optical circuits characterised by the manufacturing method
    • G02B6/131—Integrated optical circuits characterised by the manufacturing method by using epitaxial growth
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/13—Integrated optical circuits characterised by the manufacturing method
    • G02B6/132—Integrated optical circuits characterised by the manufacturing method by deposition of thin films
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/13—Integrated optical circuits characterised by the manufacturing method
    • G02B6/134—Integrated optical circuits characterised by the manufacturing method by substitution by dopant atoms
    • G02B6/1347—Integrated optical circuits characterised by the manufacturing method by substitution by dopant atoms using ion implantation
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/13—Integrated optical circuits characterised by the manufacturing method
    • G02B6/136—Integrated optical circuits characterised by the manufacturing method by etching
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B2006/12083—Constructional arrangements
    • G02B2006/12126—Light absorber
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B2006/12133—Functions
    • G02B2006/12157—Isolator
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/0256—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by the material
    • H01L31/0264—Inorganic materials
    • H01L31/028—Inorganic materials including, apart from doping material or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic Table
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
    • H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
    • H01L31/101—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
    • H01L31/102—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier
    • H01L31/103—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier being of the PN homojunction type
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)

Abstract

一种光学衰减器和/或光学终止器(100‑500)，包括具有两个区域的光学通道(101、401)，所述两个区域具有不同的光学性质，例如光学吸收性较小的未掺杂硅区域和光学吸收性较大的掺杂硅区域。也可使用其它材料。两个区域之间的界面处的小平面(122‑422、424)相对于通道(101、401)的纵向轴线(124)以非垂直角度定向。该角度可以配置成减少背向反射。可在不同对的区域之间包括多个小平面(122‑422、424)。该装置可进一步包括弯曲段(610)和/或渐缩段(512、612)以进一步便于衰减和/或光学终止。

Description

