CN117434647A - 具有多层级非接触式布置的波导交叉 - Google Patents
具有多层级非接触式布置的波导交叉 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117434647A CN117434647A CN202310747153.1A CN202310747153A CN117434647A CN 117434647 A CN117434647 A CN 117434647A CN 202310747153 A CN202310747153 A CN 202310747153A CN 117434647 A CN117434647 A CN 117434647A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- waveguide
- waveguide core
- segment
- bend
- core
- 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.)
- Pending
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 19
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 19
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 19
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 claims description 11
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 10
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 18
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 9
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 9
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 9
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 8
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 8
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 8
- 230000008859 change Effects 0.000 description 7
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 7
- 230000008569 process Effects 0.000 description 7
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 7
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 6
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 5
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 4
- 230000006870 function Effects 0.000 description 4
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 3
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 3
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 3
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N Tetraethyl orthosilicate Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)OCC BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 238000000149 argon plasma sintering Methods 0.000 description 1
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000013067 intermediate product Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 1
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000003672 processing method Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
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
- G02B6/10—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
- G02B6/12002—Three-dimensional structures
-
- 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
- G02B2006/121—Channel; buried or the like
-
- 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
- G02B2006/12119—Bend
-
- 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
- G02B2006/12147—Coupler
-
- 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
- G02B6/1228—Tapered waveguides, e.g. integrated spot-size transformers
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Optical Integrated Circuits (AREA)
Abstract
本发明涉及具有多层级非接触式布置的波导交叉,提供用于波导交叉的结构以及制造用于波导交叉的结构的方法。该结构包括第一波导芯及第二波导芯,该第一波导芯及该第二波导芯分别包括第一段、第二段、以及将该第一段与该第二段连接的第一波导弯曲。该第二段终止该第一波导芯。该第二段终止该第二波导芯。该第二波导弯曲的侧表面与该第一波导弯曲的侧表面由间隙隔开。第三波导芯通过与该第一波导芯的该第二段具有重叠布置的段终止。第四波导芯通过与该第二波导芯的该第二段具有重叠布置的段终止。
Description
技术领域
本申请涉及光子芯片(photonics chip),尤其涉及用于波导交叉(waveguidecrossing)的结构以及制造用于波导交叉的结构的方法。
背景技术
光子芯片用于许多应用及系统中,包括但不限于数据通信系统及数据计算系统。光子芯片将光学组件与电子组件集成于统一的平台中。除其它因素以外,布局面积、成本以及操作开销可通过在同一芯片上集成两种类型的组件来减小。
波导交叉是光子芯片中所使用的构建块,以提供光传播路径。波导芯(waveguidecore)可被布置于光子芯片的多个层级(level)中。例如,可通过图案化材料层在下方层级中形成波导芯,并可通过图案化另一个材料层在上方层级中形成波导芯。在该光子芯片的布局中,位于该上方层级中的该波导芯可布设于该下方层级中的该波导芯上方并穿过它。由于在该不同层级中的该波导芯的紧密局部靠近所引起的强光散射,此类波导交叉可导致显著的插入损耗(insertion loss)及高串扰(cross-talk)。
需要改进的用于波导交叉的结构以及制造用于波导交叉的结构的方法。
发明内容
在本发明的一个实施例中,提供一种用于波导交叉的结构。该结构包括第一波导芯,该第一波导芯包括第一段(section)、第二段、以及将该第一段与该第二段连接的第一波导弯曲(waveguide bend)。该第二段终止该第一波导芯,且该第一波导芯具有围绕该第一波导弯曲延伸的第一侧表面。该结构还包括第二波导芯,该第二波导芯包括第一段、第二段、以及将该第一段与该第二段连接的第二波导弯曲。该第二段终止该第二波导芯,该第二波导芯具有围绕该第二波导弯曲延伸的第二侧表面,且该第二波导弯曲与该第一波导弯曲通过该第二侧表面与该第一侧表面之间的间隙隔开。该结构还包括:第三波导芯,包括终止该第三波导芯的段;以及第四波导芯,包括终止该第四波导芯的段。该第三波导芯的该段与该第一波导芯的该第二段具有第一重叠布置,且该第四波导芯的该段与该第二波导芯的该第二段具有第二重叠布置。
在本发明的一个实施例中,提供一种用于波导交叉的结构。该结构包括:包括第一波导弯曲的第一波导芯以及包括第二波导弯曲的第二波导芯。该第一波导芯具有围绕该第一波导弯曲延伸的第一侧表面,该第二波导芯具有围绕该第二波导弯曲延伸的第二侧表面,且该第二波导弯曲与该第一波导弯曲通过该第二侧表面与该第一侧表面之间的间隙隔开。该结构还包括:第三波导芯,包括终止该第三波导芯的段;以及第四波导芯,包括终止该第四波导芯的段。该第三波导芯的该段与该第一波导芯的该第一波导弯曲具有第一重叠布置,且该第四波导芯的该段与该第二波导芯的该第一波导弯曲具有第二重叠布置。
