DE102023102445A1

DE102023102445A1 - Facettenprofil zur verbesserung des strahlausrichtungs- und kopplungswirkungsgrads von kantenkopplern für die photonik

Info

Publication number: DE102023102445A1
Application number: DE102023102445.0A
Authority: DE
Inventors: Wei-Kang Liu; Chih-Tsung Shih; Hau-yan Lu; Yingkit Felix Tsui
Original assignee: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Current assignee: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Priority date: 2022-03-30
Filing date: 2023-02-01
Publication date: 2023-10-05
Also published as: KR20230141502A; US20230314718A1; TW202338413A

Abstract

Verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung betreffen eine integrierte Schaltung. Die integrierte Schaltung weist ein Substrat mit einer Oberseite und einer Unterseite auf. Die Oberseite weist einen mittleren Bereich und eine äußere Seitenwand auf, die den mittleren Bereich seitlich umgibt und sich von der Oberseite zur Unterseite erstreckt. Ein optischer Kantenkoppler ist über der Oberseite des Substrats angeordnet und erstreckt sich in einer ersten Richtung von dem mittleren Bereich zu der äußeren Seitenwand. Eine äu-ßere Seitenwand des optischen Kantenkopplers entspricht der äußeren Seitenwand des Substrats und weist eine konkave Oberfläche oder eine konvexe Oberfläche auf.

Description

VERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Anmeldung Nr. 63/325 248 , eingereicht am 30. März 2022. Der Inhalt der oben genannten Patentanmeldung wird hiermit durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit aufgenommen.
HINTERGRUND
Optische Kantenkoppler werden häufig als Komponenten in optischen integrierten Schaltungen verwendet, die mehrere photonische Funktionen integrieren. Optische Kantenkoppler werden verwendet, um mit minimaler Dämpfung Licht einzuschließen und von einem ersten Punkt auf einem integrierten Chip (IC) zu einem zweiten Punkt auf dem IC zu leiten. Im Allgemeinen bieten optische Kantenkoppler Funktionen für Signale, die auf optischen Wellenlängen im sichtbaren Spektrum (z. B. zwischen ungefähr 850 nm und ungefähr 1650 nm) liegen, aber manche optische Kantenkoppler können auch Funktionen für Signale in anderen Bereichen des elektromagnetischen Spektrums bieten.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Aspekte der vorliegenden Offenbarung werden am besten aus der folgenden detaillierten Beschreibung verstanden, wenn sie mit den beigefügten Zeichnungen gelesen wird. Man beachte, dass gemäß dem üblichen Vorgehen in der Branche verschiedene Merkmale nicht maßstabsgetreu gezeichnet sind. Tatsächlich können die Abmessungen der verschiedenen Merkmale zur Klarheit der Beschreibung beliebig vergrößert oder verkleinert sein.

1 zeigt eine Draufsicht einiger Ausführungsformen eines optischen Kantenkopplers.
2 zeigt eine Querschnittsansicht einiger Ausführungsformen, die mit dem optischen Kantenkoppler von 1 übereinstimmen.
Die 3 bis 6 zeigen Querschnittsansichten einiger Ausführungsformen optischer Kantenkoppler, die jeweils eine konvexe äußere Seitenwand aufweisen.
Die 7 bis 11 zeigen Querschnittsansichten einiger Ausführungsformen optischer Kantenkoppler, die jeweils eine konkave äußere Seitenwand aufweisen.
Die 12 bis 19 zeigen Querschnittsansichten einiger Ausführungsformen optischer Kantenkoppler, die einen optischen Kern mit einer konkaven oder konvexen äußeren Seitenwand und eine Antireflexionsbeschichtungsschicht (ARC) mit einer inneren Seitenwand aufweisen, die passend an der konkaven oder konvexen äußeren Seitenwand des optischen Kerns anliegt.
Die 20 bis 27 zeigen Perspektivansichten einiger Ausführungsformen optischer Kantenkoppler in Form von Plattenwellenleitern, die jeweils eine konvexe äußere Seitenwand aufweisen.
Die 28 bis 35 zeigen Perspektivansichten einiger Ausführungsformen optischer Kantenkoppler in Form von Kanalwellenleitern, die jeweils eine konvexe äußere Seitenwand aufweisen.
36 zeigt eine Perspektivansicht einiger Ausführungsformen eines Rippenwellenleiters, der eine konkave oder konvexe äußere Seitenwand aufweist.
37 zeigt eine Perspektivansicht einiger Ausführungsformen eines Spaltenwellenleiters, der zwei Segmente aufweist, die jeweils eine konkave oder konvexe äußere Seitenwand aufweisen.
Die 38 bis 49 zeigen Perspektivansichten einiger zusätzlicher Ausführungsformen optischer Kantenkoppler.
Die 50 bis 52 zeigen Perspektivansichten einiger zusätzlicher Ausführungsformen optischer Kantenkoppler.
53 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen eines optischen Kantenkopplers gemäß einigen Ausführungsformen.
Die 54, 55, 56, 57, 58A bis 58B und 59 zeigen eine Reihe von Querschnittsansichten, die gemeinsam einige Herstellungsverfahren gemäß einigen Ausführungsformen darstellen.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die folgende Offenbarung sieht viele verschiedene Ausführungsformen oder Beispiele vor, um verschiedene Merkmale des angegebenen Gegenstands zu implementieren. Spezielle Beispiele von Komponenten und Anordnungen sind unten beschrieben, um die vorliegende Offenbarung zu vereinfachen. Diese sind natürlich nur Beispiele und sollen nicht einschränkend wirken. Beispielsweise kann das Ausbilden eines ersten Merkmals über oder auf einem zweiten Merkmal in der folgenden Beschreibung Ausführungsformen umfassen, in denen das erste und das zweite Merkmal in direktem Kontakt ausgebildet sind, und kann auch Ausführungsformen umfassen, in denen zusätzliche Merkmale zwischen dem ersten und dem zweiten Merkmal ausgebildet sein können, so dass das erste und das zweite Merkmal nicht in direktem Kontakt stehen müssen. Zusätzlich kann die vorliegende Offenbarung Bezugszeichen und/oder Buchstaben in den verschiedenen Beispielen wiederholen. Diese Wiederholung dient dem Zweck der Einfachheit und Klarheit und erzwingt an sich keine Beziehung zwischen den verschiedenen beschriebenen Ausführungsformen und/oder Konfigurationen.