光学衰减器及其制造方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2015年08月05日提交的申请号为14/818,453、标题为“光学衰减器及其制造方法”的美国非临时专利申请的优先权和权益，该申请如同其全文再现一般以引用方式结合在本文中。
技术领域
本公开涉及光子学领域，并且更具体地涉及一种在集成光子电路环境中使用的光学衰减器。
背景技术
光子电路是包括用于提供太比特范围中的高速数据传输的光学技术的集成装置。该电路可以包括利用纳米级波长的数百个光学部件。光子电路可以在包括电信和数据计算的许多应用中采用。
发明内容
本公开的实施例的目的是提供一种用于减少光子电路中的背向反射的光学衰减器。
根据本公开中描述的实施例，提供一种包括具有纵向轴线的通道的光学衰减器。该通道具有第一部分，该第一部分与第二部分接触以在其间限定小平面，其中该小平面至少部分地相对于该纵向轴线以非垂直角度定向。
根据本公开中描述的实施例，提供一种用于制造光学衰减器的方法，该方法包括：选择性地蚀刻半导体晶片以限定通道；以及向该通道的第二部分中植入掺杂剂以在该第二部分与第一部分之间限定小平面，该小平面至少部分地相对于该通道的纵向轴线以非垂直角度定向。
根据本公开中描述的实施例，提供一种光学衰减器，该光学衰减器包括：具有纵向轴线的第一部分；以及第二部分，该第二部分共享该第一部分的纵向轴线、具有不同于该第一部分的光学性质并且在相对于该纵向轴线以非垂直角度定向的小平面处与该第一部分接触。
附图说明
根据以下的具体实施方式并结合附图，本公开的进一步特征和优点将变得显而易见，其中：
图1(a)是根据一实施例的光学衰减器的平面图。
图1(b)是图1(a)中的光学衰减器的透明透视图。
图1(c)示出根据一实施例的图1(a)至图1(b)中的光学衰减器的操作。
图1(d)是根据一实施例的模拟图1(a)至图1(b)中的光学衰减器对背向反射的潜在减少作为小平面角的函数的曲线图。
图2是根据另一实施例的光学衰减器的透明透视图。
图3是根据又一实施例的光学衰减器的透明透视图。
图4(a)是根据又一实施例的包括两个小平面的光学衰减器的平面图。
图4(b)示出根据一实施例的图4(a)中的光学衰减器的操作。
图4(c)示出根据一实施例的替代性光学衰减器。
图5是根据又一实施例的包括弯曲部和渐缩部(taper)的光学衰减器的平面图。
图6是根据又一实施例的包括弯曲段的光学衰减器的平面图。
图7是示出根据一实施例的用于制造光学衰减器的方法的流程图。
将注意的是，在整个附图中，相同特征是由相同附图标记来识别的。
具体实施方式
光子电路利用许多光学部件以跨该电路且在装置之间发射和接收光学信号。这些电路中要解决的一个问题是由于信号横越(traverse)各个光学界面而出现的背向反射。背向反射是引入噪声至通信通道中并且降低信号质量的非期望现象。背向反射还可以源于所接收信号的不良或有缺陷的终止。控制背向反射的挑战在较大电路中变得越来越重要，因为单独的噪声成分可相干地互相作用以产生不可预测的信号减损。因此，期望一种减小光子电路中背向反射的影响的光学衰减器和/或光学终止器。
本公开中讨论的实施例涉及一种光学衰减器，该光学衰减器包括第一部分，该第一部分与第二部分接触以在其间限定至少部分成角度的小平面。第一部分和第二部分可以具有不同的光学性质，例如其中第二部分比第一部分更吸光。此光学性质差别促成了小平面的限定。该第一部分可以包括本征半导体材料，而该第二部分可以包括掺杂半导体材料。执行半导体材料、掺杂剂浓度、小平面角以及衰减器尺寸的选择以便提供光波的选择性衰减以缓解或消除背向反射。
参考图1(a)至图1(b)，示出了根据本公开的光学衰减器100的实施例。图1(a)以俯视图示出衰减器，而图1(b)中则示出透视图。光学衰减器100包括沿着纵向轴线124延伸的通道101，并且包括与第二部分120接触的第一部分110。小平面122由第一部分110和第二部分120之间的界面限定，并且根据第一部分110和第二部分120的相对设置来定向和塑形。如图1(a)至图1(b)的实施例中所示，小平面122基本上平坦并且相对于垂直于纵向轴线124的横向轴线126以小平面角137沿着线135而定向。光学衰减器100进一步包括邻近于第一部分110的输入端102以及邻近于第二部分120的输出端104。在一些实施例中，通道101的宽度w约为500nm。
参考图1(c)示出光学衰减器100的操作。光学信号150引入至输入端102中并且传播通过第一部分110。当光学信号150遇到小平面122时，发生部分反射。反射部分将以由小平面122上的信号的入射角(以及第一部分和第二部分的光学特性的相对差别)确定的角度发散。如所示，反射部分155以非相反传播方向向通道101外侧反射(例如，如图1(c)中所示从通道的侧面向外反射)。横越小平面122的光学信号150的透射部分160随着其跨第二部分120传播(例如，由于第二部分120的光学吸收性质)而衰减。另外未被第二部分120吸收的透射部分160的任何部分可以作为余光165离开输出端104。本领域技术人员应当理解的是，由于反射的原因，透射部分160进入第二部分120时已经衰减了。
可以选择第一部分110和第二部分120的光学性质和尺寸以便实现期望的衰减效果。第一部分110和第二部分120的长度还可以配置成提供期望大小的衰减。还可以选择第一部分110和第二部分120之间的相对光学性质以实现小平面122处期望的光学效果。例如，在一些实施例中，可以选择第一部分110和第二部分120的性质使得光学衰减器100可以用作光学终止器。