在本发明的一个实施例中,提供一种形成用于波导交叉的结构的方法。该方法包括形成第一波导芯,该第一波导芯包括第一段、第二段、以及将该第一段与该第二段连接的第一波导弯曲。该第二段终止该第一波导芯,且该第一波导芯具有围绕该第一波导弯曲延伸的第一侧表面。该方法还包括形成第二波导芯,该第二波导芯包括第一段、第二段、以及将该第一段与该第二段连接的第二波导弯曲。该第二段终止该第二波导芯,该第二波导芯具有围绕该第二波导弯曲延伸的第二侧表面,且该第二波导弯曲与该第一波导弯曲通过该第二侧表面与该第一侧表面之间的间隙隔开。该方法还包括:形成第三波导芯,该第三波导芯包括终止该第三波导芯的段;以及形成第四波导芯,该第四波导芯包括终止该第四波导芯的段。该第三波导芯的该段与该第一波导芯的该第二段具有第一重叠布置,且该第四波导芯的该段与该第二波导芯的该第二段具有第二重叠布置。
附图说明
包含于并构成本说明书的一部分的附图示例说明本发明的各种实施例,并与上面所作的有关本发明的概括说明以及下面所作的有关该些实施例的详细说明一起用以解释本发明的该些实施例。在该些附图中,类似的附图标记表示不同视图中类似的特征。
图1显示依据本发明的实施例处于制程方法的初始制造阶段的结构的顶视图。
图2显示大体沿图1中的线2-2所作的剖视图。
图3显示处于图1之后的该制程方法的制造阶段的该结构的顶视图。
图4显示大体沿图3中的线4-4所作的剖视图。
图4A显示大体沿图3中的线4A-4A所作的剖视图。
图5、5A显示处于图4、4A之后的该制程方法的制造阶段的该结构的剖视图。
图6显示依据本发明的替代实施例的结构的顶视图。
图7显示依据本发明的替代实施例的结构的顶视图。
图8显示依据本发明的替代实施例的结构的顶视图。
图9及10显示依据本发明的替代实施例的结构的顶视图。
图10A显示大体沿图10中的线10A-10A所作的剖视图。
图11显示依据本发明的替代实施例的结构的顶视图。
图11A显示大体沿图11中的线11A-11A所作的剖视图。
图12显示处于图11之后的该制程方法的制造阶段的该结构的顶视图。
图12A显示大体沿图12中的线12A-12A所作的剖视图。
图13显示依据本发明的替代实施例的结构的示意顶视图。
具体实施方式
请参照图1、2并依据本发明的实施例,用于非接触式波导交叉的结构10包括设置于介电层15及衬底16上方的波导芯12及波导芯14。在一个实施例中,介电层15可由介电材料组成,例如二氧化硅,且衬底16可由半导体材料组成,例如单晶硅。在一个实施例中,介电层15可为绝缘体上硅(silicon-on-insulator)衬底的埋置氧化物层,且介电层15可将波导芯12、14与衬底16隔开。在一个替代实施例中,由例如二氧化硅组成的一个或多个额外介电层可将波导芯12、14与介电层15隔开。在一个替代实施例中,衬底16可包括位于波导芯12、14下方的底切(undercut)或腔体(cavity)。
在一个实施例中,波导芯12、14可由折射率大于二氧化硅的折射率的材料组成。在一个实施例中,波导芯12、14可由半导体材料组成,例如单晶硅。在一个替代实施例中,波导芯12、14可由介电材料组成,例如氮化硅、氮氧化硅、或氧化铝。在替代实施例中,可使用其它材料(例如聚合物或第III-V族化合物半导体)形成波导芯12、14。
在一个实施例中,可利用光刻及蚀刻制程通过图案化材料层来形成波导芯12、14。在一个实施例中,可通过图案化绝缘体上硅衬底的装置层的半导体材料(例如,单晶硅)来形成波导芯12、14。在一个实施例中,可通过图案化材料(例如,氮化硅)沉积层来形成波导芯12、14。在一个替代实施例中,可将板层(slab layer)与波导芯12、14的下部连接。可在图案化波导芯12、14时形成该板层,且该板层(设置于介电层15上)具有小于波导芯12、14的厚度的厚度。
波导芯12具有沿纵轴17延伸的段18、沿纵轴19延伸的段20,以及沿弯曲中心线延伸并有效地提供将段18与段20连接的弯曲段的波导弯曲22。由于波导弯曲22所提供的方向变化,波导芯12的段18的纵轴17相对于波导芯12的段20的纵轴19成一定角度或倾斜。波导芯12的段20包括终止波导芯12的端部。在一个实施例中,波导芯12的段20可为锥形,其宽度尺寸随着与该终止端部的距离减小而减小。
波导芯14具有沿纵轴23延伸的段24、沿纵轴25延伸的段26,以及沿弯曲中心线延伸并有效地提供将段24与段26连接的弯曲段的波导弯曲28。由于波导弯曲28所提供的方向变化,波导芯14的段24的纵轴23相对于波导芯14的段26的纵轴25成一定角度或倾斜。波导芯14的段26包括终止波导芯14的端部。在一个实施例中,波导芯14的段26可为锥形,其宽度尺寸随着与该终止端部的距离减小而减小。
波导芯12包括呈相对侧表面30、32的形式的侧壁。侧表面30、32在波导芯12的段18、20上方可为平直的,且侧表面30、32在波导芯12的波导弯曲22上方可为弯曲的。波导芯12的侧表面30布置于波导弯曲22的内半径处,且波导芯的侧表面32布置于波导弯曲22的外半径处。
波导芯14包括呈相对侧表面34、36的形式的侧壁。侧表面34、36在波导芯14的段24、26上方可为平直的,且侧表面34、36在波导芯14的波导弯曲28上方可为弯曲的。侧表面34布置于波导弯曲28的内半径处,且侧表面36布置于波导弯曲28的外半径处。