Weiter können räumlich relative Begriffe, wie „unten“, „unter“, „unterer“, „über“, „oberer“ und ähnliche, hier der Einfachheit der Beschreibung halber verwendet werden, um die Beziehung eines Elements oder Merkmals mit einem oder mehreren anderen Elementen oder Merkmalen zu beschreiben, wie sie in den Figuren gezeigt sind. Die räumlich relativen Begriffe sollen verschiedene Ausrichtungen der Vorrichtung, die verwendet oder betrieben wird, zusätzlich zu der in den Figuren gezeigten Ausrichtung umfassen. Die Vorrichtung kann anders (um 90 Grad gedreht oder in einer anderen Ausrichtung) ausgerichtet sein und die räumlich relativen Begriffe, die hier verwendet werden, können auch dahingehend interpretiert werden.
Optische Kantenkoppler können eine Hochgeschwindigkeits-Signalübertragung unter Verwendung von Licht oder anderen elektromagnetischen Wellen ermöglichen. Üblicherweise hat die Verwendung von Licht oder anderen elektromagnetischen Wellen einen geringeren Stromverbrauch und eine geringere Erwärmung als herkömmliche elektrische Signale.
Die 1 und 2, die eine Draufsicht und eine entsprechende Querschnittsansicht zeigen und nun gleichzeitig beschrieben werden, zeigen ein Beispiel eines optischen Systems 100 gemäß einigen Ausführungsformen. Das optische System 100 weist einen optischen Sender oder Empfänger 102 auf, etwa einen Chip, eine optische Faser oder andere Komponente, die zum Senden und/oder Empfangen eines optischen Signals entlang eines optischen Übertragungswegs 104 konfiguriert ist. Eine integrierte Schaltung 106 ist dazu konfiguriert, mit dem optischen Sender oder Empfänger 102 über den optischen Übertragungsweg 104 zu interagieren. In einigen Ausführungsformen kann die integrierte Schaltung 106 Schaltungen oder andere Strukturen 108 aufweisen, die optische Signale erzeugen, optische Signale erfassen, optische Signale analysieren, optische Signale modifizieren, optische Signale übertragen und/oder optische Signale in elektrische Signale umwandeln (oder umgekehrt); wodurch eine Datenübertragung und/oder Signalverarbeitung zwischen der integrierten Schaltung 106 und dem optischen Sender oder Empfänger 102 ermöglicht wird.
Die integrierte Schaltung 106 weist ein Substrat 110, das eine Oberseite 114 und eine Unterseite 116 aufweist, und einen optischen Kantenkoppler 112 auf, der auf der Oberseite 114 des Substrats 110 angeordnet ist. Die Oberseite 114 weist einen mittleren Bereich 114c auf, und eine äußere Seitenwand 118 umgibt seitlich den mittleren Bereich 114c und erstreckt sich von der Oberseite 114 zu der Unterseite 116. Der optische Kantenkoppler 112 ist über der Oberseite des Substrats angeordnet und erstreckt sich in einer ersten Richtung von dem mittleren Bereich 114c zu der äußeren Seitenwand 118.
Der optische Kantenkoppler weist einen optischen Kern 120, eine untere optische Mantelschicht 122, die den optischen Kern 120 von dem Substrat 110 trennt, und eine obere optische Mantelschicht 124 auf, die über dem optischen Kern 120 angeordnet ist. Der optische Kern 120 ist über dem Substrat 110 angeordnet und auf den optischen Übertragungsweg 104 des optischen Senders oder Empfängers 102 ausgerichtet. Der optische Kern 120 hat einen ersten Brechungsindex. Die untere optische Mantelschicht 122 hat einen zweiten Brechungsindex, der niedriger als der erste Brechungsindex ist. Die obere optische Mantelschicht 124 hat üblicherweise auch den zweiten Brechungsindex.
Der optische Kern 120 weist eine äußere Seitenwand 120s auf, die sich auf dem optischen Übertragungsweg 104 befindet. Wenn somit ein Signal auf dem optischen Übertragungsweg 104 zwischen dem optischen Sender oder Empfänger 102 und der integrierten Schaltung 106 gesendet und/oder empfangen wird, tritt das Signal durch die äußere Seitenwand 120s in den optischen Kern 120 ein und/oder verlässt ihn durch diese. Die äußere Seitenwand 120s entspricht im Allgemeinen der äußeren Seitenwand 118 des Substrats 110 und kann einen äußersten Punkt aufweisen, der von der äußeren Seitenwand 118 des Substrats 110 um einen Abstand d zurückgesetzt ist oder der mit der äußeren Seitenwand 118 des Substrats 110 ausgerichtet (z. B. koplanar) ist. Diese äußere Seitenwand 120s kann je nach Implementierung verschiedene Profile aufweisen. In einigen Ausführungsformen sind das Substrat 110, der optische Kern 120 und die untere optische Mantelschicht 122 aus einem Silizium-auf-Isolator-Substrat (SOI-Substrat) ausgebildet, wobei das Substrat 110 einem Handhabungssubstrat des SOI-Substrats entspricht, die untere optische Mantelschicht 122 einer Isolierschicht des SOI-Substrats entspricht und der optische Kern 120 einer Siliziumvorrichtungsschicht des SOI-Substrats entspricht.
In einigen Fällen hat die äußere Seitenwand 120s des optischen Kerns 120 ein planares Profil 120p, das mit entsprechenden äußeren Seitenwänden (122s, 124s) der unteren und der oberen optischen Mantelschicht (122 bzw. 124) ausgerichtet ist. Um mit einem solchen planaren Profil 120p jedoch einen günstigen Übertragungswirkungsgrad zwischen der integrierten Schaltung 106 und dem optischen Sender oder Empfänger 102 zu realisieren, ist in solchen Fällen üblicherweise eine Linse 126 entlang dem optischen Übertragungsweg 104 eingefügt.