如上文所指示，小平面122产生可以将光学信号150的一部分155向通道101外侧反射的界面，而第二部分120至少部分吸收横越小平面122的光学信号150的透射部分160。小平面122和所产生的反射的存在可归因于包括第一部分110和第二部分120的材料的不同光学性质。例如，第二部分120可以包括比第一部分110的材料更吸光的材料。另外，可以根据第一部分110和第二部分120的相对设置(例如通过制造工艺)选择小平面122的定向(下文称作“小平面角”)以控制反射部分155并且因此控制光学信号150的衰减。图1(d)中的曲线图呈现了根据一实施例的光学信号150从小平面122的潜在背向反射作为小平面角137的函数的模拟结果，其中第一部分110包括本征硅，第二部分120包括掺杂硅，通道101包括220nm乘以500nm波导，且光学信号150包括1550nm波长。
然而，应注意的是，相对于通道的纵向轴线成非垂直角度的小平面122可以具有垂直于光学通道的相对侧壁的限定平面，尽管这些侧壁以一定角度交汇。这在例如图1(b)中示出了。可替代地，本公开的实施例可以包括小平面，其限定平面与光学通道的相对侧壁成角度。这在例如图2和图3中示出了。
虽然图1(a)至1(b)示出了包括基本上平坦形状的小平面122，但是在其它实施例(未示出)中，该小平面可以包括至少具有相对于纵向轴线124的非垂直部分的弯曲形状。例如，该小平面还可以包括具有相对于纵向轴线124的垂直部分的弯曲板(未示出)，其边缘以非垂直角度与通道101的侧壁交汇。
如上文所指示，还可以选择包括第一部分110和第二部分120的材料以在光学信号150沿着通道101传播时进一步控制其衰减。对于半导体光子学，可引入掺杂剂至半导体材料中以产生光学结构中的光学损耗。例如，第二部分120可以包括至少部分吸收穿过其传播的光波的掺杂半导体材料。还可以改变掺杂剂的类型和掺杂剂浓度以进一步控制光学损耗的水平。例如，可以使用1017/cm3至2×1018/cm3范围中的掺杂剂浓度。第一部分110可以包括制造至半导体基体上并且与第二部分120晶格匹配的本征半导体材料。
在一个实施例中，第一部分110包括本征硅材料，第二部分120包括p型硼掺杂硅，且小平面角137由于通道101的制造和退火工艺而约为60度。在另一个实施例中，第一部分110和第二部分120可以包括足以建立小平面122的不同的本征半导体材料。例如，第一部分110可以包括本征硅，而第二部分120包括本征锗或不均质集成的III-V族化合物。在其它实施例中，可以相应改变第一部分110、第二部分120的组成以及小平面角137。下表概述了可以包括通道的部分(诸如第一部分110和第二部分120)的潜在半导体材料连同可以根据给定制造工艺植入在第一部分110或第二部分120中的可能掺杂剂。
表1-潜在半导体材料和掺杂剂的列表
图2和图3示出了光学衰减器的替代性实施例，其中小平面具有可替代的定向。为了便于清晰阐述，示出具有矩形横截面的光学通道内的小平面。然而，将明白的是，可以使用其它形状的光学通道。
参考图2，示出类似于图1(a)至图1(b)的光学衰减器100的光学衰减器200的另一个实施例。在图2中，小平面222具有垂直于纵向轴线124的一个边缘223以及相对于纵向轴线124以非垂直角度271定向的另一个相邻边缘225。
参考图3，示出可相当于图1(a)至图1(b)的光学衰减器100的光学衰减器300的另一个实施例。在图3中，小平面322具有相对于纵向轴线124以各自不同的非垂直角度372、373定向的两个相邻边缘323、325。因而，小平面以非垂直角度与通道的全部四个面相交。
参考图4(a)至图4(b)，示出光学衰减器400的另一个实施例的平面图；此实施例类似于图1(a)至图1(b)中的衰减器100，但是如下文将描述的，包括第三部分从而包括第二小平面。光学衰减器400包括沿着纵向轴线124延伸的通道401，并且包括与第二部分420接触的第一部分410以及与第二部分420接触的第三部分430。第一小平面422和第二小平面424分别由第一部分410和第二部分420之间的界面以及第二部分420和第三部分430之间的界面限定。光学衰减器400进一步包括邻近于第一部分410的输入端402以及邻近于第三部分430的输出端404。如图4(a)中所示，第一小平面422和第二小平面424基本上平坦，并且相对于纵向轴线124以非垂直角度定向。然而，在其它实施例(未示出)中，第一小平面422和第二小平面424的形状和小平面角可以根据第一部分410、第二部分420以及第三部分430的给定制造工艺和选定材料而改变。例如，小平面422、424可以包括相对于纵向轴线124的垂直部分和非垂直部分这二者。另外，这两个小平面在其它实施例中可以彼此平行或不平行。
参考图4(b)描述衰减器400的操作。光学信号450引入至输入端402，该光学信号从输入端跨第一部分410传播。当光学信号450遇到第一小平面422，该光学信号的第一反射部分455以非相反传播方向反射(例如，如图4(b)中所示，向通道401外侧反射)。透射通过第一小平面422的光学信号450的第一透射部分460随着其朝第二小平面424传播而被第二部分420部分衰减。当第一透射部分460遇到第二小平面424，发生第二反射。反射部分465以非相反传播方向反射。第二透射部分470横越第二小平面424，并且随着其朝输出404传播通过第三部分430而进一步衰减。另外没有被第三部分430吸收的第二透射部分470的任何部分作为余光480离开输出端404。
