CN113296190A - 集成光子收发器 - Google Patents

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Abstract

实施例可以涉及一种波分复用(WDM)收发器，其具有与氮化硅波导层耦合的硅波导层。在一些实施例中，硅波导层可以包括与氮化硅波导层耦合的锥形部分。在一些实施例中，硅波导层可以与具有第一z高度的第一氧化物层耦合，并且氮化硅波导层可以与具有大于第一z高度的第二z高度的第二氧化物层耦合。可以描述或主张其他实施例。

Description

集成光子收发器
背景技术
硅光子收发器可将诸如激光器、调制器、光电探测器、无源元件、电子设备等各种功能件集成到单个部件中。然而，由于这种部件的高热预算和低光学约束，可能难以将这种硅光子收发器与诸如氮化硅无源光学部件的元件集成在一起。
附图说明
图1示出了根据各实施例的光子收发器的示例性侧视图。
图2示出了根据各实施例的图1的光子收发器的示例性俯视图。
图3示出了根据各实施例的光子收发器的替代示例性侧视图。
图4示出了根据各实施例的图3的光子收发器的示例性俯视图。
图5示出了根据各实施例的用于制造光子收发器的简化示例性工艺流程。
图6进一步示出了根据各实施例的图5的简化示例性工艺流程。
图7示出了根据各实施例的可以制造光子收发器的示例性技术。
图8为根据各实施例的可以包括光子收发器的示例性电气装置的框图。
图9示出了根据各实施例的光子收发器的替代示例性侧视图。
具体执行方式
在以下具体实施方式中将参考附图，附图形成其一部分，其中所有附图中类似附图标记指示类似部分，并且在附图中以示例方式示出了可实践本公开主题的实施例。应当理解，在不脱离本公开范围的情况下，可使用其他实施例并且可进行结构或逻辑变更。因此，以下详细描述不应以限制性意义理解。
出于本公开的目的，短语“A或B”表示(A)、(B)或(A和B)。出于本公开的目的，短语“A、B或C”表示(A)、(B)、(C)、(A和B)、(A和C)、(B和C)或(A、B和C)。
说明书可以使用基于视角的描述，例如顶部/底部、内/外、上方/下方等。这样的描述仅仅用于方便论述，并非意在将本文描述的实施例的应用限于任何特定取向。
该描述可以使用短语“在一实施例中”或“在实施例中”，均可以指一个或多个相同或不同的实施例。此外，结合本公开的实施例使用的术语“包括”、“包含”、“具有”等是同义的。
本文中可以使用术语“与……耦合”，连同其派生词。“耦合”可以表示如下一种或多种情况。“耦合”可以表示两个或更多元件直接物理或电接触。不过，“耦合”还可以表示两个或更多元件彼此间接接触，但仍然彼此合作或交互，并可以表示一个或多个其他元件耦合或连接于被说成彼此耦合的元件之间。术语“直接耦合”可以表示两个或更多个元件直接接触。
在各实施例中，短语“形成、沉积或设置于第二特征上的第一特征”可以表示第一特征形成、沉积或设置于特征层上方，第一特征的至少一部分可以直接接触(例如，直接物理或电接触)或间接接触(例如，在第一特征和第二特征之间具有一个或多个其他特征)第二特征的至少一部分。
各种操作可以按照最有助于理解所主张主题的方式被描述为依次多个离散操作。然而，描述的次序不应被理解为暗示这些操作必然取决于次序。
可以参考各附图来描述本文的实施例。除非明确说明，否则附图的尺寸旨在简化为例示性示例，而不是相对尺寸的描述。例如，除非另外指出，否则附图中的元件的各种长度/宽度/高度可能未按比例绘制。此外，本文描述的各器件和组件的示例结构的一些示意图可以被示为具有精确直角和直线，但要理解的是，这样的示意图可能并不反映现实工艺限制，这可能导致例如在使用扫描电子显微镜(SEM)图像或透射电子显微镜(TEM)图像检查本文描述的任何结构时，特征看起来不那么“理想”。在现实结构的此类图像中，可能的工艺缺陷也可能可见，例如，材料不完美的直边、倾斜的通孔或其他开口、角的不经意抹圆或不同材料层的厚度变化、晶体区域之内的偶发螺旋位错、刃位错或组合位错和/或单个原子或原子簇的偶发位错缺陷。可能有这里未列出但器件制造领域常见的其他缺陷。
如上所述，硅光子收发器可以将多个功能件或部件集成到单个硅基结构中。这样的功能件或部件可以包括激光器、调制器、光电探测器、无源部件、基本电气部件或功能件等。在一些实施例中，可能希望将诸如复用器或解复用器的一个或多个氮化硅(SiN)无源光学部件集成到硅基收发器中，因为SiN部件在各种温度范围内可以相对稳定。然而，由于SiN元件可能具有较高热预算和较低光学约束，因此在传统收发器中可能难以进行这种集成，并且因此可能需要在SiN元件的所有侧面上具有厚的氧化物覆层以正确地操作。