波导芯12的段18的纵轴17可与波导芯14的段26的纵轴25共线(collinear)或基本共线地排列。类似地,波导芯12的段20的纵轴19可与波导芯14的段24的纵轴23共线或基本共线地排列。在一个实施例中,波导弯曲22可经弯曲以提供90°的方向变化,从而使纵轴17、19垂直。在一个实施例中,波导弯曲28可经弯曲以提供90°的方向变化,从而使纵轴23、25垂直。不过,对于波导弯曲22、28的其中一个或两个,可选择非直角曲率,以提供由不同的角度倾斜表征的方向变化。
波导弯曲22、28的形状可为环扇形的特征,其中,各波导弯曲22,28的内半径和外半径成形为具有恒定曲率的弧(arc)。在替代实施例中,波导弯曲22、28可依据提供绝热弯曲的另一种曲线(例如具有由等式或公式(例如正弦函数、余弦函数、样条函数、欧拉螺旋函数等)描述的复杂曲率的曲线)成形。在一个实施例中,波导弯曲22的内半径和外半径的曲率可分别等于波导弯曲28的内半径和外半径的曲率。在一个替代实施例中,波导弯曲22可具有不等于波导弯曲28的曲率的曲率。
波导弯曲22邻近波导芯14的波导弯曲28沿波导芯12的长度布置,以定义耦合区。波导弯曲22在外侧表面32凸出,且波导弯曲28在外侧表面36凸出。在波导弯曲22的外半径处的侧表面32与波导弯曲28的外半径处的侧表面36之间的间隙具有间隙距离D,其经选择以促进光传输。间隙距离D可为波长依赖的,且代表侧表面32、36的最小间隔距离。间隙距离D可为沿着垂直于两个侧表面32、36的线测量的从波导弯曲22的外半径处的侧表面32至波导弯曲28的外半径处的侧表面36的垂直距离。在一个实施例中,依据所传输的光的波长(λ),间隙距离D可在从0.03*λ至2*λ的范围内变化。
光可通过在该耦合区内的波导弯曲22、28之间的光耦合而在波导芯12、14之间传输。例如,在波导芯12中传播的光可从波导芯12的波导弯曲22被传输至波导芯14的波导弯曲28。尽管波导芯12、14没有物理交叉且不接触,但实现了光传输。
请参照图3、4、4A,其中,类似的附图标记表示图1、2中类似的特征,且在下一制造阶段,在波导芯12、14上方形成介电层38。介电层38可由经沉积并接着被平坦化的介电材料(例如二氧化硅)组成。在一个实施例中,波导芯12、14可嵌埋于介电层38中,该介电层可厚于波导芯12、14。构成介电层38的介电材料可具有小于构成波导芯12、14的材料的折射率的折射率。
在介电层38上方设置波导芯42及波导芯44。在一个实施例中,波导芯42、44可由折射率大于二氧化硅的折射率的材料组成。在一个实施例中,波导芯42、44可由介电材料组成,例如氮化硅、氮氧化硅、或氧化铝。在一个替代实施例中,波导芯42、44可由半导体材料组成,例如多晶硅。在替代实施例中,可使用其它材料(例如聚合物或第III-V族化合物半导体)形成波导芯42、44。
在一个实施例中,可利用光刻及蚀刻制程通过图案化材料层来形成波导芯42、44。在一个实施例中,可通过图案化材料(例如,氮化硅)沉积层来形成波导芯42、44。在一个实施例中,可将板层与波导芯42、44的下部连接。可在图案化波导芯42、44时形成该板层,且该板层(设置于介电层38上)具有小于波导芯42、44的厚度的厚度。
波导芯42具有沿纵轴47延伸的段46。波导芯42的段46包括终止波导芯42的端部。波导芯42包括呈相对侧表面50、52的形式的侧壁。在一个实施例中,波导芯42的段46可为锥形,在侧表面50、52之间的宽度尺寸随着与该终止端部的距离减小而减小。波导芯42的段46与波导芯12的段20呈重叠布置设置。
波导芯44具有沿纵轴49延伸的段48。波导芯44的段48的纵轴49可与波导芯42的段46的纵轴47共线或基本共线地排列。波导芯44的段48包括终止波导芯44的端部。波导芯44包括呈相对侧表面54、56的形式的侧壁。在一个实施例中,波导芯44的段48可为锥形,在侧表面54、56之间的宽度尺寸随着与该终止端部的距离减小而减小。波导芯44的段48与波导芯14的段24呈重叠布置设置。
光可通过在重叠段20、46之间的光耦合、在该耦合区内的波导弯曲22、28之间的光耦合、以及在重叠段24、48之间的光耦合而在波导芯42与波导芯44之间传输。例如,在波导芯42中传播的光可从段46被传输至波导芯12的段20,从波导芯12的波导弯曲22被传输至该耦合区内的波导芯14的波导弯曲28,以及从波导芯14的段24被传输至波导芯44的段48。
请参照图5、5A,其中,类似的附图标记表示图4、4A中类似的特征,且在下一制造阶段,在波导芯42、44上方形成介电层58。介电层58可由经沉积并接着被平坦化的介电材料(例如二氧化硅)组成。在一个实施例中,波导芯42、44可嵌埋于介电层58中,该介电层可厚于波导芯42、44。构成介电层58的介电材料可具有小于构成波导芯42、44的材料的折射率的折射率。
可在介电层58上方形成后端工艺(back-end-of-line)堆叠60。后端工艺堆叠60可包括堆叠介电层,其中,各介电层由介电材料组成,例如二氧化硅、氮化硅、正硅酸乙酯(tetraethylorthosilicate)二氧化硅、或氟化正硅酸乙酯(fluorinated-tetraethylorthosilicate)二氧化硅。