类似于图1(a)至图1(b)中所示的实施例，可以选择包括第一部分410、第二部分420以及第三部分430的材料以及第一小平面422和第二小平面424的小平面角以实现期望的衰减效果。例如，第一部分410可以包括本征半导体材料，而第二部分420和第三部分430可以包括掺杂半导体材料，其中第三部分430包括高于第二部分420的掺杂剂浓度。反射部分455和465中反射的功率大小是不同材料的光学特性差别的函数。
在某些实施例中，第二部分420比第一部分410更吸光，且第三部分430比第二部分420更吸光。这造成光学性质沿着通道401更平缓变化，从而可以辅助减少小平面422、424处的背向反射。这进而可以允许小平面角更接近垂直于纵向轴线。
虽然图4(a)和图4(b)的实施例中仅示出两个小平面422、424，但是应当明白的是，在其它实施例(未示出)中，还可以类似方式提供另外的小平面，其中每个小平面位于通道的中间部分之间的界面处。在某些实施例中，随着中间部分的数量的增加，可以限制或最小化相邻部分的光学性质之间的差别，且小平面可能并未充分限定。例如，在一个实施例中，通道的光学性质沿着其长度连续改变。例如，掺杂剂浓度可以沿着光学通道长度(例如，以传播轴线的方向)以基本上连续的方式改变。通道中此连续改变的开始可以成角度以产生小平面，诸如小平面422。第一部分与第二部分之间在该界面处的折射率的差别将造成从通道向外成角度的背向反射。如果通道的光学性质的改变是平缓的，那么可能没有进一步的背向反射。
在各个实施例中，输出端404可以对应于垂直于纵向轴线124的面处的光学通道的终止部。在此情况中，光学通道的终止部可以引起返回通过第三部分430、第二部分420并且进入第一部分410的背向反射。然而，施用至已经显著衰减的信号的这种背向反射在横越第三部分和第二部分时经历进一步衰减以及以相反方向横越小平面422、424所引起的反射。因而，背向反射可以具有低于设计容差水平的信号强度。另外，在光学通道输出端处结合诸如渐缩部、弯曲部、渐缩弯曲部或成角度终止部小平面等的特征可以进一步缓解背向反射的潜在性。图1的输出端104可以类似地配置。
图4(c)示出了光学衰减器的又一实施例，除明确地示出相对于纵向轴线以非垂直角度定向的端部490之外，该光学衰减器可相当于图4(a)的光学衰减器。在一些实施例中，成角度端部可以进一步用于缓解背向反射。本领域技术人员将理解的是，第一部分和第二部分以及第二部分和第三部分的折射率之间的差别相对于终止之后该第三部分与材料之间的差别将有可能极小。因此，在许多实施例中，反射角将存在差别。可替代地，光学衰减器可以终止于渐缩段、弯曲段或渐缩和弯曲段中。另外，渐缩或弯曲段的端部可以相对于纵向轴线以非垂直角度定向，该纵向轴线通常描述光学通道在紧靠光学通道的端部区域的区域中的方向。
本公开的实施例涉及一种具有多个衰减部分的光学衰减器或光学终止器。每个部分均可使用不同的衰减技术。一些衰减部分可以依赖于例如使用如上所述的掺杂硅的光学吸收。其它衰减部分可以包括光学衰减器的渐缩、光学衰减器的非绝热弯曲或其组合。例如，本公开的一个实施例可以对应于具有弯曲和渐缩端段的光学衰减器/终止器，该弯曲和渐缩端段配置成衰减光学信号并且可选地允许归因于该端段的曲率半径(radius ofcurvature，roc)小于绝热曲率的信号泄漏。结合渐缩和弯曲端段可以造成与仅渐缩端段相比改进的光学衰减和/或背向反射性质。在一个实施例中，由于侧壁相对于通道的纵向轴线以非垂直角度定向，端段的曲率可以部分减少背向反射。
参考图5，示出光学衰减器500的另一个实施例。光学衰减器500具有第一段，该第一段可为分别如图1(a)至图1(b)、图2、图3和图4(a)至图4(b)中示出的衰减器100、200、300或400的任何组合。第一段后面是具有渐缩部512和弯曲部514这二者的第二段510。渐缩部512提供适用于无源分裂晶片的另外衰减，而弯曲部514提供改进的无源分裂性能。因此，衰减器500可以适用于用作终止波导。渐缩部512在一些实施例中可以是微米渐缩部或纳米渐缩部。渐缩部512可以将光改向至邻近于光学衰减器500的包层(未示出)中。渐缩部512可以对应于其中光学通道宽度单调地(例如，线性地)降低的区域。
虽然图5示出重叠的弯曲部514和渐缩部512(即，弯曲部514也是渐缩的)，但是在其它实施例中，它们可以不重叠。在其中衰减器500包括图1(a)至图1(b)的衰减器100的实施例中，第二部分120可以具有相对高于第一部分110的吸光性质，第一部分110和第二部分120由成角度小平面122分开。在其中衰减器500包括图4(a)至图4(b)的衰减器400的实施例中，第三部分430可以具有相对高于第二部分420的吸光性质，且第二部分420可以具有相对高于第一部分410的吸光性质，其中第一部分410和段部420由小平面422分开，且第二部分420和第三部分430由小平面424分开。
在另外的实施例中，弯曲部514可以是非绝热弯曲部。因此弯曲部514可以具有使得余光从弯曲部514的区域中逸出以供邻近于光学衰减器500的包层(未示出)吸收的足够紧(tight)的曲率半径。在一个实施例中，曲率半径约为2微米。在另一个实施例中，尾段(即，图1(a)中的第二部分120或图4(a)中的第三部分430)包括85μm长度的掺杂部分、后面接着10μm渐缩段，例如，其端部处结合2μm曲率半径的弯曲部。