本文的实施例可以涉及解决关于将SiN元件集成到收发器中以形成集成了硅和SiN元件的波分复用(WDM)收发器的这些问题中的一个或多个。例如，实施例涉及将诸如复用器或解复用器的SiN部件集成到完全集成的硅基光收发器中的结构或过程。在一些实施例中，可以在制造过程中相对较早地沉积SiN元件，以使得能够使用高质量的热SiN膜。在一些实施例中，该过程可以实现SiN膜和绝缘体上硅(SOI)硅层(例如，硅波导)之间的直接耦合。在一些实施例中，该过程可以包括在SiN元件与通过填充硅衬底中的空腔而形成的硅衬底之间放置厚的氧化物基覆层。覆层可以帮助缓解、减少或阻止光信号泄漏到硅衬底中或通过硅衬底。
实施例可以提供很多优点。例如，随着整个光学工业中带宽需求的增大，WDM收发器与并行(例如，单波长)收发器的比例可能会增大。具有完全集成且温度稳定的WDM收发器可能变得越来越重要。本文的实施例可以使得温度稳定的SiN部件能够集成在WDM收发器中。
本文的实施例可以具有一个或多个显著特征。例如，为了获得高质量的SiN部件，可以使用诸如低压化学气相沉积(LPCVD)的工艺。LPCVD工艺可以在相对较高的温度下进行，例如大约750摄氏度(℃)。LPCVD工艺可导致具有诸如低物理应力、精确折射率或低光学损耗特性的SiN膜。
另一这样的特性可以基于厚度约为350纳米(nm)的SiN层(例如，使用上述LPCVD工艺沉积的SiN层)。在这样的SiN层中，光信号传播通过SiN层的光学模式可以扩展超过SiN芯几微米。这样一来，可能期望实施例包括相对较厚的氧化物基电介质，以阻止光学模式从SiN波导泄漏到硅衬底中。这样的电介质可以是例如氧化硅(SiO2)或一些其他氧化物或光学电介质。
另一这样的特性可以是硅波导和SiN波导之间的耦合可能需要绝热耦合器。在耦合中，硅波导可以锥形化以允许光进入SiN波导(其可以具有较低折射率)。锥形可以是垂直的或水平的。
在基础水平上，收发器可以包括从硅衬底蚀刻出来的空腔，并且该空腔可以随后用诸如SiO2的氧化物基电介质回填。可以抛光电介质，然后可以例如通过如上所述的LPCVD将SiN波导105图案化或以其他方式沉积在电介质上。SiN波导可以是无源光学元件，或者可以是无源光学元件的一部分，所述无源光学元件例如为复用器、解复用器、延迟线等。解复用器可以是阵列波导(AWG)、Echelle光栅或一些其他类型的解复用器。
可以通过使用锥形硅波导在SiN波导和电介质之间耦合光信号，该锥形硅波导可以充当波导。硅波导可以在SiN波导的下方、上方、邻近或以其他方式相对于SiN波导定位。为了在收发器的诸如激光器或一些其他芯片的芯片与耦合到收发器的光纤之间耦合光，SiN波导可以直接用作耦合器。不过，在其他实施例中，可以使用额外或替代的耦合机制来将光信号耦合到光纤。
图1和图2示出了根据各实施例包括SiN波导的示例性收发器。具体而言，图1示出了根据各实施例的光子收发器的示例性侧视图。图2示出了根据各实施例的图1的光子收发器的示例性俯视图。应当理解，图1和图2的实施例旨在作为高度简化的实施例，并且可以从图1和图2的描绘中省略各种附加特征，例如构图层，诸如电阻器/电容器/电感器/等的无源元件，诸如迹线、通孔等的导电通路。
具体而言，图1和图2示出了示例性收发器100。收发器100可以包括衬底层115。衬底层115可以是例如硅或一些其他合适的衬底层。尽管未示出，衬底层115可以是有芯的或无芯的，并且可以包括一层或多层材料，该材料层具有在衬底层115之内或之上的各种导电、无源或有源元件。
衬底层115可以在衬底层的至少一部分中包括空腔140。可以通过诸如光学蚀刻、化学蚀刻、机械蚀刻或钻孔等的蚀刻技术来形成空腔140。然后可以用电介质材料110回填空腔140。电介质材料110可以是例如氧化物基电介质材料，例如SiO2。然而，其他实施例可以包括额外或替代的电介质材料110，其可以是氧化物基的、非氧化物基电介质材料、具有掺杂剂的电介质材料等。
如图所示，SiN波导105可以位于电介质层110上。例如，在一些实施例中，可以通过诸如LPCVD的技术来形成SiN波导105，不过在其他实施例中，可以通过层压、一些其他形式的沉积等来形成SiN波导105。在一些实施例中，SiN波导105可以具有大约250纳米(nm)的z高度Z3，而在其他实施例中，SiN波导105可以更厚或更薄。通常，Z3可以在约50nm和约3000nm之间。
SiN波导可以由诸如Si3N4的纯SiN材料或掺杂的SiN材料或一些其他SiN或SiN基材料形成。可以看出，SiN波导105可以与光纤145耦合，该光纤145可以是例如单模光纤(SMF)或一些其他类型的光纤。可以看出，电介质层110可以具有在衬底层115和SiN波导105之间的空腔140内测量的z高度Z1。Z1可以在例如约1微米和约3微米之间。如上所述，在一些实施例中，SiN波导105内的光信号的光学模式可以扩展超过SiN波导105芯几微米。因此，可能希望电介质层110相对较厚，以避免光信号从SiN波导105通过电介质层110渗入衬底层115，导致从SiN波导105移动的信号的信号强度的不必要损失。