波导芯12、14定义波导交叉的一个臂的光路径,且波导芯42、44定义波导交叉的另一个臂的光路径。波导弯曲22、28有效充当针对包括波导芯12、14的臂的非接触式波导交叉的部分。波导弯曲22、28,重叠段20、46,以及重叠段24、48有效充当针对包括波导芯42、44的臂的非接触式波导交叉的部分。与传统的波导交叉相比,该非接触式波导交叉可由插入损耗降低而不增加串扰来表征。
请参照图6并依据替代实施例,可在形成波导芯12的光刻及蚀刻制程期间图案化波导弯曲22,以提供多个片段(segment)62,该些片段通过从侧表面30完全延伸至侧表面32的间隙或空隙隔开。类似地,可在形成波导芯14的光刻及蚀刻制程期间图案化波导弯曲28,以提供多个片段64,该些片段通过从侧表面34完全延伸至侧表面36的间隙或空隙隔开。波导芯12在分段波导弯曲22上是不连续的,且波导芯14在分段波导弯曲28上也是不连续的。介电层38的介电材料位于波导弯曲22的片段62之间的空隙中以及波导弯曲28的片段64之间的空隙中。
在一个实施例中,片段62及/或片段64的间距(pitch)及占空比(duty cycle)可为均匀的,以定义周期性布置。在替代实施例中,片段62及/或片段64的间距及占空比可为变迹的(也就是,不均匀的),以定义非周期性布置。在一个实施例中,片段62及片段64可具有相等的间距及相等的占空因素。片段62及片段64可以足够小的间距来进行尺寸设计及定位,以定义不会辐射或反射在操作波长(例如在400nm至3000nm的范围内的波长)的光的亚波长(sub-wavelength)光栅结构。
请参照图7并依据替代实施例,波导弯曲22可包括片段62,而波导弯曲28可为连续的,因此没有片段64,从而提供复合结构10,其中,波导弯曲22是分段的,而波导弯曲28是不分段的。此组合提供一种复合结构,其中,波导弯曲22、28在结构上不同。
请参照图8并依据替代实施例,可修改波导弯曲22以增加段66,该段是不弯曲的且中断其连续曲率。波导弯曲22可包括将段66与波导芯12的段18连接的弯曲段68,以及将段66与波导芯12的段20连接的弯曲段70。段66连接弯曲段68、70,且在弯曲段68与弯曲段70之间沿波导弯曲22的长度布置。弯曲段68、70共同提供波导芯12的段18与段20之间的方向变化。
也可修改波导弯曲28以增加段72,该段是不弯曲的且中断其连续曲率。波导弯曲28可包括将段72与波导芯14的段24连接的弯曲段74,以及将段66与波导芯14的段26连接的弯曲段76。段72连接弯曲段74、76,且在弯曲段74与弯曲段76之间沿波导弯曲28的长度布置。弯曲段74、76共同提供波导芯14的段24与段26之间的方向变化。
在一个实施例中,波导弯曲22的段66及波导弯曲28的段72可为平直的或基本平直的,且段66、72可由间隙距离D隔开。波导弯曲22的段66可具有长度L1,且波导弯曲28的段72可具有长度L2。在一个实施例中,段66与72的长度可基本相等。在一个实施例中,段66的长度L1与段72的长度L2可不相等,这可引入与长度差成比例的相位延迟。段66的长度L1与段72的长度L2之比(ratio)可确定分配比。
在一个实施例中,可将包括不弯曲段66的波导弯曲22及/或包括不弯曲段72的波导弯曲28如结合图6及7所述那样分段。在一个替代实施例中,可仅将段66、72的其中一个或两个分段。
请参照图9、10、10A并依据替代实施例,可颠倒波导芯12、14与波导芯42、44的该堆叠。在此方面,可在介电层15上形成与波导芯42、44类似的波导芯41、43,并可在介电层38上形成与波导芯12、14类似的波导芯11、13。在一个替代实施例中,波导芯11的波导弯曲22及/或波导芯13的波导弯曲28可经分割以包含与片段62、64类似的片段。
请参照图11、11A并依据替代实施例,可修改波导芯12、14与波导芯42、44之间的重叠。在此方面,波导芯12、14可形成有缩短的波导弯曲22、28以及锥形的延长段20、24。
请参照图12、12A,其中,类似的附图标记表示图11、11A中类似的特征,且在下一制造阶段,可在波导芯12、14上方形成波导芯42、44。可修改波导芯42以包括将段77与终止段46连接的波导弯曲78,并修改波导芯44以包括将段79与终止段48连接的波导弯曲80。波导弯曲78与段20呈重叠布置设置,且波导弯曲80与段24呈重叠布置设置。
光可通过波导芯42的波导弯曲78与波导芯12的重叠段20以及波导芯44的波导弯曲80与波导芯14的重叠段24之间的光学耦合在波导芯12、14之间的波导交叉的一个臂中传输。光也可通过波导芯42的波导弯曲78与波导芯12的重叠段20以及波导芯44的波导弯曲80与波导芯14的重叠段24之间的光学耦合在波导芯42、44之间的波导交叉的另一个臂中传输。
在一个替代实施例中,可颠倒波导芯12、14与波导芯42、44的该堆叠。在一个替代实施例中,波导芯42的波导弯曲78及波导芯12的重叠段20可经分割以包括与片段62、64类似的片段,且波导芯44的波导弯曲80及波导芯14的重叠段24可经分割以包括与片段62、64类似的片段。
请参照图13并依据替代实施例,可复制并布置任意所述实施例的结构10,以形成光子集成电路中基本相同的波导交叉的nxn阵列90中的元件。在本文中披露的各种实施例中,结构10可实现波导交叉的高密度及大规模的nxn阵列90的构造。