参考图6，示出类似于图5中的衰减器500但进一步在渐缩部612和弯曲部614之前包括弯曲段610的光学衰减器600的另一个实施例；另外的弯曲段610示为绝热弯曲部，并且减小衰减器600的总长。弯曲段610例如可以跨越5μm宽度。在其它实施例(未示出)中，可以采用不同数量以及二维或三维定向的弯曲段、渐缩部和绝热弯曲部。光学衰减器100、200、300、400和500中可以提供多个弯曲部以例如给定平坦或非平坦的弯折形状。这样的弯曲可以例如促进光学衰减器100、200、300、400、500配合至有限空间中。下表概述与具有以下具体特征的各种本征硅波导相比可以由图1(a)至图1(b)中所示的衰减器100实现的背向反射的潜在衰减。这些值是使用三维有限差分时域方法通过光学通道的模拟而获得的。
表2-衰减器/终止器配置的列表
参考图7，示出用于制造光学衰减器(诸如图1(a)至图1(b)中所示的光学衰减器100)的方法700，其中第一部分110和第二部分120包括半导体材料，且第二部分120进一步包括植入的掺杂剂。
在步骤710处，获得具有期望的衰减器层轮廓(profile)的半导体晶片。例如，半导体晶片可以是包括硅基体、后面接着氧化硅层(或“隐埋的氧化物”)以及顶部上的薄硅层(例如，220nm)的商用SOI晶片。氧化硅层可以具有两微米厚度，其厚于通常用于电子器件的氧化硅层。
在步骤720处，选择性地蚀刻半导体晶片以形成通道101。可以确定合适的图案以形成期望的通道配置/尺寸。接着可以相应地施用光致抗蚀剂、暴露至UV光，然后将其洗涤以暴露选定部分用于蚀刻。接着完全蚀刻、部分蚀刻或由完全/部分蚀刻步骤的组合蚀刻晶片的顶层(例如，硅)以在半导体基体上限定通道101。给定的光刻工艺确定每个蚀刻步骤的图案。
在步骤730处，在通道101的第二部分120上执行掺杂剂植入。确定合适的掩模图案以覆盖第一部分110并且暴露第二部分120用于掺杂。掺杂剂植入可以包括多个步骤，其中掩模工艺确定植入的轮廓和图案。因此，将第一部分和第二部分分开的小平面对应于半导体的掺杂轮廓，并且可以至少部分地相对于纵向轴线以非垂直角度而定向。
在另外的实施例(未示出)中，方法700可以包括进一步步骤。例如，在掺杂剂植入之后，可在通道的顶部上进行锗的选择性生长以制造光电二极管。锗也可以继掩模工艺之后生长并且植入掺杂剂以产生电接触件。另外，接着可以进行氧化物层沉积步骤以向衰减器提供氧化物的上包层以及金属接触件。这些可以包括蚀刻、化学机械平坦化(chemical-mechanical planarization，CMP)以及金属沉积的至少一个步骤。
在诸如图2至3中的光学衰减器200、300的一些实施例中，方法700可以进一步包括在掺杂剂植入之前将通道(或半导体晶片)定向，使得小平面222、322可以具有对应配置。例如，当经由垂直轰击执行掺杂剂植入时，该通道可以适当地用掩模掩蔽以覆盖第一部分并且暴露第二部分，且可以将该通道以对应于期望的小平面定向的三维定向插入至植入设备中。即，放置该通道使得小平面基本上平行于掺杂剂轰击的方向。在一些实施例中，可以调整掺杂剂源并且因此调整轰击方向，而非将通道放置在植入设备腔室内的非正交位置中以便使得能够提供诸如图2和图3中的小平面。
在诸如图4(a)中的光学衰减器400的一些实施例中，方法700可以进一步包括另外的掩模和掺杂剂植入步骤以对第三部分430提供更高的掺杂剂浓度。例如，可以执行另外的掩模步骤以覆盖第一部分410和第二部分420并且暴露第三部分430。接着可以将第三部分430暴露于另外的掺杂剂植入以造成与第一部分410和第二部分420相比具有更高的掺杂剂浓度。
在某些实施例中，光学衰减器100、200、300、400、500可以与光学电路的其它部分共同制造。包括光学衰减器的光学电路可以形成在共同的晶片上，且可以在对应的几批次晶片上将几批次数个这样的光学电路制造在一起。获自该批次的光学电路的样本可以在施用至该批次的掺杂程序之前进行测试。预掺杂晶片可以称为无源分裂结构。无源分裂结构可以指代部分制成的晶片，其仅包括获自蚀刻硅层的无源光学部件(诸如波导、耦接器和跨接器)。
为了促进无源分裂结构的测试，光学衰减器可以包括渐缩部和非绝热弯曲部。这些特征可以在缺少掺杂剂的情况下提供光学终止能力，使得可以适当地测试无源分裂结构的光学部件。虽然在掺杂之前这样的光学衰减器可展现出相对较低水平的衰减，但是未掺杂衰减器可能足以用来抑制寄生信号干扰为了测试无源分裂结构的目的而获得的测量。
例如，光学衰减器可以包括图5中的渐缩部512和/或非绝热弯曲部514，并且可以因此用于在掺杂光学通道的部分之前至少部分衰减或终止光学信号。一旦对例如衰减器100、400的第二部分120、420进行掺杂，可以执行进一步测试以确认光学电路和/或光学衰减器的足够性能。因此，本公开的实施例可以涉及一种光学衰减器或光学终止器，其在未掺杂配置中时提供第一衰减量且在掺杂配置中时提供更高的第二衰减量。
本公开的实施例可以用于终止光学部件的输入或输出。例如，如本文所述的光学终止器可以耦合至2×2光学交换单元的输入或输出以将该单元变换为1×2或2×1交换单元。
虽然已经参考本公开的具体特征和实施例强调了本公开，但是显而易见的是，在不脱离由所附权利要求书限定的本公开的范围的情况下可做出各种修改和组合。相应地，权利要求的范围不应受实例中阐述的具体实施例限制，而应被给定符合整个说明书的最广泛解释。

Claims (25)

1.一种光学衰减器，包括：