然而，应当理解，在其他实施例中，SiN波导105可以与诸如额外的硅波导等的另一个光学元件而不是光纤145耦合。通常，SiN波导105可以被认为是将硅波导125与例如硅波导、光纤145、激光器、光发射器、光接收器等另一元件光学耦合的光耦合。
收发器100可以进一步包括第二电介质层，其可以被称为掩埋氧化物(BOX)层120。BOX层120可以由例如氧化物基电介质材料(例如，SiO2)形成。然而，在其他实施例中，可以由不同的光学电介质材料形成BOX层120。在一些实施例中，BOX层120和电介质层110可以由相同的材料形成，而在其他实施例中，BOX层120和电介质层110可以由不同的材料形成。BOX层120可以具有z高度Z2。在一些实施例中，Z2可以约为1微米，而在其他实施例中，Z2可以更大或更小。BOX层120的z高度可以取决于一个或多个因素，例如与衬底层115的热隔离或光学隔离。然而，应当理解，如相对于图9进一步所描述的，在一些实施例中，如果BOX层120具有足够的厚度以防止光信号从SiN波导105渗入衬底层115中，则电介质层110可以不存在。
例如，如图1中所示，收发器100还可以包括沉积在BOX层120的至少一部分上的硅波导125。硅波导125可以由掺杂或未掺杂的硅基材料形成。在一些实施例中，硅波导125可以是纯硅，而在其他实施例中，硅波导125可以由包括硅的材料形成。
硅波导125可与部件130耦合。在一些实施例中，如图所示，部件130可以直接与硅波导125耦合，而在其他实施例中，部件130可以物理上与硅波导125分离但仍与硅波导125光学耦合(例如，通过中间耦合)。部件130可以是或包括激光器、调制器、光电二极管(PD)、接收器或一些其他类型的光源或部件。应当理解，尽管在图1中示出了单个部件130，但是在其他实施例中，收发器100可以包括多个部件。
可以看出，SiN波导105可以在重叠区域135中至少部分地与硅波导125重叠。从图1中可以看出，硅波导125可以在重叠区域135内锥形化。在图1的具体实施例中，硅波导125可以朝着BOX层120向下(相对于图的取向)锥形化。该特定的锥形可以被称为“灰度级锥形”，并且由于从制造的角度来看更容易形成或由于其可以提供较低的损耗，因此是可取的。然而，在其他实施例中，硅波导125可以朝着SiN波导105向上(相对于图的取向)锥形化。如可以相对于图9更详细描述的，在一些实施例中，SiN波导105可以在重叠区域135处直接与硅波导125物理耦合。换言之，SiN波导105可以遵循硅波导125的锥形。
应当理解，该具体的锥形构造旨在作为这种构造的一个示例，并且在其他实施例中，锥形的具体长度、锥形的方向或硅波导125和SiN波导105的相对配置可以不同。例如，在一些实施例中，硅波导125可以至少部分地在SiN波导105上方(相对于图的取向)，而不是在SiN波导105下方。在一些实施例中，重叠区域135内的锥形可以不是如图所示的线性的，而是可以是弯曲的、台阶状的或具有其他形状。在其他实施例中可以存在其他变化。
从图2中可以进一步看出收发器100的各种特征。例如，在一些实施例中，可能希望SiN波导105也从重叠区域135到SiN波导105光学耦合到光纤145的一部分锥形化。具体而言，如图所示，SiN波导105可以在SiN波导105的靠近重叠区域135的部分处具有宽度X1，并且在SiN波导105的与光纤145相邻的部分处具有宽度X2。在本实施例中，X2可以小于X1。更一般地，X1可以在约0.4微米和约13微米之间。X2可以在约0.05微米和约0.15微米之间。然而，应当意识到，在其他实施例中，SiN波导105可以不是锥形，可以以非线性方式锥形化，或者可以额外地或替代地在垂直方向(例如，平行于由z高度Z1和Z2指示的轴)上锥形化，而不是在所描绘的横向方向(例如，与SiN波导105所耦合的电介质层110的面平行)上锥形化。在其他实施例中可以存在其他变化。
在一些实施例中，代替Si波导125或除了Si波导125之外，SiN波导105可以是锥形的。为了避免冗余，未示出这样的实施例。在一些实施例中，可能期望SiN波导105的这种锥形，因为其可以允许灵活增加更厚的电介质层110，该电介质层110可以用作光学覆层。此外，由于模式尺寸扩展，锥形化SiN波导105可以提供增大的耦合效率。
图3和图4示出了替代收发器200，其可以包括与收发器100相似的一个或多个特征并与收发器100共享一个或多个特性。具体而言，图3示出了根据各实施例的光子收发器200的替代示例性侧视图。图4示出了根据各实施例的图3的光子收发器200的示例性俯视图。通常，可以将图4视为沿图3的A-A'线截取的视图。
收发器200可以包括SiN波导205、电介质层210、衬底层215、BOX层220、硅波导225、部件230和重叠区域235，这些部件可以分别类似于SiN波导105、电介质层110、衬底层115、BOX层120、硅波导125、部件130和重叠区域135并与其共享一种或多种特性。收发器200还可以与光纤245耦合，该光纤245可以类似于光纤145并且与光纤145共享一种或多种特性。