例如,在输入82、84、86处的光可沿平面中的一个方向(例如,x-y笛卡尔平面中的x方向)沿穿过nxn阵列90的路径被传输至输出83、85、87,且在输入92、94、96处的光可沿该平面中的正交方向(例如x-y笛卡尔平面中的y方向)沿穿过nxn阵列90的路径被传输至输出93、95、97的路径。在一个实施例中,可调节结构10的分配比,以使在输入82、84、86处的光强度不同于在输出83、85、87处的光强度,以及/或者在输入92、94、96处的光强度不同于在输出93、95、97处的光强度。
上述方法用于集成电路芯片的制造。制造者可以原始晶圆形式(例如,作为具有多个未封装芯片的单个晶圆)、作为裸芯片、或者以封装形式分配所得的集成电路芯片。可将该芯片与其它芯片、分立电路元件和/或其它信号处理装置集成,作为中间产品或最终产品的部分。该最终产品可为包括集成电路芯片的任意产品,例如具有中央处理器的电脑产品或智能手机。
本文中引用的由近似语言例如“大约”、“大致”及“基本上”所修饰的术语不限于所指定的精确值。该近似语言可对应于用以测量该值的仪器的精度,且除非另外依赖于该仪器的精度,否则可表示所述值的+/-10%。
本文中引用术语例如“垂直”、“水平”等作为示例来建立参考框架,并非限制。本文中所使用的术语“水平”被定义为与半导体衬底的传统平面平行的平面,而不论其实际的三维空间取向。术语“垂直”及“正交”是指垂直于如刚刚所定义的水平面的在该参考框架中的方向。术语“横向”是指在该水平平面内的该参考框架中的方向。
与另一个特征“连接”或“耦接”的特征可与该另一个特征直接连接或耦接,或者可存在一个或多个中间特征。如果不存在中间特征,则特征可与另一个特征“直接连接”或“直接耦接”。如存在至少一个中间特征,则特征可与另一个特征“间接连接”或“间接耦接”。在另一个特征“上”或与其“接触”的特征可直接在该另一个特征上或与其直接接触,或者可存在一个或多个中间特征。如果不存在中间特征,则特征可直接在另一个特征“上”或与其“直接接触”。如存在至少一个中间特征,则特征可“间接”在另一个特征“上”或与其“间接接触”。若一个特征在直接接触或间接接触的情况下延伸于另一个特征上方并覆盖其部分,则不同的特征“重叠”。
对本发明的各种实施例所作的说明是出于示例说明的目的,而非意图详尽无遗或限于所披露的实施例。许多修改及变更对于本领域的普通技术人员将显而易见,而不背离所述实施例的范围及精神。本文中所使用的术语经选择以最佳解释实施例的原理、实际应用或在市场已知技术上的技术改进,或者使本领域的普通技术人员能够理解本文中所披露的实施例。
Claims (20)
1.一种用于波导交叉的结构,其特征在于,该结构包括:
第一波导芯,包括第一段、第二段、以及将该第一段与该第二段连接的第一波导弯曲,该第二段终止该第一波导芯,且该第一波导芯具有围绕该第一波导弯曲延伸的第一侧表面;
第二波导芯,包括第一段、第二段、以及将该第一段与该第二段连接的第二波导弯曲,该第二段终止该第二波导芯,该第二波导芯具有围绕该第二波导弯曲延伸的第二侧表面,且该第二波导弯曲与该第一波导弯曲通过该第二侧表面与该第一侧表面间的间隙隔开;
第三波导芯,包括终止该第三波导芯的段,该第三波导芯的该段与该第一波导芯的该第二段具有第一重叠布置;以及
第四波导芯,包括终止该第四波导芯的段,该第四波导芯的该段与该第二波导芯的该第二段具有第二重叠布置。
2.如权利要求1所述的结构,其特征在于,该第一波导弯曲包括以第一弯曲弧布置的多个第一片段。
3.如权利要求2所述的结构,其特征在于,该第二波导弯曲包括以第二弯曲弧布置的多个第二片段。
4.如权利要求3所述的结构,其特征在于,该多个第一片段与该多个第二片段通过间隙隔开,且该间隙由介电材料填充。
5.如权利要求3所述的结构,其特征在于,该多个第一片段包括第一亚波长光栅,且该多个第二片段包括第二亚波长光栅。
6.如权利要求1所述的结构,其特征在于,该波导交叉是包括于波导交叉阵列中的元件。
7.如权利要求1所述的结构,其特征在于,该第一波导芯的该第一段沿第一纵轴排列,该第二波导芯的该第一段沿第二纵轴排列,且该第一纵轴与该第二纵轴线基本共线。
8.如权利要求7所述的结构,其特征在于,该第三波导芯的该段沿第三纵轴排列,该第四波导芯的该段沿第四纵轴排列,且该第三纵轴与该第四纵轴线基本共线。
9.如权利要求8所述的结构,其特征在于,该第一纵轴相对于该第三纵轴成第一角度,且该第二纵轴相对于该第四纵轴成第二角度。
10.如权利要求8所述的结构,其特征在于,该第一纵轴与该第三纵轴横向对齐,且该第二纵轴与该第四纵轴横向对齐。
11.如权利要求1所述的结构,其特征在于,该第一波导芯的该第一波导弯曲包括第一弯曲段、第二弯曲段、以及将该第一弯曲段与该第二弯曲段连接的第一非弯曲段,且该第二波导芯的该第一波导弯曲包括第一弯曲段、第二弯曲段、以及将该第一弯曲段与该第二弯曲段连接的第二非弯曲段。
12.如权利要求11所述的结构,其特征在于,该第一非弯曲段及该第二非弯曲段为基本平直的,且该第一非弯曲段与该第二非弯曲段通过该间隙隔开。
13.如权利要求1所述的结构,其特征在于,该间隙由介电材料填充。