具有纵向轴线的通道，所述通道包括第一部分，所述第一部分与第二部分接触以在其间限定小平面，其中所述小平面至少部分地相对于所述纵向轴线以非垂直角度定向。
2.根据权利要求1所述的光学衰减器，其中所述小平面包括相对于所述纵向轴线以非垂直角度定向的平面。
3.根据权利要求1所述的光学衰减器，其中所述第二部分包括掺杂半导体材料。
4.根据权利要求3所述的光学衰减器，其中所述第一部分包括具有低于所述第二部分的掺杂剂浓度的掺杂半导体材料。
5.根据权利要求3所述的光学衰减器，其中所述掺杂半导体材料包括选自由硼、砷、磷和镓组成的组的掺杂剂。
6.根据权利要求3所述的光学衰减器，其中所述掺杂半导体材料包括介于每立方厘米1017个粒子与2×1018个粒子之间的掺杂剂浓度。
7.根据权利要求6所述的光学衰减器，其中所述掺杂剂的浓度在所述纵向轴线的方向沿着所述通道改变。
8.根据权利要求1所述的光学衰减器，其中所述第一部分和所述第二部分由半导体材料的相连部分形成，且其中所述第二部分对应于半导体材料的所述部分的掺杂区域。
9.根据权利要求8所述的光学衰减器，其中所述半导体材料选自由金刚石、硅、锗、碳化硅和硅锗组成的组。
10.根据权利要求1所述的光学衰减器，其中所述小平面至少部分地相对于所述纵向轴线以介于20度与60度之间的角度定向。
11.根据权利要求1所述的光学衰减器，其中所述通道进一步包括第三部分，所述第三部分与所述第二部分接触以在其间限定第二小平面，其中所述第二小平面至少部分地相对于所述纵向轴线以第二非垂直角度定向。
12.根据权利要求11所述的光学衰减器，其中所述第一部分包括半导体材料，且所述第二部分和所述第三部分包括掺杂半导体材料，所述第三部分具有高于所述第二部分的掺杂剂浓度。
13.根据权利要求1所述的光学衰减器，其中所述第一部分和所述第二部分包括半导体材料。
14.根据权利要求1所述的光学衰减器，其中所述第二部分包括弯曲段。
15.根据权利要求14所述的光学衰减器，其中所述弯曲段是绝热的。
16.根据权利要求14所述的光学衰减器，其中所述弯曲段是渐缩的。
17.根据权利要求14所述的光学衰减器，其中所述弯曲段具有曲率半径，所述曲率半径配置成将光改向使其穿过所述弯曲段的侧壁离开所述通道。
18.根据权利要求1所述的光学衰减器，其中所述通道进一步包括渐缩段。
19.一种用于制造光学衰减器的方法，包括：
选择性地蚀刻半导体晶片以限定通道；以及
向所述通道的第二部分中植入掺杂剂以在所述第二部分与第一部分之间限定小平面，所述小平面至少部分地相对于所述通道的纵向轴线以非垂直角度定向。
20.根据权利要求19所述的方法，进一步包括：在选择性地蚀刻所述半导体晶片之前，施用图案至所述半导体晶片以覆盖所述通道。
21.根据权利要求19所述的方法，进一步包括：在植入掺杂剂之前，通过掩模工艺覆盖所述第一部分并且暴露所述第二部分。
22.根据权利要求19所述的方法，进一步包括：在所述通道上生长锗以形成光电二极管。
23.根据权利要求19所述的方法，进一步包括：在所述通道上沉积氧化物层以提供上包层。
24.根据权利要求23所述的方法，进一步包括：执行金属沉积以产生金属接触件。
25.一种光学衰减器，包括：
具有纵向轴线的第一部分；以及
第二部分，所述第二部分共享所述第一部分的所述纵向轴线、具有不同于所述第一部分的光学性质并且在相对于所述纵向轴线以非垂直角度定向的小平面处与所述第一部分接触。
CN201680002904.5A 2015-08-05 2016-07-15 光学衰减器及其制造方法 Active CN107077014B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US14/818,453 US9946023B2 (en) 2015-08-05 2015-08-05 Optical attenuator and fabrication method thereof
US14/818,453 2015-08-05
PCT/CN2016/090202 WO2017020694A1 (en) 2015-08-05 2016-07-15 Optical attenuator and fabrication method thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107077014A true CN107077014A (zh) 2017-08-18
CN107077014B CN107077014B (zh) 2020-01-03

Family

ID=57942376

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201680002904.5A Active CN107077014B (zh) 2015-08-05 2016-07-15 光学衰减器及其制造方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US9946023B2 (zh)
EP (1) EP3314327A4 (zh)
CN (1) CN107077014B (zh)
WO (1) WO2017020694A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111352187A (zh) * 2018-12-21 2020-06-30 中兴光电子技术有限公司 一种波导终结器、光通信器件及光终结的方法