Wie in einigen Aspekten der vorliegenden Offenbarung festgestellt wurde, kann eine konkave oder konvexe Änderung des Profils der äußeren Seitenwand 120s des optischen Kerns 120 den Strahlausrichtungs- und Kopplungswirkungsgrad des optischen Kantenkopplers 112 verbessern, wodurch der Bedarf nach der Linse 126 begrenzt wird. Somit können einige Ausführungsformen Kosten und Herstellungskomplexität verringern, indem sie keine Linse zwischen dem optischen Kantenkoppler 112 und dem optischen Sender oder Empfänger 102 aufweisen. Es versteht sich, dass der Begriff „konkav oder konvex“, wie in dieser Offenbarung verwendet, nicht auf gekrümmte Oberflächen beschränkt ist, die einen einzigen Krümmungsradius aufweisen, sondern auch Oberflächen abdecken kann, die mehrere planare Facetten, mehrere Krümmungsradien und/oder Kombinationen aus einer oder mehreren planaren Facetten und einem oder mehreren Krümmungsradien aufweisen. Somit kann die konkave oder konvexe Seitenwand jede Vorsprungsform abdecken, etwa Dreiecke, Polygone, Teile eines Kreises oder Ovals usw.
Wenn die äußere Seitenwand 120s wie in 2 gezeigt ein konvexes Profil 120x aufweist, fördert das konvexe Profil 120x die Strahlausrichtung, was vorteilhaft sein kann, wenn Licht, das in den optischen Kantenkoppler oder aus diesem heraustritt, entfernt von der äußeren Seitenwand 120s schmaler (z. B. fokussierter) sein soll, verglichen mit der Verwendung einer planaren Seitenwand 120p. Wenn die äußere Seitenwand 120s ferner ein konkaves Profil 120v aufweist, fördert das konkave Profil 120v eine Strahlaufweitung, was vorteilhaft sein kann, wenn Licht, das in den optischen Kantenkoppler oder aus diesem heraustritt, entfernt von der äußeren Seitenwand 120s breiter (z. B. diffuser) sein soll, verglichen mit der Verwendung einer planaren Seitenwand 120p.
In einigen Ausführungsformen ist der optische Kern 120 aus einem ersten Material hergestellt und die untere optische Mantelschicht 122 und/oder die obere optische Mantelschicht 124 sind aus einem zweiten Material hergestellt. Das erste Material kann einen ersten Brechungsindex aufweisen, der größer als ein zweiter Brechungsindex des zweiten Materials ist. Beispielsweise ist der erste Brechungsindex in manchen Fällen zwischen 25 % und 300 % höher als der zweite Brechungsindex oder zwischen 50 % und 150 % höher als der zweite Brechungsindex. In einigen Ausführungsformen kann das erste Material monokristallines Silizium, polykristallines Silizium, amorphes Silizium oder Siliziumnitrid (z. B. Si3N4) enthalten und kann einen Brechungsindex im Bereich zwischen etwa 2 und etwa 3,5 aufweisen, und das zweite Material kann Siliziumdioxid enthalten und kann einen Brechungsindex zwischen 1,4 und 1,5 aufweisen. In einigen Ausführungsformen ist das Substrat 110 ein monokristallines Siliziumsubstrat.
Ferner können in einigen Ausführungsformen die Dicke des optischen Kerns 120, der unteren optischen Mantelschicht 122 und der oberen optischen Mantelschicht 124 ungefähr gleich sein, gemessen senkrecht zu der oberen Fläche 114 des Substrats 110; jedoch können in weiteren Ausführungsformen der optische Kern 120, die untere optische Mantelschicht 122 und die obere optische Mantelschicht 124 eine unterschiedliche Dicke aufweisen. Somit kann in einigen Fällen, in denen das Substrat aus einem Silizium-auf-Isolator-Substrat (SOI-Substrat) besteht und der optische Kern 120 einer Silizium-/Vorrichtungsschicht des SOI-Substrats entspricht und die untere optische Mantelschicht 122 einer Isolierschicht des SOI-Substrats entspricht, die obere optische Mantelschicht 124 dünner als der optische Kern 120 und die untere optische Mantelschicht 122 sein. Beispielsweise kann in einigen Ausführungsformen der optische Kern 120 eine Dicke von ungefähr 3 Mikrometer +/- 0,1 Mikrometer haben, die untere optische Mantelschicht 122 kann eine Dicke von etwa 2 Mikrometer +/- 0,1 Mikrometer haben und die obere optische Mantelschicht 124 kann eine Dicke von etwa 1,5 Mikrometer +/- 0,1 Mikrometer haben. Während einige Wellenleiter und/oder optische Koppler gemäß dieser Offenbarung eine obere und untere optische Mantelschicht gleicher Dicke aufweisen, wurde erkannt, dass ein dünner Belassen der oberen optischen Mantelschicht 124 als die untere optische Mantelschicht 122 Herstellungseffizienzen bietet, die nicht mit einer gleichen Dicke für die obere und die untere optische Mantelschicht erreicht werden.
Nimmt man nun gemeinsam auf die 3 bis 6 Bezug, sind verschiedene Querschnittsansichten einiger Ausführungsformen optischer Kantenkoppler 112 gezeigt, die jeweils eine äußere Seitenwand 120s mit einem konvexen Profil aufweisen. In jedem gezeigten Beispiel ragt eine äußere Seitenwand 120s des optischen Kerns 120 nach außen über eine äu-ßere Seitenwand 124s der oberen optischen Mantelschicht 124 und/oder eine äußere Seitenwand 122s der unteren optischen Mantelschicht 122 hinaus. Ferner werden die äußere Seitenwand 124s der oberen optischen Mantelschicht 124 und/oder die äußere Seitenwand 122s der unteren optischen Mantelschicht 122 von einer Ebene 300 durchquert, und der optische Kern 120 weist gemessen senkrecht zur Ebene 300 von der unteren optischen Mantelschicht 122 zu der oberen optischen Mantelschicht 124 eine schwankende Dicke auf. Somit weist das konvexe Profil des optischen Kerns 120 in verschiedenen Höhen im optischen Kern eine schwankende Dicke auf (z. B. eine erste Dicke t1 und eine zweite Dicke t2, wobei t1 > t2).
