CN107102401A - 一种多通道光子混合集成的互联芯片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种多通道光子混合集成的互联芯片，其包括：一衬底；所述衬底上设置有波导芯区，所述波导芯区为在衬底层上从一侧延伸至相对侧的多个并列波导，所述波导芯区一侧并列波导的间距为第一波导间距，相对侧的并列波导的间距为第二波导间距，所述第一波导间距大于所述第二波导间距；所述波导芯区上设置有上包层。以及一种集成互联芯片的制备方法。本发明的通过多通道光子混合集成的互联芯片可以大幅降低了光子混合集成器件的制作难度、提升耦合效率。
Description
技术领域
本发明涉及光通信、光互联技术领域，进一步涉及光通信、光互联技术领域中光子混合集成的互联芯片及其制备方法。
背景技术
随着通信及信息技术的飞速发展，人们对光子器件的集成度提出了越来越高的要求。而由于当前单片集成技术还存在有源芯片同无源芯片无法在同一个基材上实现集成的困难，混合集成已经成为当前光子器件的主要发展方向。
在光子混合集成器件设计制作的过程中，如何实现小间距高集成度芯片与大间距芯片、分立芯片以及光纤阵列之间的互联已经成为其中的重要研究内容之一。因此以较简单的方法制作出满足光子混合集成器件所需要的多通道光子混合集成的互联芯片，对于光子混合集成器件的制造和应用具有至关重要的意义。
多通道光子混合集成的互联芯片是一种结构设计、制作工艺简单，并能够实现小间距高集成度芯片与大间距芯片、分立芯片以及光纤阵列之间互联的芯片。
图1为现有技术的大尺寸光子芯片1与小间距高集成度光子芯片5，如果将左端大尺寸光子芯片1同右端小间距高集成度光子芯片5直接耦合将非常的困难，且耦合损耗非常高。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种多通道光子混合集成的互联芯片及其制备方法，以实现大尺寸光子芯片与小间距高集成度光子芯片之间的耦合连接。
针对以上问题，本发明提供一种多通道光子混合集成的互联芯片，其包括：一衬底；所述衬底上设置有波导芯区，所述波导芯区为在衬底层上从一侧延伸至相对侧的多个并列波导，所述波导芯区一侧并列波导的间距为第一波导间距，相对侧的并列波导的间距为第二波导间距，所述第一波导间距大于所述第二波导间距；所述波导芯区上设置有上包层。
根据本发明的一种具体实施方案，所述波导芯区的折射率高于所述衬底折射率。
根据本发明的一种具体实施方案，所述上包层折射率低于所述波导芯区折射率。
根据本发明的一种具体实施方案，并列波导的间距从第一波导间距一侧至具有第二波导间矩的相对侧线性递减。
另外，本发明还提供一种多通道光子混合集成的互联芯片的制备方法，所述方法包括：
(1)互联芯片的模拟设计：通过光束传输法进行三维光波导计算模拟，获得所需要的低损耗耦合多通道光子混合集成的互联芯片基本结构；
(2)波导芯区制备：在衬底上制备波导芯区层，通过光刻刻蚀出波导芯区，使所述波导芯区在衬底层上形成从一侧延伸至相对侧的多个并列波导，所述波导芯区一侧并列波导的间距为第一波导间距，相对侧的并列波导的间距为第二波导间距，所述第一波导间距大于所述第二波导间距；
(3)制备上包层：在所述波导芯区上制备上包层。
根据本发明的一种具体实施方案，上述制备方法中，步骤(2)所述光刻刻蚀的工艺为：在波导芯区层上旋涂光刻胶，利用掩模板经紫外光曝光，显影后进行等离子刻蚀。
根据本发明的一种具体实施方案，上述制备方法中，在所述步骤(3)之后进一步包括步骤(4)：对含上包层的互联芯片进行切割和磨抛。
根据本发明的一种具体实施方案，上述制备方法中，所述波导芯区材料的折射率高于所述衬底材料折射率，所述上包层材料的折射率低于所述波导芯区材料的折射率。
进一步的，本发明提供一种光子混合集成器件，包括大间距芯片，小间距芯片以及上述任意一种集成互联芯片，所述大间距芯片与所述集成互联芯片有第一波导间距的一侧互联，小间距芯片与所述集成互联芯片有第二波导间距的一侧互联。
根据本发明的一种具体实施方案，对于上述光子混合集成器件，所述大间距芯片为大间距分立芯片或者大间距光纤阵列。
通过以上技术方案，本发明的多通道光子混合集成的互联芯片和其制备方法，以及光子混合集成器件的有益效果在于：
(1)本发明制作多通道光子混合集成的互联芯片工艺简单，可以大幅降低光子混合集成器件的制作难度；
(2)对于各层材料的折射率，波导芯区材料的折射率高于衬底材料和上包层材料的折射率。通过该设计，使光子混合集成的互联芯片的光信号限制于波导芯区中传输，进一步提高波导传输的耦合效率；
(3)通过光束传输法模拟设计出需要的通道光子混合集成互联芯片结构，提高了波导芯区的设计精度，进一步匹配实际互联芯片要求，提高波导传输效率，减少耦合损耗。
附图说明
图1现有技术的光子混合的集成器件中的示意图；
图2A是本发明的实施例1的光子混合集成器件的立体示意图；
图2B是本发明的实施例1多通道光子混合的集成的互联芯片波导部分立体示意图；
图2C是本发明的实施例1多通道光子混合的集成的互联芯片波导部分俯视图；
图3A是本发明的实施例1光刻工艺剖面示意图；
图3B是本发明的实施例1曝光显影后剖面示意图；
图3C是本发明的实施例1刻蚀后剖面示意图；
图3D是本发明的实施例1上包层生长后剖面示意图；
图3E是本发明的实施例1多通道光子混合的集成的互联芯片立体示意图；
其中，附图标记具有以下含义：
1-大尺寸光子芯片，
2-多通道光子混合集成的互联芯片低折射率衬底层，
3-多通道光子混合集成的互联芯片高折射率芯区，
4-多通道光子混合集成的互联芯片低折射率上包层，
5-小间距高集成度光子芯片，
6-光刻胶层，
7-掩膜版，
8-紫外光。
具体实施方式
本发明中的“上”、“下”、“内”、“外”仅用于相对参照平面表示各个层之间的相对位置关系，不用于表示实际中的上下和内外关系，实际元器件可以根据具体需要正序安装或倒序安装。
本发明提供一种多通道光子混合集成的互联芯片，其包括：一衬底；所述衬底上设置有波导芯区，所述波导芯区为在衬底层上从一侧延伸至相对侧的多个并列波导，所述波导芯区一侧并列波导的间距为第一波导间距，相对侧的并列波导的间距为第二波导间距，所述第一波导间距大于所述第二波导间距；所述波导芯区上设置有上包层。
对于各层材料的折射率，波导芯区材料的折射率高于衬底材料和上包层材料的折射率。通过该设计，使光子混合集成的互联芯片的光信号限制于波导芯区中传输，进一步提高波导传输的耦合效率。
对于波导芯区结构，优选的并列波导的间距从第一波导间距一侧至具有第二波导间矩的相对侧线性递减。
本发明还提供一种多通道光子混合集成的互联芯片，其包括一种多通道光子混合的集成互联芯片的制备方法，所述方法包括：
(1)互联芯片的模拟设计：通过光束传输法进行三维光波导计算模拟，获得所需要的低损耗耦合多通道光子混合的集成互联芯片基本结构；
(2)波导芯区制备：在衬底上制备波导芯区层，通过光刻刻蚀出波导芯区，使所述波导芯区在衬底层上形成从一侧延伸至相对侧的多个并列波导，所述波导芯区一侧并列波导的间距为第一波导间距，相对侧的并列波导的间距为第二波导间距，所述第一波导间距大于所述第二波导间距；
(3)制备上包层：在所述波导芯区上制备上包层。
对于刻蚀工艺，优选的工艺步骤为：在波导芯区层上旋涂光刻胶，利用掩模板经紫外光曝光，显影后进行等离子刻蚀。
优选的，在所述步骤(3)之后进一步包括步骤(4)：对含上包层的互联芯片进行切割和磨抛。
进一步的，本发明还提供一种光子混合集成器件，包括大间距芯片、小间距芯片以及以上所述的集成互联芯片，所述大间距芯片与所述集成互联芯片有第一波导间距的一侧互联，小间距芯片与所述集成互联芯片有第二波导间距的一侧互联。其中，“大间距”和“小间距”为相对概念，当两个不同间距的芯片进行互联时，其中的间距较大的一个称为“大间距”，另一个则称为“小间距”。
优选的，所述大间距芯片为大间距分立芯片或者大间距光纤阵列。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
制备方法：
实施例1提供一种多通道光子混合集成的互联芯片的制备方法，其主要特征是通过光束传输法(Beam Propagation Method，BPM)模拟设计出需要的通道光子混合集成的互联芯片结构，采用光刻工艺制作出所需要的多通道光子混合集成互联芯片。
多通道光子混合集成互联芯片的制作方法步骤如下：
第一步：多通道光子混合集成长度互联芯片的模拟设计
通过光束传输法进行三维光波导计算模拟，获得所需要的低损耗耦合多通道光子混合集成互联芯片的基本结构，结合多通道光子混合集成互联芯片的实际应用需求，进行多通道光子混合集成互联芯片的模拟设计。
第二步：旋涂光刻胶及光刻
在含有高折射率波导芯区3上旋涂一层光刻胶6，然后利用刻有多通道光子混合集成互联芯片的掩膜版7，通过接触式曝光系统进行紫外光8曝光，如图3A。紫外光8波长≤365nm，功率≥350W，曝光时间5-30min。掩模版7透光部分下的被曝光的光刻胶6在显影后被保留下来，形成多通道光子混合集成互联芯片波导区图形，如图3B。
第三步：多通道光子混合集成的互联芯片芯区刻蚀及上包层生长
如图3C及图3D，首先对带有光刻显影后形成的多通道光子混合集成互联芯片的胶图形的晶圆进行感应耦合等离子体(Induct ively CoupledPlasma，ICP)刻蚀，刻蚀出如图3C所示的波导芯区结构，然后再在其上生长一层低折射率的上包层，从而获得多通道光子混合集成的互联芯片。
第四步：多通道光子混合集成的互联芯片的切磨抛
根据实际使用中所需要的尺寸大小以及耦合端面的角度，对制作好的多通道光子混合集成的互联芯片晶圆进行切割、磨抛，从而获得可以实际应用于光子混合集成器件的制造中的多通道光子混合集成的互联芯片。
含互联芯片的光子混合集成器件：
图2A为实施例1设计的一种多通道光子混合集成的互联芯片在光子混合集成器件中的示意图，其中左端1为大尺寸光子芯片，2/3/4共同组成中间的多通道光子混合集成的互联芯片，右端5为小间距高集成度光子芯片。光信号从左端1大尺寸光子芯片传输到2/3/4共同组成的多通道光子混合集成互联芯片中，然后再传输到右端5小间距高集成度光子芯片中，或者反过来光信号从右端5小间距高集成度光子芯片传输到2/3/4共同组成的多通道光子混合集成互联芯片中，然后再传输到左端1大尺寸光子芯片中，从而实现了光信号在1大尺寸光子芯片与5小间距高集成度光子芯片之间的传输。
通过中间2/3/4组成的多通道光子混合集成的互联芯片将左端1大尺寸光子芯片同右端5小间距高集成度光子芯片连接起来，实现光信号在大尺寸光子芯片与小间距高集成度光子芯片之间的传输和处理，使其共同组成一个光子混合集成器件。通过我们设计的多通道光子混合集成的互联芯片可以大幅降低了光子混合集成器件的制作难度、提升耦合效率，其对于光子混合集成器件的制作及应用都具有重要的意义。
图2B和2C分别为多通道光子混合集成的互联芯片波导部分的立体图和俯视图，图中可以看出波导芯区衬底层上形成从一侧延伸至相对侧的多个并列波导，波导芯区一侧并列波导的间距为第一波导间距，相对侧的并列波导的间距为第二波导间距，所述第一波导间距大于所述第二波导间距。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种多通道光子混合集成的互联芯片，包括一衬底，其特征在于：
所述衬底上设置有波导芯区，所述波导芯区为在衬底层上从一侧延伸至相对侧的多个并列波导，所述波导芯区一侧并列波导的间距为第一波导间距，相对侧的并列波导的间距为第二波导间距，所述第一波导间距大于所述第二波导间距；
所述波导芯区上设置有上包层。
2.根据权利要求1所述的多通道光子混合集成的互联芯片，其特征在于，所述波导芯区的折射率高于所述衬底折射率。
3.根据权利要求1所述的多通道光子混合集成的互联芯片，其特征在于，所述上包层折射率低于所述波导芯区折射率。
4.根据权利要求1所述的多通道光子混合集成的互联芯片，其特征在于，所述并列波导的间距从第一波导间距一侧至具有第二波导间矩的相对侧线性递减。
5.一种多通道光子混合集成的互联芯片的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
(1)通过光束传输法进行三维光波导计算模拟，获得所需要的低损耗耦合多通道光子混合集成的互联芯片基本结构；
(2)在衬底上制备波导芯区层，通过光刻刻蚀出波导芯区，使所述波导芯区在衬底层上形成从一侧延伸至相对侧的多个并列波导，所述波导芯区一侧并列波导的间距为第一波导间距，相对侧的并列波导的间距为第二波导间距，所述第一波导间距大于所述第二波导间距；
(3)在所述波导芯区上制备上包层。
6.根据权利要求5所述的多通道光子混合集成的互联芯片的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述光刻刻蚀的工艺为：在波导芯区层上旋涂光刻胶，利用掩模板经紫外光曝光，显影后进行等离子刻蚀。
7.根据权利要求5所述的多通道光子混合集成的互联芯片的制备方法，其特征在于，在所述步骤(3)之后进一步包括步骤(4)：对含上包层的互联芯片进行切割和磨抛。
8.根据权利要求5所述的多通道光子混合集成的互联芯片的制备方法，其特征在于，所述波导芯区材料的折射率高于所述衬底材料折射率，所述上包层材料的折射率低于所述波导芯区材料的折射率。
9.一种光子混合集成器件，包括大间距芯片、小间距芯片以及权利要求1-4任意一项所述的互联芯片，所述大间距芯片与所述互联芯片有第一波导间距的一侧互联，小间距芯片与所述互联芯片有第二波导间距的一侧互联。
10.根据权利要求9所述的光子混合集成器件，其特征在于，所述大间距芯片为大间距分立芯片或者大间距光纤阵列。
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|---|---|
| CN (1) | CN107102401A (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110320599A (zh) * | 2019-07-12 | 2019-10-11 | 史强 | 一种空间光波导制备方法 |
| WO2020134651A1 (zh) * | 2018-12-29 | 2020-07-02 | 华为技术有限公司 | 波导芯层、模斑转换器、硅光器件及光通信设备 |
| CN112433296A (zh) * | 2020-11-25 | 2021-03-02 | 北京邮电大学 | 一种波导耦合结构及光子集成系统 |
| CN116449631A (zh) * | 2023-06-15 | 2023-07-18 | 国科大杭州高等研究院 | 一种多波导集成的逻辑门器件、光电器件及其制备方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009300562A (ja) * | 2008-06-11 | 2009-12-24 | Central Glass Co Ltd | 多チャンネル直角光路変換素子 |
| CN104730622A (zh) * | 2015-03-27 | 2015-06-24 | 苏州天步光电技术有限公司 | 一种密集型多通道光纤阵列 |
| CN104849811A (zh) * | 2015-04-27 | 2015-08-19 | 南京大学 | 高密度波导超晶格的耦合装置 |
-
2016
- 2016-02-22 CN CN201610096146.XA patent/CN107102401A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009300562A (ja) * | 2008-06-11 | 2009-12-24 | Central Glass Co Ltd | 多チャンネル直角光路変換素子 |
| CN104730622A (zh) * | 2015-03-27 | 2015-06-24 | 苏州天步光电技术有限公司 | 一种密集型多通道光纤阵列 |
| CN104849811A (zh) * | 2015-04-27 | 2015-08-19 | 南京大学 | 高密度波导超晶格的耦合装置 |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2020134651A1 (zh) * | 2018-12-29 | 2020-07-02 | 华为技术有限公司 | 波导芯层、模斑转换器、硅光器件及光通信设备 |
| CN110320599A (zh) * | 2019-07-12 | 2019-10-11 | 史强 | 一种空间光波导制备方法 |
| CN112433296A (zh) * | 2020-11-25 | 2021-03-02 | 北京邮电大学 | 一种波导耦合结构及光子集成系统 |
| CN112433296B (zh) * | 2020-11-25 | 2022-01-14 | 北京邮电大学 | 一种波导耦合结构及光子集成系统 |
| CN116449631A (zh) * | 2023-06-15 | 2023-07-18 | 国科大杭州高等研究院 | 一种多波导集成的逻辑门器件、光电器件及其制备方法 |
| CN116449631B (zh) * | 2023-06-15 | 2023-11-03 | 国科大杭州高等研究院 | 一种多波导集成的逻辑门器件、光电器件及其制备方法 |
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