14.如权利要求1所述的结构,其特征在于,该第一波导芯及该第二波导芯包括第一材料,且该第三波导芯及该第四波导芯包括不同于该第一材料的第二材料。
15.如权利要求1所述的结构,其特征在于,还包括:
衬底,
其中,该第一波导芯设置于该第三波导芯与该衬底间,且该第二波导芯设置于该第四波导芯与该衬底间。
16.如权利要求1所述的结构,其特征在于,还包括:
衬底,
其中,该第三波导芯设置于该第一波导芯与该衬底间,且该第四波导芯设置于该第二波导芯与该衬底间。
17.一种用于波导交叉的结构,其特征在于,该结构包括:
第一波导芯,包括第一波导弯曲,该第一波导芯具有围绕该第一波导弯曲延伸的第一侧表面;
第二波导芯,包括第二波导弯曲,该第二波导芯具有围绕该第二波导弯曲延伸的第二侧表面,且该第二波导弯曲与该第一波导弯曲通过该第二侧表面与该第一侧表面间的间隙隔开;
第三波导芯,包括终止该第三波导芯的段,该第三波导芯的该段与该第一波导芯的该第一波导弯曲具有第一重叠布置;以及
第四波导芯,包括终止该第四波导芯的段,该第四波导芯的该段与该第二波导芯的该第一波导弯曲具有第二重叠布置。
18.如权利要求17所述的结构,其特征在于,还包括:
衬底,
其中,该第一波导芯设置于该第三波导芯与该衬底间,且该第二波导芯设置于该第四波导芯与该衬底间。
19.如权利要求17所述的结构,其特征在于,还包括:
衬底,
其中,该第三波导芯设置于该第一波导芯与该衬底间,且该第四波导芯设置于该第二波导芯与该衬底间。
20.一种形成用于波导交叉的结构的方法,其特征在于,该方法包括:
形成第一波导芯,该第一波导芯包括第一段、第二段、以及将该第一段与该第二段连接的第一波导弯曲,其中,该第二段终止该第一波导芯,且该第一波导芯具有围绕该第一波导弯曲延伸的第一侧表面;
形成第二波导芯,该第二波导芯包括第一段、第二段、以及将该第一段与该第二段连接的第二波导弯曲,其中,该第二段终止该第二波导芯,该第二波导芯具有围绕该第二波导弯曲延伸的第二侧表面,且该第二波导弯曲与该第一波导弯曲通过该第二侧表面与该第一侧表面间的间隙隔开;
形成第三波导芯,该第三波导芯包括终止该第三波导芯的段,其中,该第三波导芯的该段与该第一波导芯的该第二段具有第一重叠布置;以及
形成第四波导芯,该第四波导芯包括终止该第四波导芯的段,其中,该第四波导芯的该段与该第二波导芯的该第二段具有第二重叠布置。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US17/869,858 | 2022-07-21 | ||
US17/869,858 US20240027685A1 (en) | 2022-07-21 | 2022-07-21 | Waveguide crossings with a multiple-level non-contacting arrangement |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN117434647A true CN117434647A (zh) | 2024-01-23 |
Family
ID=86942564
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202310747153.1A Pending CN117434647A (zh) | 2022-07-21 | 2023-06-21 | 具有多层级非接触式布置的波导交叉 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20240027685A1 (zh) |
EP (1) | EP4310561A1 (zh) |
CN (1) | CN117434647A (zh) |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000321452A (ja) * | 1999-05-11 | 2000-11-24 | Oki Electric Ind Co Ltd | 光導波路素子及び光導波路素子の製造方法 |
US9784914B2 (en) * | 2013-09-12 | 2017-10-10 | Rutgers, The State University Of New Jersey | Waveguide superlattices for high density photonics integrations |
EP3111262B1 (en) * | 2014-02-28 | 2022-05-04 | Ciena Corporation | High index element-based spot-size converter for optical mode conversion and evanescent coupling between two waveguides |
US10718903B1 (en) * | 2019-06-14 | 2020-07-21 | Globalfoundries Inc. | Waveguide crossings with a non-contacting arrangement |