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7187148B2 (ja) * 2017-12-13 2022-12-12 日東電工株式会社 光導波路
CN109714020B (zh) * 2019-02-22 2024-04-05 南京国博电子股份有限公司 用于控制数控衰减器信号过冲的电路
JP7379962B2 (ja) * 2019-09-04 2023-11-15 株式会社デンソー 光導波路終端素子およびそれを用いた光フィルタ
US20220196913A1 (en) * 2020-12-21 2022-06-23 Unm Rainforest Innovations Ring-Geometry Photodetector Designs For High-Sensitivity And High-Speed Detection Of Optical Signals For Fiber Optic And Integrated Optoelectronic Devices
US12085751B2 (en) * 2022-07-08 2024-09-10 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Semiconductor device and methods of formation

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5973339A (en) * 1996-11-15 1999-10-26 The Furukawa Electric Co. Ltd. Semiconductor photodetector having an optical attenuator
CN1461418A (zh) * 2000-09-21 2003-12-10 布克哈姆技术公共有限公司 光导区域间的隔离装置
US20140105544A1 (en) * 2011-05-24 2014-04-17 Nec Corporation Optical waveguide type optical terminator
US20150212271A1 (en) * 2012-12-11 2015-07-30 Acacia Communications Inc. Optical waveguide terminators with doped waveguides

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2418994C2 (de) 1974-04-19 1982-11-25 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Wellenleiterstruktur mit Dünnschichtfilter und Verfahren zu deren Herstellung
EP0557542B1 (en) 1992-02-25 1995-09-20 Hewlett-Packard GmbH Optical attenuator
US20030108274A1 (en) * 2000-08-22 2003-06-12 Dan Haronian Mode coupled optomechanical devices
IL147554A (en) * 2002-01-10 2005-11-20 Kiloambda Ip Ltd Optical limiter
AU2003209561A1 (en) * 2002-03-13 2003-09-22 Kilolambda Ip Limited Optical energy switching device and method
US7035524B2 (en) 2002-12-26 2006-04-25 Fujitsu Limited Variable optical attenuator
US20050105877A1 (en) * 2003-11-13 2005-05-19 Duke University Optical fiber illuminators having integral distal light diffusers especially useful for ophthalmic surgical procedures, and methods of making the same
US7433139B2 (en) 2004-08-24 2008-10-07 Asml Netherlands B.V. Variable attenuator for a lithographic apparatus
US7274847B2 (en) * 2004-11-16 2007-09-25 Biotex, Inc. Light diffusing tip
US8842963B2 (en) * 2010-09-01 2014-09-23 Intuitive Surgical Operations, Inc. Reducing reflection at termination of optical fiber in a small volume