从图3和图4可以看出，收发器200可以与图1和图2的收发器100有一些变化。具体而言，如图所示，SiN波导205可以在横向上与硅波导225相邻，而不是部分地在硅波导225之上或之下。然而，在一些实施例中，SiN波导206可以包括至少在重叠区域235中垂直设置在硅波导225上方的部分206。该部分206可能适合补偿在硅波导225和SiN波导205之间传播的信号的特定光学模态。然而，应当理解，在一些实施例中，如果信号的光学模态不需要，则可以没有部分206。
如图4中所示，硅波导225可以横向地(例如，在与硅波导225耦合的BOX层220的表面平行的方向上)而不是垂直地(例如，如图1和图2所示)锥形化。此外，在图4中可以看出，SiN波导205可以不沿着SiN波导205的长度从重叠区域235到光纤245锥形化。在一些实施例中，SiN波导205的锥形可以延伸到重叠区域235中或穿过重叠区域235。
类似于收发器100，应当理解，收发器200旨在作为本公开的实施例的示例。硅波导225的锥形的特定形状或长度在其他实施例中可以不同，例如具有更长或更短的、弯曲的、阶梯状等的锥形。在一些实施例中，收发器的硅波导可以具有垂直和横向的锥形(例如，在收发器100和200中示出的锥形元件)。其他实施例可以变化。
图9示出了替代收发器500，其可以包括与收发器100相似的一个或多个特征并与收发器100共享一个或多个特性。具体而言，图9示出了根据各实施例的光子收发器500的替代示例性侧视图。收发器500可以包括SiN波导505、衬底层515、BOX层520、硅波导525、部件530和重叠区域535，这些部件可以分别类似于SiN波导105、衬底层115、BOX层120、硅波导125、部件130和重叠区域135并与其共享一种或多种特性。
收发器500可以包括与收发器100的各种差异。例如，可以注意到，衬底层515可以不包括诸如图1和2的电介质层110的电介质层。没有电介质层的原因可能是因为BOX层520的厚度Z4足以阻止光信号从SiN波导505泄漏到硅衬底515中。具体而言，BOX层520可以具有大约2微米或更厚的厚度Z4。
此外，如图9中所示，SiN波导505可以在重叠区域535中与硅波导525物理耦合。换言之，SiN波导505可以在整个重叠区域535中遵循硅波导525的锥形。应当理解，尽管硅波导525的锥形被描绘为垂直锥形(换言之，硅波导525从图的右侧向左侧由厚变薄)，在一些实施例中，硅波导525可以额外地或替代地包括横向锥形。在这些实施例中，SiN波导505同样可以在一个或多个维度中遵循硅波导525的锥形。
最后，如前所述，在一些实施例中，可能不存在诸如光纤145的光纤。相反，诸如硅波导545的替代光学元件可以存在于收发器500上。在一些实施例中(为了避免混乱而未示出)，硅波导545本身可以与诸如光纤145的光纤，诸如部件130/530的另一部件或某些其他元件耦合。在本实施例中，SiN波导505可以充当硅波导525和545之间的光学耦合。
硅波导545在重叠区域540可以具有与硅波导525的锥形相似的锥形。应当注意，在一些实施例中，SiN波导545可以在重叠区域540中与硅波导545光学或物理耦合，该重叠区域可类似于所示的重叠区域535。在绘示的实施例中，重叠区域540在比例、形状等方面可以与重叠区域535大致相同。然而，在其他实施例中，硅波导545的锥形类型可以不同于硅波导525的锥形。例如，硅波导545可以具有横向锥形，而硅波导525可以具有垂直锥形。在一些实施例中，SiN波导505可以不遵循硅波导525/545之一或两者的锥形。
如所指出的，本文的实施例可以提供许多优点。例如，在电介质层上存在SiN波导(例如，在电介质层110或210上的SiN波导105或205)可以实现低耦合损耗、低偏振相关损耗(PDL)和宽带宽。耦合器的长度可以比传统收发器中的短，因为光信号可以扩展通过沉积在SiN波导顶部的电介质层或包覆材料(例如，如图6所示)。另外，因为可以使用较薄的覆层，所以可以改善整个晶圆表面形貌。
通常，可以基于设计考虑、材料考虑或其他因素来组合本文中的各个附图或各个其他实施例的元件。例如，在一些实施例中，其中SiN波导可以遵循硅波导的锥形的图9的实施例可以存在于诸如图1-4的实施例中。在一些实施例中，在诸如图9的实施例中可以存在诸如电介质层110的电介质层。在可以组合各种所示实施例的一个或多个元件的其他实施例中同样可以存在其他变型。
图5和图6示出了示例性工艺流程，通过该示例性工艺流程可以形成诸如图1和图2的收发器100的收发器。应当理解，图5和图6旨在作为这种工艺流程的高度简化的实施例，并且该工艺流程的实际实施例与所述实施例相比可以包括更多或更少的元件，或以不同顺序(例如，彼此同时或以相反的顺序)执行的元件。应当理解，尽管相对于收发器100的元件总体上描绘和描述了工艺流程，但是在其他实施例中，该工艺流程可以全部或部分地以修改或不修改的方式应用于诸如收发器200的其他实施例或一些其他实施例。
工艺流程可以开始于301，其中BOX层320可以位于衬底层315上，并且硅波导325可以位于BOX层320上。衬底层315、BOX层320和硅波导325可以分别类似于衬底层115、BOX层120和硅波导125并分别与其共享一种或多种特性。BOX层320可以通过沉积、层压等设置在衬底层315上。类似地，硅波导325可以通过沉积、层压等设置在BOX层320上。在一些实施例中，将硅波导325设置在BOX层320上可以包括光刻工艺、蚀刻等。
然后，硅波导325可以被锥形化为302所示。如上所述，可以通过光学蚀刻、化学蚀刻、机械蚀刻、钻孔等来执行锥形化。在一些实施例中，可以在将硅波导325放置在BOX层320上之前对其进行预锥形化。
然后，如303所示，可以在衬底层315和BOX层320中形成空腔340。空腔340可以类似于图1的空腔140并且与其共享一种或多种特性。可以通过诸如光学蚀刻、化学蚀刻或机械蚀刻、钻孔或一些其他工艺来形成空腔340。应当理解，在其他实施例中，可以在衬底层315上形成BOX层320之前在衬底层315中预形成空腔340。在其他实施例中，可以在BOX层320上形成硅波导325之前在衬底层315和BOX层320中形成空腔340。
在304，可以在空腔340内形成电介质层310，并且如304所示，任选地可以在BOX层320或硅波导325的至少一部分上形成电介质层310。电介质层310可以类似于电介质层110并且与其共享一种或多种特性。可以通过诸如沉积、层压等技术来形成电介质层310。
在306，可以抛光(例如，通过机械或化学方式)电介质层310，然后可以将SiN波导305设置在电介质层310上。如上所述，可以通过诸如LPCVD或一些其他技术将SiN波导305设置在电介质层310上。设置SiN波导305还可以包括图案化、蚀刻或以其他方式处理SiN波导305。如果LPCVD技术在电介质层310的整个面上沉积SiN，如果需要SiN波导的锥形(如图2所示)或出于一些其他目的，则这种图案化可能是期望的。
如307所示，该技术可以包括进一步处理以形成类似于收发器100或200的收发器。例如，部件330可以与硅波导325耦合。部件330可以类似于部件130并且与其共享一种或多种特性。在一些实施例中，也可以在SiN波导305、硅波导325、部件330等上方的收发器上沉积包覆材料350。包覆材料350可以是例如氧化物基电介质材料(例如，SiO2)，而在其他实施例中，包覆材料350可以是一些其他材料。要指出的是，为了清晰和易于枚举附图，包覆材料350在图1-4和图9中未示出，但是可以存在于实际的实施例中。
图7示出了与诸如本文所述收发器的收发器的制造技术相关的示例流程图。与图5和图6的附图说明类似，应当理解，图7旨在作为这种工艺流程的高度简化的示例，并且该工艺流程的实际实施例与所述实施例相比可以包括更多或更少的元件，或以不同顺序(例如，彼此同时或以相反的顺序)执行的元件。应当理解，尽管相对于收发器100的元件总体上描绘和描述了工艺流程，但是在其他实施例中，该工艺流程可以全部或部分地以修改或不修改的方式应用于诸如收发器200的其他实施例或一些其他实施例。
在405，工艺可以包括在硅衬底上形成第一氧化物层。第一氧化物层可以类似于例如BOX层120，且硅衬底可以类似于例如衬底层115。如上所述，可以通过沉积、层压或一些其他技术来形成氧化物层。
在410，工艺可以进一步包括在第一氧化物层的面上形成硅波导。硅波导可以类似于例如硅波导125。如上所述，形成硅波导可以包括沉积、层压等，随后可以进行蚀刻、图案化等，以使硅波导成形或锥形化。
在415，工艺可以进一步包括在硅波导和硅衬底中形成空腔。空腔可以类似于例如空腔140。可以通过化学蚀刻、光学蚀刻(例如光刻工艺)、机械蚀刻或钻孔等来执行空腔的形成。
在420，工艺可以进一步包括在空腔中形成第二氧化物层。第二氧化物层可以类似于例如电介质层110。如上所述，形成第二氧化物层可以包括沉积、层压等。在形成第二氧化物层之后或期间，如上所述，可以对第二氧化物层进行图案化或抛光。
在425，工艺可以进一步包括在第二氧化物层上形成SiN波导。SiN波导可以类似于例如SiN波导105。可以通过LPCVD或一些其他技术来执行SiN波导105的形成。
图8是根据本文公开的任意实施例，可以包括一个或多个光学收发器的示例性电气装置1800的框图。图8中将若干部件示为包括在电气装置1800中，但在对应用适合的情况下，可以省略或复制这些部件中的任何一个或多个。在一些实施例中，可以将电气装置1800中包括的一些或全部部件附接到一个或多个母板。在一些实施例中，这些部件中的一些或全部被制造到单个片上系统(SoC)管芯上。
此外，在各实施例中，电气装置1800可以不包括图8中所示部件的一个或多个，但电气装置1800可以包括接口电路，以用于耦合到一个或多个部件。例如，电气装置1800可以不包括显示装置1806，但可以包括显示装置接口电路(例如，连接器和驱动器电路)，显示装置1806可以耦合到该显示装置接口电路。在另一组示例中，电气装置1800可以不包括音频输入装置1824或音频输出装置1808，但可以包括音频输入或输出装置接口电路(例如。连接器和支持电路)，音频输入装置1824或音频输出装置1808可以耦合到该音频输入或输出装置接口电路。
电气装置1800可以包括处理装置1802(例如，一个或多个处理装置)。如本文所用，术语“处理装置”或“处理器”可以指处理来自寄存器和/或存储器的电子数据以将该电子数据变换成可以存储于寄存器和/或存储器中的其他电子数据的任何装置或装置的部分。处理装置1802可以包括一个或多个数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、密码处理器(在硬件内执行加密算法的专用处理器)、服务器处理器或任何其他适当的处理装置。电气装置1800可以包括存储器1804，存储器自身可以包括一个或多个存储器装置，例如易失性存储器(例如，动态随机存取存储器(DRAM))、非易失性存储器(例如，只读存储器(ROM))、闪存存储器、固态存储器和/或硬盘驱动器。在一些实施例中，存储器1804可以包括与处理装置1802共享管芯的存储器。这种存储器可以被用作高速缓存存储器并且可以包括嵌入式动态随机存取存储器(eDRAM)或自旋转移矩磁随机存取存储器(STT-MRAM)。
在一些实施例中，电气装置1800可以包括通信芯片1812(例如，一个或多个通信芯片)。例如，通信芯片1812可以被配置为管理无线通信，以用于向电气装置1800传输数据以及传输来自电气装置1800的数据。术语“无线”及其派生词可以用于描述可以通过非固体介质经由使用调制电磁辐射来传送数据的电路、装置、系统、方法、技术、通信信道等。该术语并不暗示关联的装置不包含任何线路，尽管在一些实施例中它们可能不包含。
通信芯片1812可以实施若干无线标准或协议的任一种，包括但不限于电气和电子工程师协会(IEEE)标准，其包括Wi-Fi(IEEE 802.11系列)、IEEE802.16标准(例如，IEEE802.16-2005修订版)、长期演进(LTE)计划连同其任意修订版、更新和/或改版(例如，高级LTE计划、超级移动宽带(UMB)计划(也称为“3GPP2”)等)。IEEE 802.16兼容的宽带无线接入(BWA)网络通常称为WiMAX网络，是表示全球微波接入互操作的缩写，是用于通过IEEE802.16标准的符合和互操作测试的产品的证书标记。通信芯片1812可以根据全球移动通信系统(GSM)、通用分组无线电服务(GPRS)、通用移动通信系统(UMTS)、高速分组接入(HSPA)、演进的HSPA(E-HSPA)或LTE网络而工作。通信芯片1812可以根据用于GSM演进的增强数据(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)而工作。通信芯片1812可以根据码分多址(CDMA)、时分多址(TDMA)、数字增强无绳电信(DECT)、演进-数据优化(EV-DO)、其派生标准以及被指定为3G、4G、5G和更高标准的任何其他无线协议而工作。在其他实施例中，通信芯片1812可以根据其他无线协议工作。电气装置1800可以包括天线1822，以有助于无线通信和/或接收其他无线通信(例如AM或FM无线电发射)。
在一些实施例中，通信芯片1812可以管理有线通信，例如电、光、或任何其他适当的通信协议(例如，以太网)。如上所述，通信芯片1812可以包括多个通信芯片。例如，第一通信芯片1812可以专用于诸如Wi-Fi或蓝牙的短程无线通信，第二通信芯片1812可以专用于诸如全球定位系统(GPS)、EDGE、GPRS、CDMA、WiMAX、LTE、EV-DO或其他的长程无线通信。在一些实施例中，第一通信芯片1812可以专用于无线通信，第二通信芯片1812可以专用于有线通信。
电气装置1800可以包括电池/电源电路1814。电池/电源电路1814可以包括一个或多个能量存储装置(例如，电池或电容器)和/或电路，以用于将电气装置1800的部件耦合到与电气装置1800独立的能量源(例如，AC市电)。
电气装置1800可以包括显示装置1806(或对应的接口电路，如上所述)。显示装置1806可以包括任何视觉指示器，例如平视显示器、计算机监视器、投影仪、触摸屏显示器、液晶显示器(LCD)、发光二极管显示器或平板显示器。
电气装置1800可以包括音频输出装置1808(或对应的接口电路，如上所述)。音频输出装置1808可以包括产生可听指示符的任何装置，例如扬声器、头戴耳机或耳塞。
电气装置1800可以包括音频输入装置1824(或对应的接口电路，如上所述)。音频输入装置1824可以包括产生表示声音的信号的任何装置，例如麦克风、麦克风阵列或数字仪器(例如，具有乐器数字接口(MIDI)输出的仪器)。
电气装置1800可以包括GPS装置1818(或对应的接口电路，如上所述)。如现有技术所知，GPS装置1818可以与基于卫星的系统进行通信，并且可以接收电气装置1800的位置。
电气装置1800可以包括另一输出装置1810(或对应的接口电路，如上所述)。其他输出装置1810的示例可以包括音频编码解码器、视频编码解码器、打印机、有线或无线发射器，以用于向其他装置或额外的存储装置提供信息。
电气装置1800可以包括另一输入装置1820(或对应的接口电路，如上所述)。其他输入装置1820的示例可以包括加速度计、陀螺仪、罗盘、图像拍摄装置、键盘、诸如鼠标，触笔，触控板的光标控制装置、条形码读取器、快速响应码(QR)读取器、任何传感器、或射频识别(RFID)读取器。
电气装置1800可以具有任何期望的形状因子，例如手持或移动电气装置(例如，手机、智能电话、移动因特网装置、音乐播放器、平板计算机、膝上型计算机、上网本计算机、超级本计算机、个人数字助理(PDA)、超级移动个人计算机等)、台式电气装置、服务器装置或其他联网计算部件、打印机、扫描仪、监视器、机顶盒、娱乐控制单元、车辆控制单元、数字相机、数字视频录像机或可穿戴电气装置。在一些实施例中，电气装置1800可以是处理数据的任何其他电子装置。
各实施例的示例
示例1包括一种波分复用(WDM)收发器，包括：硅衬底，所述硅衬底在其第一部分具有沿z方向测量的第一z高度，并且在所述硅衬底不同于第一部分的第二部分具有沿z方向测量的第二z高度；第一氧化物层，其与所述硅衬底的第一部分耦合；第二氧化物层，其与硅衬底的第二部分耦合；硅波导层，其与第一氧化物层耦合；以及氮化硅波导层，其与第二氧化物层耦合，并且其中所述氮化硅波导层还与所述硅波导层的一部分耦合。
示例2包括示例1所述的WDM收发器，还包括与所述硅波导层耦合的光探测器、调制器或激光器。
示例3包括示例1所述的WDM收发器，其中所述氮化硅波导层与所述硅波导层在z方向上相邻。
示例4包括示例1所述的WDM收发器，其中所述氮化硅波导层与所述硅波导层在垂直于z方向的方向上相邻。
示例5包括示例1-4中任一项所述的WDM收发器，其中所述第二氧化物层还与所述第一氧化物层耦合。
示例6包括示例1-4中任一项所述的WDM收发器，其中所述第二部分的z高度小于所述第一部分的z高度。
示例7包括示例1-4中任一项所述的WDM收发器，其中所述硅波导层的该部分在垂直于z方向的方向上锥形化。
示例8包括示例1-4中任一项所述的WDM收发器，其中所述硅波导层的该部分在所述z方向上锥形化。
示例9包括一种光学器件，包括：第一氧化物层，其在z方向上测量的厚度为至少2微米；硅波导，其与第一氧化物层耦合，其中所述硅波导包括锥形部分；以及氮化硅波导，其与所述硅波导的锥形部分相邻；其中所述氮化硅波导在硅波导的锥形部分处与所述硅波导重叠，并且所述氮化硅波导与所述硅波导光学耦合。
示例10包括示例9所述的光学器件，其中所述氮化硅波导与所述硅波导的锥形部分物理耦合。
示例11包括示例9所述的光学器件，其中所述氮化硅波导与所述硅波导在z方向上重叠。
示例12包括示例9所述的光学器件，其中所述氮化硅波导与所述硅波导在与z方向垂直的横向方向上重叠。
示例13包括示例9-12中任一项所述的光学器件，还包括具有不同于第一厚度的第二厚度的第二氧化物层，其中所述第二氧化物层与所述第一氧化物层相邻，并且所述氮化硅波导与所述第二氧化物层耦合。
示例14包括示例13所述的光学器件，还包括硅层，所述硅层与所述第一和所述第二氧化物层耦合，使得所述第一氧化物层位于所述硅波导和所述硅层之间，并且所述第二氧化物层位于所述氮化硅波导和所述硅层之间。
示例15包括示例13所述的光学器件，还包括第三氧化物层，所述第三氧化物层与所述硅波导和所述氮化硅波导耦合，使得所述硅波导位于所述第一氧化物层和所述第三氧化物层之间，并且所述氮化硅波导位于所述第二氧化物层和所述第三氧化物层之间。
示例16包括一种形成用于波分复用(WDM)收发器中的光学耦合的方法，该方法包括：在硅衬底上形成第一氧化物层；在所述第一氧化物层的面上形成硅波导；在所述硅波导和所述硅衬底中形成空腔；在所述空腔中形成第二氧化物层；以及在所述第二氧化物层上形成氮化硅波导，其中所述氮化硅波导与所述硅波导的部分重叠。
示例17包括示例16所述的方法，其中形成所述硅波导包括在垂直于所述第一氧化物层的面的方向上使所述硅波导的部分锥形化。
示例18包括示例16所述的方法，其中形成所述硅波导包括在平行于所述第一氧化物层的面的方向上使所述硅波导的部分锥形化。
示例19包括示例16-18中任一项所述的方法，其中所述氮化硅波导在平行于所述第一氧化物层的面的方向上相邻于所述硅波导的所述部分。
示例20包括示例16-18中任一项所述的方法，其中所述硅波导的所述部分位于所述氮化硅波导和所述第一氧化物层之间。
各实施例可以包括上述实施例的任意适当组合，包括以以上实施例的联合形式(和)(例如，“和”可以是“和/或”)描述的实施例的替代(或)实施例。此外，一些实施例可以包括一种或多种制品(例如，非暂态计算机可读介质)，其上存储了在被执行时导致上述实施例的任何实施例的动作的指令。此外，一些实施例可以包括具有用于执行上述实施例的各种操作的任何适当模块的设备或系统。
例示实施例的以上描述，包括摘要中描述的内容，并非意在是穷尽的或将本发明限制为所公开的精确形式。尽管出于例示性目的在这里描述了各种实施例或概念的具体实施方式和示例，但相关领域的技术人员将认识到，各种等价修改都是可能的。可以考虑到以上详细描述、摘要、附图或权利要求做出这些修改。

Claims (20)

1.一种波分复用(WDM)收发器，包括：
硅衬底，所述硅衬底在所述硅衬底的第一部分具有沿z方向测量的第一z高度，并且在所述硅衬底的不同于所述第一部分的第二部分具有沿所述z方向测量的第二z高度；
第一氧化物层，所述第一氧化物层与所述硅衬底的所述第一部分耦合；
第二氧化物层，所述第二氧化物层与所述硅衬底的所述第二部分耦合；
硅波导层，所述硅波导层与所述第一氧化物层耦合；以及
氮化硅波导层，所述氮化硅波导层与所述第二氧化物层耦合，并且其中，所述氮化硅波导层还与所述硅波导层的一部分耦合。
2.根据权利要求1所述的WDM收发器，还包括与所述硅波导层耦合的光探测器、调制器或激光器。
3.根据权利要求1所述的WDM收发器，其中，所述氮化硅波导层与所述硅波导层在所述z方向上相邻。
4.根据权利要求1所述的WDM收发器，其中，所述氮化硅波导层与所述硅波导层在垂直于所述z方向的方向上相邻。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的WDM收发器，其中，所述第二氧化物层还与所述第一氧化物层耦合。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的WDM收发器，其中，所述第二部分的所述z高度小于所述第一部分的所述z高度。
7.根据权利要求1-4中任一项所述的WDM收发器，其中，所述硅波导层的所述部分在垂直于所述z方向的方向上锥形化。
8.根据权利要求1-4中任一项所述的WDM收发器，其中，所述硅波导层的所述部分在所述z方向上锥形化。
9.一种光学器件，包括：
第一氧化物层，所述第一氧化物层在z方向上测量的厚度为至少2微米；
硅波导，所述硅波导与所述第一氧化物层耦合，其中，所述硅波导包括锥形部分；以及
氮化硅波导，所述氮化硅波导与所述硅波导的所述锥形部分相邻；
其中，所述氮化硅波导在所述硅波导的所述锥形部分处与所述硅波导重叠，并且所述氮化硅波导与所述硅波导光学耦合。
10.根据权利要求9所述的光学器件，其中，所述氮化硅波导与所述硅波导的所述锥形部分物理耦合。
11.根据权利要求9所述的光学器件，其中，所述氮化硅波导与所述硅波导在所述z方向上重叠。
12.根据权利要求9所述的光学器件，其中，所述氮化硅波导与所述硅波导在与所述z方向垂直的横向方向上重叠。
13.根据权利要求9-12中任一项所述的光学器件，其中，所述厚度是第一厚度，所述光学器件还包括具有不同于所述第一厚度的第二厚度的第二氧化物层，所述第二氧化物层与所述第一氧化物层相邻，并且所述氮化硅波导与所述第二氧化物层耦合。
14.根据权利要求13所述的光学器件，还包括硅层，所述硅层与所述第一氧化物层和所述第二氧化物层耦合，使得所述第一氧化物层位于所述硅波导和所述硅层之间并且所述第二氧化物层位于所述氮化硅波导和所述硅层之间。
15.根据权利要求13所述的光学器件，还包括第三氧化物层，所述第三氧化物层与所述硅波导和所述氮化硅波导耦合，使得所述硅波导位于所述第一氧化物层和所述第三氧化物层之间并且所述氮化硅波导位于所述第二氧化物层和所述第三氧化物层之间。
16.一种形成用于波分复用(WDM)收发器中的光学耦合的方法，所述方法包括：
在硅衬底上形成第一氧化物层；
在所述第一氧化物层的面上形成硅波导；
在所述硅波导和所述硅衬底中形成空腔；
在所述空腔中形成第二氧化物层；以及
在所述第二氧化物层上形成氮化硅波导，其中，所述氮化硅波导与所述硅波导的一部分重叠。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，形成所述硅波导包括在垂直于所述第一氧化物层的所述面的方向上使所述硅波导的所述部分锥形化。
18.根据权利要求16所述的方法，其中，形成所述硅波导包括在平行于所述第一氧化物层的所述面的方向上使所述硅波导的所述部分锥形化。
19.根据权利要求16-18中任一项所述的方法，其中，所述氮化硅波导在平行于所述第一氧化物层的所述面的方向上与所述硅波导的所述部分相邻。
20.根据权利要求16-18中任一项所述的方法，其中，所述硅波导的所述部分位于所述氮化硅波导和所述第一氧化物层之间。
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