US11150407B2 (en) * | 2020-03-17 | 2021-10-19 | Globalfoundries U.S. Inc. | Optical couplers with non-linear tapering |
-
2022
- 2022-07-21 US US17/869,858 patent/US20240027685A1/en active Pending
-
2023
- 2023-06-21 CN CN202310747153.1A patent/CN117434647A/zh active Pending
- 2023-06-21 EP EP23180505.2A patent/EP4310561A1/en active Pending
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP4310561A1 (en) | 2024-01-24 |
US20240027685A1 (en) | 2024-01-25 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10816726B1 (en) | Edge couplers for photonics applications | |
US7546007B2 (en) | Broadband optical via | |
US10436982B1 (en) | Waveguide bends with field confinement | |
US7215854B2 (en) | Low-loss optical waveguide crossovers using an out-of-plane waveguide | |
US20200012045A1 (en) | Waveguide bends with mode-confining structures | |
CN114252954B (zh) | 异质光功率分配器/组合器 | |
US11467341B2 (en) | Waveguide crossings including a segmented waveguide section | |
US11378743B1 (en) | Optical components in the back-end-of-line stack of a photonics chip using plural cores vertically stacked | |
CN114384630B (zh) | 包括非线性波导锥体的光功率分配器 | |
US10718903B1 (en) | Waveguide crossings with a non-contacting arrangement | |
US10989873B1 (en) | Waveguide crossings having arms shaped with a non-linear curvature | |
CN117434647A (zh) | 具有多层级非接触式布置的波导交叉 | |
CN116804784A (zh) | 具有连续布置的锥的边缘耦合器 | |
US11803010B2 (en) | Optical couplers with diagonal light transfer | |
CN116893472A (zh) | 具有非线性锥的边缘耦合器 | |
US11269142B2 (en) | Optical couplers with segmented waveguides | |
EP4343394A1 (en) | Optical couplers for transitioning between a single-layer waveguide and a multiple-layer waveguide | |
US20240027684A1 (en) | Waveguide crossings with a free space propagation region | |
US12111495B2 (en) | Multiple-tip edge couplers with segmented waveguide cores | |
US20240168199A1 (en) | Optical components with an adjacent metamaterial structure | |
CN117192683A (zh) | 通过并排锥形部利用光罩拼接的光子芯片 | |
CN118567026A (zh) | 用于光子芯片的波导滚梯 | |
CN117055158A (zh) | 具有锥形光栅的后端工艺边缘耦合器 | |
CN116804785A (zh) | 包括超材料层的边缘耦合器 | |
CN116699760A (zh) | 用于光学组件的超材料层 |
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 |