CN102385175A (zh) 2011-11-09 2012-03-21 孙其琴 一种可调变光学衰减器及其制作方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5973339A (en) * 1996-11-15 1999-10-26 The Furukawa Electric Co. Ltd. Semiconductor photodetector having an optical attenuator
CN1461418A (zh) * 2000-09-21 2003-12-10 布克哈姆技术公共有限公司 光导区域间的隔离装置
US20140105544A1 (en) * 2011-05-24 2014-04-17 Nec Corporation Optical waveguide type optical terminator
US20150212271A1 (en) * 2012-12-11 2015-07-30 Acacia Communications Inc. Optical waveguide terminators with doped waveguides

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111352187A (zh) * 2018-12-21 2020-06-30 中兴光电子技术有限公司 一种波导终结器、光通信器件及光终结的方法
CN111352187B (zh) * 2018-12-21 2022-05-20 中兴光电子技术有限公司 一种波导终结器、光通信器件及光终结的方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP3314327A4 (en) 2018-07-11
US9946023B2 (en) 2018-04-17
CN107077014B (zh) 2020-01-03
US20170038532A1 (en) 2017-02-09
WO2017020694A1 (en) 2017-02-09
EP3314327A1 (en) 2018-05-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107077014A (zh) 光学衰减器及其制造方法
CN108474973B (zh) 光电子部件
Bogaerts et al. Compact wavelength-selective functions in silicon-on-insulator photonic wires
CN102317854B (zh) 单片光电子twe部件结构
US8871554B2 (en) Method for fabricating butt-coupled electro-absorptive modulators
US6671443B2 (en) Shallow photonic bandgap device
US7215854B2 (en) Low-loss optical waveguide crossovers using an out-of-plane waveguide
US7792403B1 (en) Adiabatic polarization converter
US20040129949A1 (en) Hybrid active and electronic circuit with evanescent coupling
JPS58180056A (ja) 電気−光学集積装置
CN113534339B (zh) 半导体结构及其制造方法
AU662340B2 (en) Integrated optics achromatic splitter and an MxN coupler incorporating such a splitter
CN111025470B (zh) 一种基于抛物线型mmi的超紧凑硅基波导交叉结构
US10627655B2 (en) Monolithic electro-optical modulator having suspended structure
JP5824929B2 (ja) 光半導体素子の製造方法
JP3105877B2 (ja) 光パワー分割器及びその製作方法
US10067363B2 (en) Polarizer and polarization modulation system
KR930010131B1 (ko) 테이퍼형 반도체 도파관 및 그의 제조방법
WO2002093203A2 (en) Integrated optical/electronic circuits and associated methods of simultaneous generation thereof
US11693184B2 (en) Waveguide attenuator
CN118033816A (zh) 基于碳化硅片上集成的偏振分束器
US20060093298A1 (en) Integrated optical waveguide and process for fabrication

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant