CN109491011B - 一种波导光有源增益的实现方法、波导及光器件 - Google Patents

一种波导光有源增益的实现方法、波导及光器件 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种波导光有源增益的实现方法、波导及光器件，涉及光通信器件技术领域。波导位于光子芯片上或者晶圆上，实现方法包括：在波导的指定区段上方制备窗口，使得指定区段暴露在光子芯片或者晶圆的表面上；对指定区段进行离子掺杂。本发明对波导的指定区段进行离子掺杂，与光子芯片或者晶圆的制造工艺兼容性好，易于实现，制作成本低，可以实现晶圆级大规模制造。

Description

一种波导光有源增益的实现方法、波导及光器件
技术领域
本发明涉及光通信器件领域，具体是涉及一种波导光有源增益的实现方法、波导及光器件。
背景技术
在电光调制器的设计和生产中，需要使得其整体光学插入损耗尽量小，这样可以减小光源的功率，进而降低模块的整体功耗。目前，在高密度集成领域具有巨大优势的硅光调制器在调制过程中除了相位改变外，还会引入光的吸收。另外一方面，由于硅光调制器本身的等离子体色散效应较弱，所以其调制器长度普遍在毫米量级，使得硅光调制器的整体插入损耗比较大，通常情况下，其包含耦合部分的整体插入损耗在10个分贝以上，使得硅光调制器需要与大功率激光器相匹配，导致光模块功耗较大。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种波导光有源增益的实现方法、波导及光器件，对波导的指定区段进行离子掺杂，与光子芯片或者晶圆的制造工艺兼容性好，易于实现，制作成本低，可以实现晶圆级大规模制造。
本发明提供一种波导光有源增益的实现方法，所述波导位于光子芯片上或者晶圆上，所述实现方法包括：
在所述波导的指定区段上方制备窗口，使得所述指定区段暴露在所述光子芯片或者晶圆的表面上；
对所述指定区段进行离子掺杂。
在上述技术方案的基础上，所述指定区段为直波导、环形波导、折叠波导或者迂回型波导。
在上述技术方案的基础上，通过溶胶凝胶法、注入法或者溅射法对所述指定区段进行离子掺杂。
在上述技术方案的基础上，当所述波导暴露在所述光子芯片或者晶圆表面上时，在所述光子芯片或者晶圆表面上制备覆盖所述波导的阻挡层，去除所述指定区段上的阻挡层材料以形成所述窗口；
当所述波导埋设在包层材料中时，使用干法刻蚀去除所述指定区段上的包层材料以形成所述窗口，使用湿法刻蚀去除所述指定区段周围的包层材料，使得所述指定区段形成悬空结构。
在上述技术方案的基础上，所述方法还包括：在所述光子芯片或者晶圆表面上制备覆盖掺杂后的所述指定区段的保护层。
在上述技术方案的基础上，所述实现方法还包括：将泵浦源产生的泵浦光垂直耦合入掺杂后的所述指定区段。
在上述技术方案的基础上，通过耦合器或者倒装贴片所述泵浦源，将所述泵浦光垂直耦合入所述指定区段。
在上述技术方案的基础上，所述泵浦源为垂直腔面发射激光器、法布里波罗腔激光器或者分布反馈布拉格激光器。
本发明还提供一种波导，所述波导位于光子芯片上或者晶圆上，所述波导具有上述的波导光有源增益的实现方法制备的指定区段。
本发明还提供一种光器件，所述光器件包括光子芯片和泵浦源，其中，所述光子芯片具有上述的波导光有源增益的实现方法制备的波导，所述泵浦源产生的泵浦光垂直耦合到所述波导的指定区段。
与现有技术相比，本发明实施例波导光有源增益的实现方法，波导位于光子芯片或者晶圆上，在波导的指定区段上方制备窗口，使得指定区段暴露在光子芯片或者晶圆的表面上；对指定区段进行离子掺杂。对波导的指定区段进行离子掺杂，与光子芯片或者晶圆的制造工艺兼容性好，具有易于实现、制作成本低和可以实现晶圆级大规模制造的优点。
附图说明
图1是本发明实施例波导光有源增益的实现方法流程图；
图2是本发明实施例光调制器的示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
参见图1所示，本发明实施例提供一种波导光有源增益的实现方法，波导位于光子芯片或者晶圆上，本实现方法包括：
S1在波导的指定区段上方制备窗口，使得指定区段暴露在光子芯片或者晶圆的表面上。
S2对指定区段进行离子掺杂。
指定区段为直波导、环形波导、折叠波导或者迂回型波导，不作限定。优选的，指定区段为环形波导、折叠波导或者迂回型波导，在窗口的单位面积中增大离子掺杂的指定区段的有效长度，从而提高光增益效果，提高光子芯片的集成度，大幅度减小了光子芯片的体积、成本和功耗。
在一种实施方式中，波导暴露在光子芯片或者晶圆的表面上，波导光有源增益的实现方法包括：
S110在光子芯片或者晶圆表面上制备覆盖波导的阻挡层，去除指定区段上的阻挡层材料以形成窗口。
具体的，阻挡层可以是光刻胶或者二氧化硅，不作限定。步骤S110可以采用现有的半导体制造工艺。例如，在光子芯片或者晶圆的表面上涂覆光刻胶，光刻胶曝光后，去除指定区段上的光刻胶以形成窗口，使得波导的指定区段暴露在窗口中，且窗口以外的区域被光刻胶覆盖。
S120对指定区段进行离子掺杂。
具体的，掺杂的离子可以包括铒离子，也可以包括其他提高光增益的离子，不作限定。通过溶胶凝胶法、注入法或者溅射法掺入指定区段中，不作限定。
例如，将带有掺杂离子的溶胶凝胶涂覆在光子芯片或者晶圆的表面上，使得溶胶凝胶灌入窗口中，以包围指定区段。
当使用溶胶凝胶法对指定区段进行离子掺杂后，可以去除溶胶凝胶材料，也可以保留固化的溶胶凝胶材料。
在另一种实施方式中，波导位于光子芯片或者晶圆上，且波导埋设在包层材料中，波导光有源增益的实现方法包括：
S210使用干法刻蚀去除指定区段上的包层材料以形成窗口。
S220使用湿法刻蚀去除指定区段周围的包层材料，使得指定区段形成悬空结构。
S230对指定区段进行离子掺杂。
步骤S230与步骤S120基本相同，不再赘述。
具体的，当波导的材料为硅，包层材料为二氧化硅时，使用干法刻蚀去除指定区段上的二氧化硅材料以形成窗口，使用湿法刻蚀去除包围指定区段的二氧化硅材料，使得指定区段形成悬空结构。此时，步骤S210和S220的刻蚀过程与硅光芯片的加工热调相移器、热隔离区域的工艺，以及加工硅光芯片的端面耦合器悬臂梁的工艺完全相同，可以同步进行而不会增加加工工艺的复杂度。
硅材料本身属于间接带隙材料无法发光，也不能产生增益，这就使得硅材料体系的光芯片整体损耗较大，而且无法产生光放大和增益。通过本实施例波导光有源增益的实现方法，对指定区段进行铒离子掺杂，产生光增益，降低光芯片整体损耗。
本发明实施例波导光有源增益的实现方法不仅可以应用于硅波导材料体系中，同样可以应用于其它光子集成波导体系中，如二氧化硅平面集成的光波导材料体系。对于不同材料体系的光子集成平台，要实现波导的光有源增益只要将上述方案过程中硅光波导换成对于平台的波导即可。
本发明实施例波导光有源增益的实现方法不仅可以在已制备的光子芯片上进一步实现波导增益，而且由于与光子芯片的制造工艺兼容性好，也可以在光子芯片的制造过程中对波导的局部实现增益。
在上述两种实施方式的基础上，波导光有源增益的实现方法还包括步骤S3：
S3在光子芯片或者晶圆表面上制备覆盖掺杂后的指定区段的保护层。例如，对于硅基波导，保护层可以是二氧化硅，以提高指定区段以及波导整体的稳定可靠性。
本发明实施例波导光有源增益的实现方法不仅仅可以适用于芯片级的波导增益，也可以实现晶圆级的波导光有源增益制造，在整个晶圆上进行上述步骤即可。
本发明实施例波导光有源增益的实现方法通过在光子芯片上引入掺入离子的增益区域实现了光信号的有源增益，克服了光子芯片插入损耗大，而且材料本身又无法实现增益的难题，具有制作过程简单、易于实现、工艺成熟、成本低、集成度高等优势。与通过外部放大的方案相比，可以实现芯片上的集成，大幅度减小了光器件的体积、成本和功耗，提高了光子芯片的集成度。
在步骤S2或者S3之后，波导光有源增益的实现方法还可以包括：
S4将泵浦源产生的泵浦光垂直耦合入掺杂后的指定区段。
参见图2所示，用于泵浦的光源一般是由一个半导体激光器构成，为了降低成本和简化制作工艺流程，可以使用垂直腔面发射激光器来制作泵浦光源。垂直腔面发射激光器具有成本低、垂直发光、便于贴片等优点。垂直腔面发射激光器通过芯片倒贴的方式直接倒扣在上述掺入铒离子的指定区段上。在上述倒贴的垂直腔面发射激光器上加电，这时泵浦光垂直入射到掺入铒离子的指定区段，激发其中的铒离子形成光增益，从而实现对上述波导中的光信号进行放大的功能。
在实际应用中可以使用任何发光波长为980纳米的光源，泵浦源还可以使用法布里波罗腔激光器(FP)和分布反馈布拉格激光器(Distributed Feedback Laser，DFB)。
可以通过上述泵浦光源倒装贴片方法，将泵浦源产生的泵浦光垂直耦合到指定区段。还可以通过其他方式耦合到掺入铒离子的指定区段，例如通过端面耦合器、光栅耦合器或者通过多模干涉等分合波器耦合进入掺入铒离子的指定区段。只要可以实现将外部泵浦光源的泵浦光耦合入掺入铒离子的指定区段的任何耦合方法都可以，不作限定。
本发明另一实施例还提供一种波导，该波导位于光子芯片上或者晶圆上，且该波导具有使用上述实施例波导光有源增益的实现方法制备的指定区段。
参见图2所示，本发明的另一实施例还提供一种光器件，光器件包括光子芯片和泵浦源，其中，光子芯片具有使用上述的波导光有源增益的实现方法制备的波导，泵浦源产生的泵浦光垂直耦合到波导的指定区段。波导的一端为光输入，另一端为增益光输出，指定区段位于光输入端和增益光输出端之间。
本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (9)

1.一种波导光有源增益的实现方法，所述波导位于光子芯片上或者晶圆上，其特征在于，所述实现方法包括：
在所述波导的指定区段上方制备窗口，使得所述指定区段暴露在所述光子芯片或者晶圆的表面上；
其中，当所述波导暴露在所述光子芯片或者晶圆表面上时，采用半导体制造工艺，在所述光子芯片或者晶圆表面上制备覆盖所述波导的阻挡层，去除所述指定区段上的阻挡层以形成所述窗口；
当所述波导埋设在包层材料中时，使用干法刻蚀去除所述指定区段上的包层材料以形成所述窗口，使用湿法刻蚀去除所述指定区段周围的包层材料，使得所述指定区段形成悬空结构；
对所述指定区段进行离子掺杂。
2.如权利要求1所述的波导光有源增益的实现方法，其特征在于：所述指定区段为直波导、环形波导、折叠波导或者迂回型波导。
3.如权利要求1所述的波导光有源增益的实现方法，其特征在于：通过溶胶凝胶法、注入法或者溅射法对所述指定区段进行离子掺杂。
4.如权利要求1所述的波导光有源增益的实现方法，其特征在于，所述实现方法还包括：在所述光子芯片或者晶圆表面上制备覆盖掺杂后的所述指定区段的保护层。
5.如权利要求1所述的波导光有源增益的实现方法，其特征在于，所述实现方法还包括：将泵浦源产生的泵浦光垂直耦合入掺杂后的所述指定区段。
6.如权利要求5所述的波导光有源增益的实现方法，其特征在于：通过耦合器或者倒装贴片所述泵浦源，将所述泵浦光垂直耦合入所述指定区段。
7.如权利要求5所述的波导光有源增益的实现方法，其特征在于：所述泵浦源为垂直腔面发射激光器、法布里波罗腔激光器或者分布反馈布拉格激光器。
8.一种波导，所述波导位于光子芯片上或者晶圆上，其特征在于：所述波导具有使用权利要求1至5任一项所述的波导光有源增益的实现方法制备的指定区段。
9.一种光器件，其特征在于：所述光器件包括光子芯片和泵浦源，其中，所述光子芯片具有使用如权利要求1至4任一项所述的波导光有源增益的实现方法制备的波导，所述泵浦源产生的泵浦光垂直耦合到所述波导的指定区段。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111694093B (zh) * 2020-05-29 2021-08-10 北京大学 一种局部光放大的硅基光电子集成芯片及泵浦耦合方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102109638A (zh) * 2011-03-14 2011-06-29 浙江大学 一种玻璃热极化层中的条形光波导
CN104656188A (zh) * 2015-02-06 2015-05-27 浙江大学 一种含有铁磁金属纳米颗粒的玻璃基离子交换光波导

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2394553A (en) * 2002-10-25 2004-04-28 Qinetiq Ltd Raman optical waveguide with refractive index modified by ion implantation and fabrication method
CN100373193C (zh) * 2005-10-18 2008-03-05 电子科技大学 S形铒镱共掺磷酸盐高增益光波导、光波导激光器和光波导放大器
JP2007258494A (ja) * 2006-03-23 2007-10-04 Nozomi Photonics Co Ltd 光増幅器及びその製造方法。
CN204155032U (zh) * 2014-11-06 2015-02-11 江苏尚飞光电科技有限公司 硅基光调制器
CN104393133B (zh) * 2014-12-05 2017-11-07 武汉邮电科学研究院 一种提高硅基电光调谐器件的效率和带宽的掺杂结构
US10514503B2 (en) * 2016-03-04 2019-12-24 The Governing Council Of The University Of Toronto System and method for manufacturing a semiconductor junction
CN106547122B (zh) * 2017-01-25 2019-03-22 中国科学院半导体研究所 一种反向pn型掺杂结构及制备方法
CN108828718A (zh) * 2018-06-15 2018-11-16 深圳市慧康精密仪器有限公司 一种提高玻璃基光波导芯片均匀性的方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102109638A (zh) * 2011-03-14 2011-06-29 浙江大学 一种玻璃热极化层中的条形光波导
CN104656188A (zh) * 2015-02-06 2015-05-27 浙江大学 一种含有铁磁金属纳米颗粒的玻璃基离子交换光波导

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