In 3 weist die äußere Seitenwand 120s, die konvex ist, eine obere planare Facette 302 und eine untere planare Facette 304 auf, die sich an einem Punkt 306 treffen. Im Beispiel von 3 ist der Punkt 306 entlang einer Mittellinie 120m des optischen Kerns angeordnet. Die Mittellinie 120m ist gleichmäßig zwischen einer oberen Fläche 120u des optischen Kerns und einer unteren Fläche 120l des optischen Kerns beabstandet. Die obere planare Facette 302 trifft in einem ersten Winkel θ1 auf die obere Fläche 120u des optischen Kerns, und die untere planare Facette 304 trifft in einem zweiten Winkel θ2 auf die untere Fläche 120l des optischen Kerns. In einigen Ausführungsformen sind θ1 und θ2 jeweils größer als 90 Grad und gleichen einander, wodurch der optischen Kantenkoppler 112 eine Symmetrie um eine Mittellinie 120m aufweist, die entlang einer Länge des optischen Kerns verläuft. In einigen Fällen können θ1 und θ2 zwischen 92 Grad und 150 Grad liegen, aber andere Bereiche sind ebenfalls möglich. Ferner ist die äußere Seitenwand 124s der oberen optischen Mantelschicht plan mit der oberen planaren Facette 302, und die äußere Seitenwand 122s der unteren optischen Mantelschicht ist plan mit der unteren planaren Facette 304, obwohl diese Oberflächen in weiteren Ausführungsformen versetzt sein oder relativ zueinander „geknickt“ können.
In 4 besteht die äußere Seitenwand 120s aus einer durchgehend gekrümmten Oberfläche in Form einer Ellipse oder eines Ovals, die sich von der unteren optischen Mantelschicht 122 zu der oberen optischen Mantelschicht 124 erstreckt. Da die gezeigte äußere Seitenwand 120s in 4 aus einer Ellipse oder einem Oval besteht, schwankt somit der Krümmungsradius der äußeren Seitenwand 120s an unterschiedlichen Stellen der äußeren Seitenwand. In weiteren Ausführungsformen kann die durchgehend gekrümmte Oberfläche die Form eines Halbkreises oder Teils eines Kreises oder Teils einer Kugel annehmen, der über die gesamte Krümmung einen einzigen festen Krümmungsradius aufweist. In 4 sind die äußere Seitenwand 124s der oberen optischen Mantelschicht 124 und die äußere Seitenwand 122s der unteren optischen Mantelschicht 122 koplanar, obwohl sie auch abgewinkelt/konisch sein können, wie in 3 als Beispiel gezeigt.
In 5 weist die äußere Seitenwand 120s eine obere planare Facette 502 und eine untere planare Facette 504 auf, die sich an einer mittleren planaren Facette 506 treffen. Die mittlere planare Facette 506 wird von der Mittellinie 120 m des optischen Kerns durchquert. In 5 sind die äußeren Seitenwände der oberen und der unteren Mantelschicht zueinander (und entlang der Ebene 300) koplanar, obwohl sie auch abgewinkelt/konisch zulaufend sein können, wie in 3 als Beispiel gezeigt.
In 6 weist die äußere Seitenwand 120s eine obere planare Facette 602 und eine untere planare Facette 604 auf. Die untere planare Facette 604 ist koplanar mit der äu-ßeren Seitenwand 122s der unteren optischen Mantelschicht. Somit sind die untere planare Facette 604 und die äußere Seitenwand der unteren optischen Mantelschicht vertikal und liegen senkrecht in Bezug auf eine obere Fläche des Substrats (nicht gezeigt). In weiteren Ausführungsformen kann die äußere Seitenwand 124s der oberen optischen Mantelschicht auch vertikal sein und kann mit der Ebene 300 übereinstimmen.
Die 7 bis 11 zeigen Querschnittsansichten einiger Ausführungsformen optischer Kantenkoppler 112, die jeweils einen optischen Kern 120 mit einer äußeren Seitenwand mit einem konkaven Profil aufweisen. Somit ragt in jeder der 7 bis 11 eine äußere Seitenwand 124s der oberen optischen Mantelschicht 124 und/oder eine äußere Seitenwand 122s der unteren optischen Mantelschicht 122 nach außen über eine äußere Seitenwand 120s des optischen Kerns 120 hinaus, wodurch ein konkaves Profil entsteht.
In 7 weist die konkave äußere Seitenwand 120s eine obere planare Facette 702 und eine untere planare Facette 704 auf, die sich an einem Punkt 706 treffen. In dem Beispiel von 7 ist der Punkt 706 entlang einer Mittellinie des optischen Kerns angeordnet und ist gleichmäßig zwischen einer oberen Fläche 120u des optischen Kerns und einer unteren Fläche 120l des optischen Kerns beabstandet. Die obere planare Facette 702 trifft in einem ersten Winkel θ1 auf die obere Fläche 124u des optischen Kerns, und die untere planare Facette 704 trifft in einem zweiten Winkel θ2 auf die untere Fläche 120l des optischen Kerns. In einigen Ausführungsformen sind θ1 und θ2 jeweils kleiner als 90 Grad und gleichen einander, wodurch der optischen Kantenkoppler 112 eine Symmetrie um eine Mittellinie 120m aufweist, die entlang einer Länge des optischen Kerns verläuft. In einigen Fällen können θ1 und θ2 zwischen 88 Grad und 40 Grad liegen, aber andere Bereiche sind ebenfalls möglich. Ferner sind die äußeren Seitenwände der oberen optischen Mantelschicht 124 und der unteren optischen Mantelschicht 122 als vertikal gezeigt und somit nicht planar mit der oberen planaren Facette 702 und der unteren planaren Facette 704, obwohl in weiteren Ausführungsformen die äußere Seitenwand 124s der der oberen optische Mantelschicht 124 koplanar mit der oberen planaren Facette 702 sein kann und die äußere Seitenwand 122s der unteren optischen Mantelschicht 122 koplanar mit der unteren planaren Facette 704 sein kann.
In 8 weist die äußere Seitenwand 120s eine obere planare Facette 802 und eine untere planare Facette 804 auf, die sich an einer mittleren planaren Facette 806 treffen. Die mittlere planare Facette 806 ist entlang der Mittellinie 120m des optischen Kerns angeordnet. In 8 sind die äußeren Seitenwände 122s, 124s der unteren und der oberen Mantelschicht koplanar, obwohl sie auch abgewinkelt/konisch zulaufend sein können, wie in 3 als Beispiel gezeigt.
In 9 besteht die äußere Seitenwand 120s aus einer durchgehend gekrümmten Oberfläche in Form eines Teils eines Kreises, der sich von der unteren optischen Mantelschicht 122 zu der oberen optischen Mantelschicht 124 erstreckt. Somit ist die durchgehend gekrümmte Oberfläche als Kreis oder Teil einer Kugel gezeigt und weist über die gesamte Krümmung einen einzigen festen Krümmungsradius auf. In weiteren Ausführungsformen kann die äußere Seitenwand 120s aus einer Ellipse oder einem Oval bestehen, wobei ein Krümmungsradius der Seitenwand an unterschiedlichen Punkten an der konkaven äußeren Seitenwand schwankt.
In 10 weist die äußere Seitenwand 120s eine Reihe getrennter Stufen bzw. Würfel auf, deren Tiefe von der oberen Fläche 120u und der unteren Fläche 120l zur Mittellinie 120m zunimmt. Jede Stufe weist eine horizontale Fläche und eine vertikale Fläche auf, die von gleicher Länge sein können und sich in etwa 90 Grad treffen können.
11 zeigt ein Beispiel ähnlich 8, derart, dass die äußere Seitenwand 120s eine obere planare Facette 1102 und eine untere planare Facette 1104 aufweist, die sich an einer mittleren planaren Facette 1106 treffen. In 11 sind jedoch die obere planare Facette 1102 und die untere planare Facette 1104 entlang einer 111-Ebene des Kristalls des optischen Kerns 120 angeordnet, und die mittlere planare Facette 1106 ist entlang einer 100-Ebene des Kristalls des optischen Kerns angeordnet. Ferner weist die obere optische Mantelschicht 124 eine äußere Seitenwand 124s auf, die sich so verjüngt, dass sich ein Abschnitt, der dem optischen Kern am nächsten liegt, weiter nach außen als ein Abschnitt erstreckt, der am weitesten von dem optischen Kern entfernt liegt. Die untere optische Mantelschicht 122 weist eine äußere Seitenwand 122s auf, die abgewinkelt, aber nicht symmetrisch zu der Seitenwand der oberen optischen Mantelschicht 124 ist.
Die 12 bis 19 zeigen Querschnittsansichten einiger Ausführungsformen optischer Kantenkoppler, die eine Antireflexionsbeschichtungsschicht (ARC-Schicht) 1200 aufweisen, die auf der äußeren Seitenwand 120s angeordnet ist. Somit ist weist in jeder der 12 bis 19 die ARC-Schicht 1200 eine innere Seitenwand auf, die passend an der äußeren Seitenwand des optischen Kantenkopplers anliegt. Die ARC-Schicht 1200 weist einen dritten Brechungsindex auf, der kleiner als der Brechungsindex des optischen Kerns 120 und größer als der von Luft (oder der Umgebung, die den optischen Kantenkoppler umgibt) ist. In einigen Fällen kann dieser dritte Brechungsindex auch kleiner als der Brechungsindex der oberen und/oder der unteren optischen Mantelschicht 122, 124 sein, kann gleich dem Brechungsindex der oberen und/oder der unteren optischen Mantelschicht 122, 124 sein oder kann größer als der Brechungsindex der oberen und/oder der unteren optischen Mantelschichten 122, 124 sein. In den gezeigten Ausführungsformen weist die ARC-Schicht 1200 eine solche schwankende Dicke entlang der äußeren Seitenwand des optischen Kantenkopplers auf, dass eine äußere Seitenwand der Antireflexionsbeschichtung in einer planaren Oberfläche 12000 endet. Die ARC-Schicht 1200 kann aus einem einzelnen Film bestehen oder kann mehrere Schichten aufweisen, die über der äußeren Seitenwand 120s gestapelt sind. Wenn mehrere Schichten verwendet werden, ist jede Schicht in einer allgemein vertikalen Richtung orientiert (z. B., indem sie die äußere Seitenwand des optischen Kerns und die äu-ßeren Seitenwände der oberen und der unteren optischen Mantelschicht bedeckt).
Die 20 bis 27 zeigen Perspektivansichten einiger Ausführungsformen optischer Kantenkoppler in Form von „Plattenwellenleitern“, die jeweils eine konvexe äußere Seitenwand 120s aufweisen. Die 20 bis 23 entsprechen allgemein den 3 bis 6 und zeigen einen optischen Kern 120, der zwischen einer unteren optischen Mantelschicht 122 und einer oberen optischen Mantelschicht 124 angeordnet ist. Jeder gezeigte Plattenwellenleiter erstreckt sich allgemein in einer ersten Richtung (z. B. von links nach rechts in der Darstellung) und hat ebene Seitenwände, die sich parallel zur ersten Richtung erstrecken, sowie eine ebene obere Fläche. In 24 sind die obere und die untere optische Mantelschicht so abgerundet, dass das äußere Seitenwandprofil des optischen Kantenkopplers aus einer durchgehenden Linie mit einer äußersten Begrenzung besteht, die der des optischen Kerns 120 entspricht. In 25 sind die obere und die untere optische Mantelschicht so abgerundet, dass das äußere Seitenwandprofil des optischen Kantenkopplers aus einer durchgehende Linie besteht, jedoch entspricht hier die äußerste Begrenzung der äußeren Seitenwand dem Boden der unteren optischen Mantelschicht 122. In 26 endet die äußere Seitenwand des optischen Kerns an einem Punkt, und in 27 ist die äußere Seitenwand perspektivisch betrachtet abgerundet bzw. kugelförmig. Obwohl die 20 bis 27 Beispiele zeigen, die konvexen äußeren Seitenwänden entsprechen, können auch die konkaven Profile (siehe z. B. die 7 bis 11) verwendet werden und/oder eine ARC-Schicht kann auf den äußeren Seitenwänden angeordnet sein (siehe z. B. die 12 bis 19).
Die 28 bis 35 zeigen Perspektivansichten einiger Ausführungsformen von Kanalwellenleitern, die jeweils eine konvexe äußere Seitenwand aufweisen. Im Vergleich zu Plattenwellenleitern (siehe z. B. die 20 bis 27, bei denen der optische Kern zwischen einer oberen und einer unteren optischen Mantelschicht angeordnet ist) ist bei Kanalwellenleitern der optische Kern allseitig axial von einem optischen Mantelmaterial mit einem niedrigeren Brechungsindex als dem des optischen Kerns umgeben. Obwohl die Kanalwellenleiter in den 28 bis 35 mit konvexen äußeren Seitenwänden gezeigt sind, können die äußeren Seitenwände des optischen Kerns alternativ ein konkaves Profil (siehe z. B. die 7 bis 11) aufweisen und/oder eine ARC-Schicht kann auf den äußeren Seitenwänden angeordnet sein (siehe z. B. die 12 bis 19), um einen hohen optischen Kopplungswirkungsgrad mit anderen Komponenten zu erreichen.
36 zeigt eine Perspektivansicht einiger Ausführungsformen eines Rippenwellenleiters 3600, der eine äußere Seitenwand 120s mit einem konkaven oder konvexen Profil aufweist. Der Rippenwellenleiter weist einen optischen Kern 120 mit einer Basis 3602 und einer Rippe 3604 auf, die sich von einem oberen Abschnitt der Basis 3602 nach oben erstreckt. Die Rippe 3604 endet senkrecht an einer deckenden Endstruktur 3606, die ebenfalls über der Basis angeordnet ist. Der Rippenwellenleiter weist eine äußere Seitenwand 120s auf, die ein konvexes oder konkaves Profil, wie es beispielsweise in den 3 bis 35 gezeigt ist, oder andere hier gezeigte und/oder beschriebene Profile aufweist.
37 zeigt eine Perspektivansicht einiger Ausführungsformen eines Spaltenwellenleiters 3700, der ein erstes Segment 3702 und ein zweites Segment 3704 aufweist, die sich parallel in einer ersten Richtung mit einer Spalte 3706 zwischen ihnen über einer oberen Fläche eines Substrats 110 erstrecken. Das erste Segment 3702 weist eine erste äußere Seitenwand 120s-1 mit einem ersten konkaven oder konvexen Profil auf, und das zweite Segment 3704 weist eine zweite äußere Seitenwand 120s-2 auf, die ebenfalls das gleiche konkave oder konvexe Profil aufweist. Somit können in einigen Fällen die erste und die zweite äußere Seitenwand das gleiche konvexe oder konkave Profil, wie es beispielsweise in den 3 bis 35 gezeigt ist, oder andere hierin gezeigte und/oder beschriebene Profile aufweisen, während in anderen Fällen die erste und die zweite äußere Seitenwand unterschiedliche Profile aufweisen können.
Die 38 bis 47 zeigen Perspektivansichten einiger zusätzlicher Ausführungsformen optischer Kantenkoppler. In diesen Fällen weist der optische Kantenkoppler einen optischen Kern 3820 mit einer äußeren Seitenwand 120s mit einem konkaven oder konvexen Profil auf. Anstatt einer oberen optischen Mantelschicht und einer unteren optischen Mantelschicht wie in den vorherigen Ausführungsformen gezeigt weisen die optischen Kantenkoppler der 38 bis 47 eine linke optische Mantelschicht 3822 und eine rechte optische Mantelschicht 3824 auf, die auf der gleichen Höhe über dem Substrat 110 angeordnet sind.
Die 48 bis 49 zeigen Perspektivansichten einiger zusätzlicher Ausführungsformen optischer Kantenkoppler. In den 48 bis 49 haben die optischen Kantenkoppler wiederum einen optischen Kern, der zwischen einer unteren optischen Mantelschicht und einer oberen optischen Mantelschicht angeordnet ist, jedoch wird hier das konvexe Profil entlang eines Querschnitts parallel zu einer oberen Fläche des Substrats 110 dargestellt. Zusätzliche konvexe Profile und/oder konkave Profile (wahlweise mit einer ARC-Schicht), wie sie zuvor gezeigt und/oder beschrieben wurden, können ebenfalls auf diese Weise orientiert werden, wobei die 48 bis 49 nur für nicht einschränkende Beispiele stehen.
Die 50 bis 52 zeigen Perspektivansichten einiger zusätzlicher Ausführungsformen optischer Kantenkoppler. Wie in 50 gezeigt, kann ein optischer Kantenkoppler bzw. Wellenleiter mehrere Verzweigungen aufweisen, die auf oder über einer oberen Fläche des Substrats 110 angeordnet und horizontal voneinander beabstandet sind. Jede Verzweigung kann an einer äußeren Seitenwand 120s mit einem konkaven oder konvexen Profil enden und kann optional mit einer ARC-Schicht bedeckt sein.
Wie in 51 gezeigt, kann ein optischer Kantenkoppler bzw. Wellenleiter mehrere Verzweigungen aufweisen, die auf oder über einer oberen Fläche des Substrats 110 angeordnet und vertikal voneinander beabstandet sind. Jede Verzweigung kann an einer äußeren Seitenwand 120s mit einem konkaven oder konvexen Profil enden und kann optional mit einer ARC-Schicht bedeckt sein.
Wie in 52 gezeigt, kann ein optischer Kantenkoppler bzw. Wellenleiter mehrere Verzweigungen aufweisen, die auf oder über einer oberen Fläche des Substrats 110 angeordnet sind, wobei die Verzweigungen seitlich und horizontal voneinander beabstandet sind. Jede Verzweigung kann an einer äußeren Seitenwand 120s mit einem konkaven oder konvexen Profil enden und kann optional mit einer ARC-Schicht bedeckt sein.
53 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen eines optischen Kantenkopplers gemäß einigen Ausführungsformen.
Bei 5302 wird ein Substrat empfangen.
Bei 5304 wird eine untere optische Mantelschicht über dem Substrat ausgebildet.
Bei 5306 wird ein optischer Kern über der unteren optischen Mantelschicht ausgebildet. Wie durch 5308 gezeigt, erfolgen 5302, 5304 und 5306 in einigen Ausführungsformen durch eine Fertigungsanlage, die ein Halbleiter-auf-Isolator-Substrat (SOI-Substrat) mit einem Handhabungshalbleiterwafer, einer Isolierschicht über dem Handhabungshalbleiterwafer und einer Halbleitervorrichtungsschicht über der Isolierschicht herstellt. Somit beginnt das Verfahren 5300 in einigen Fällen einfach mit dem Empfangen eines SOI-Substrats, wobei das Substrat 5302 einem Handhabungssubstrat des SOI-Substrats entspricht, die untere optische Mantelschicht der Isolierschicht des SOI-Substrats entspricht und der optische Kern der Halbleitervorrichtungsschicht des SOI-Substrats entspricht.
Bei 5310 wird eine obere optische Mantelschicht über dem optischen Kern ausgebildet.
Bei 5312 wird ein Ätzprozess durchgeführt, der die obere optische Mantelschicht, den optischen Kern, die untere optische Mantelschicht und eine obere Fläche des Substrats so strukturiert, dass ein strukturierter optischer Kantenkoppler mit einer äußeren Seitenwand hergestellt wird, die von einem äußersten Rand des Substrats beabstandet ist.
Bei 5314 wird eine Ätzung an dem strukturierten optischen Kantenkoppler durchgeführt, die eine äußere Seitenwand des optischen Kerns gegenüber einer äußeren Seitenwand der unteren optischen Mantelschicht und einer äußeren Seitenwand der oberen optischen Mantelschicht umformt. Auf diese Weise kann eine konkav oder konvex profilierte äußere Seitenwand für den optischen Kantenkoppler ausgebildet werden.
In einigen Fällen besteht die Ätzung in 5314 aus einem Nassätzen, das dazu führt, dass die äußere Seitenwand des optischen Kerns mehrere planare Facetten (z. B. eine planare 111-Facette und planare 100-Facette) aufweist, die sich an jeweiligen Schnittpunkten treffen. Optional wird nach einem solchen Nassätzen ein Tempervorgang durchgeführt, um Material des optischen Kerns aufzuschmelzen, so dass die mehreren planaren Facetten in eine durchgehend gekrümmte Oberfläche zwischen der oberen optischen Mantelschicht und der unteren optischen Mantelschicht umgewandelt werden.
Bei 5316 wird optional eine ARC-Schicht über der äußeren Seitenwand ausgebildet, wobei die ARC-Schicht eine innere Seitenwand aufweist, die passend an der äußeren Seitenwand des optischen Kerns anliegt.
Die 54,55,56, 57,58A bis 58B und 59 zeigen eine Folge von Querschnittsansichten, die gemeinsam einige Herstellungsverfahren gemäß einigen Ausführungsformen darstellen.
In 54 wird ein Substrat 5600 empfangen. In dem gezeigten Beispiel ist das empfangene Substrat ein Halbleiter-auf-Isolator-Substrat (SOI-Substrat) mit einem Handhabungshalbleiterwafer, einer Isolierschicht über dem Handhabungshalbleiterwafer und einer Halbleitervorrichtungsschicht über der Isolierschicht. Der Handhabungshalbleiterwafer enthält üblicherweise monokristallines Silizium, die Isolierschicht enthält Siliziumdioxid oder eine High-k-Dielektrikumsschicht, und die Halbleitervorrichtungsschicht enthält Silizium oder Siliziumnitrid.
In 55 wird eine obere optische Mantelschicht 124 über der Halbleitervorrichtungsschicht ausgebildet. Die obere optische Mantelschicht besteht aus einem Isoliermaterial und kann in einigen Fällen die gleiche Materialzusammensetzung wie die Isolierschicht aufweisen. Somit kann die obere optische Mantelschicht in einigen Ausführungsformen Siliziumdioxid oder ein High-k-Dielektrikum enthalten. Insbesondere zeigen die Bezugszeichen in 55 eine derartige Änderung der Nomenklatur, dass der Handhabungswafer 5602 als Substrat 110 bezeichnet werden kann, während die Isolierschicht 5604 als untere optische Mantelschicht 122 und die Vorrichtungsschicht 5606 als optischer Kern 120 bezeichnet werden können. Die untere optische Mantelschicht 122, der optische Kern 120 und die obere optische Mantelschicht 124 können in einem optischen Kantenkoppler 112 enthalten sein, der über dem Substrat 110 angeordnet ist.
In 56 wird ein erster Ätzprozess durchgeführt, der die obere optische Mantelschicht 124, den optischen Kern 120, die untere optische Mantelschicht 122 und einen oberen Abschnitt des Substrats 110 so strukturiert, dass ein strukturierter optischer Kantenkoppler mit einer äußeren Seitenwand 118' hergestellt wird, die von einer äußeren Seitenwand 118 des Substrats beabstandet ist. Üblicherweise umfasst der erste Ätzprozess ein Ausbilden einer Maske über der oberen optischen Mantelschicht 124, wobei die Maske einige Abschnitte der oberen optischen Mantelschicht 124 bedeckt und andere Abschnitte der oberen optischen Mantelschicht freiliegend belässt, und ein Durchführen einer Ätzung zum Entfernen der freiliegenden Abschnitte der oberen optischen Mantelschicht und von darunter liegenden Abschnitten des optischen Kerns 120, der unteren optischen Mantelschicht 122 und Abschnitten des Substrats 110. Die durch diesen ersten Ätzprozess ausgebildete äußere Seitenwand 118' kann aus einer im Wesentlichen ebenen Seitenwand bestehen und kann sich von der oberen Fläche der oberen optischen Mantelschicht 124 zu einer im Substrat 110 ausgebildeten Stufe 110l erstrecken. In einigen Fällen kann der erste Ätzprozess ein Trockenätzen umfassen, aber andere Ätzungen können ebenfalls verwendet werden.
In 57 wird ein zweiter Ätzprozess an der äußeren Seitenwand 118' durchgeführt, der eine äußere Seitenwand 120s des optischen Kerns 120 gegenüber einer äußeren Seitenwand 122s der unteren optischen Mantelschicht 122 und einer äußeren Seitenwand 124s der oberen optischen Mantelschicht 124 umformt. Auf diese Weise kann eine äußere Seitenwand 120s mit einem konkaven oder konvexen Profil für den optischen Kantenkoppler ausgebildet werden. In einigen Fällen ist dieser zweite Ätzprozess ein Nassätzen in Form eines Tetramethylammoniumhydroxid-Ätzens (TMAH-Ätzen). In einigen Fällen führt der zweite Ätzprozess dazu, dass die äußere Seitenwand des optischen Kerns mehrere planare Facetten (z. B. eine planare 111-Facette und eine planare 100-Facette) aufweist.
In 58A, die optional auf 57 folgen kann, wird ein Tempervorgang durchgeführt, um Material des optischen Kerns 120 aufzuschmelzen, so dass die mehreren planaren Facetten an der äußeren Seitenwand 120s in eine durchgehend gekrümmte Oberfläche zwischen der oberen optischen Mantelschicht und der unteren optischen Mantelschicht umgewandelt werden.
In 58B, die alternativ auf 57 folgen kann, wird eine ARC-Schicht 5800 auf den in 57 gezeigten Facetten der äußeren Seitenwand 120s ausgebildet. Die ARC-Schicht weist eine innere Seitenwand auf, die passend an den Facetten an der äußeren Seitenwand des optischen Kerns anliegt.
In 59, die optional auf 58A folgen kann, wird eine ARC-Schicht 5900 auf der durchgehend gekrümmten Oberfläche der in 58A gezeigten äußeren Seitenwand 120s ausgebildet. Die ARC-Schicht weist eine innere Seitenwand auf, die passend an der durchgehend gekrümmte Oberfläche der äußeren Seitenwand des optischen Kerns anliegt.
Verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung betreffen eine integrierte Schaltung. Die integrierte Schaltung weist ein Substrat mit einer Oberseite und einer Unterseite auf. Die Oberseite weist einen mittleren Bereich und eine äußere Seitenwand auf, die den mittleren Bereich seitlich umgibt und sich von der Oberseite zur Unterseite erstreckt. Ein optischer Kantenkoppler ist über der Oberseite des Substrats angeordnet und erstreckt sich in einer ersten Richtung von dem mittleren Bereich zu der äußeren Seitenwand. Eine äußere Seitenwand des optischen Kantenkopplers entspricht der äußeren Seitenwand des Substrats und weist eine konkave Oberfläche oder eine konvexe Oberfläche auf.
Weitere Ausführungsformen betreffen ein optisches System, das einen optischen Sender oder Empfänger aufweist, der einen optischen Übertragungsweg aufweist. Eine integrierte Schaltung weist ein Substrat und einen optischen Kern über dem Substrat auf. Der optische Kern hat einen ersten Brechungsindex und ist auf den optischen Übertragungsweg des optischen Senders oder Empfängers ausgerichtet. Eine untere optische Mantelschicht ist über dem Substrat angeordnet und trennt das Substrat von dem optischen Kern. Die untere optische Mantelschicht hat einen zweiten Brechungsindex, der kleiner als der erste Brechungsindex ist. Über dem optischen Kern ist eine obere optische Mantelschicht angeordnet. Die obere optische Mantelschicht hat den zweiten Brechungsindex. Der optische Kern weist eine konkave oder konvexe Seitenwand auf, die einem äußeren Rand des Substrats entspricht und auf den optischen Übertragungsweg des optischen Senders oder Empfängers ausgerichtet ist.
Noch weitere Ausführungsformen betreffen ein Verfahren. Bei dem Verfahren wird ein Substrat empfangen. Das Substrat weist ein Basissubstrat, eine untere optische Mantelschicht über dem Basissubstrat und einen optischen Kern über der unteren optischen Mantelschicht auf. Über dem optischen Kern wird eine obere optische Mantelschicht ausgebildet. Ein Ätzprozess wird durchgeführt, der die obere optische Mantelschicht, den optischen Kern, die untere optische Mantelschicht und eine obere Fläche des Substrats so strukturiert, dass ein strukturierter optischer Kantenkoppler hergestellt wird, der eine äußere Seitenwand mit einem im Wesentlichen planaren Profil aufweist und der von einem äußersten Rand des Substrats beabstandet ist. An dem strukturierten optischen Kantenkoppler wird ein Nassätzen durchgeführt, das eine äußere Seitenwand des optischen Kerns gegenüber einer äußeren Seitenwand der unteren optischen Mantelschicht und einer äußeren Seitenwand der oberen optischen Mantelschicht zurücksetzt.
Das Vorangehende beschreibt Merkmale von verschiedenen Ausführungsformen, so dass Fachleute die Aspekte der vorliegenden Offenbarung besser verstehen können. Fachleute sollten anerkennen, dass sie die vorliegende Offenbarung leicht als Basis verwenden können, um weitere Prozesse und Strukturen zu entwerfen oder zu modifizieren, um die gleichen Ziele zu erreichen und/oder die gleichen Vorteile der hier eingeführten Ausführungsformen zu realisieren. Fachleute sollten auch erkennen, dass solche äquivalenten Konstruktionen nicht vom Geist und Umfang der vorliegenden Offenbarung abweichen und dass sie verschiedene Änderungen, Ersetzungen und Modifikationen hier vornehmen können, ohne vom Geist und Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 63/325248 [0001]

Claims

Integrierte Schaltung, aufweisend: ein Substrat mit einer Oberseite und einer Unterseite, wobei die Oberseite einen mittleren Bereich und eine äußere Seitenwand aufweist, die den mittleren Bereich seitlich umgibt und sich von der Oberseite zu der Unterseite erstreckt; und einen optischen Kantenkoppler, der über der Oberseite des Substrats angeordnet ist und sich in einer ersten Richtung von dem mittleren Bereich zu der äußeren Seitenwand erstreckt, wobei eine äußere Seitenwand des optischen Kantenkopplers der äußeren Seitenwand des Substrats entspricht und eine konkave Oberfläche oder eine konvexe Oberfläche aufweist.
Integrierte Schaltung nach Anspruch 1, wobei der optische Kantenkoppler aufweist: einen optischen Kern, der sich in der ersten Richtung über dem Substrat erstreckt; eine untere optische Mantelschicht, die sich in der ersten Richtung über dem Substrat erstreckt und den optischen Kern von dem Substrat trennt; und eine obere optische Mantelschicht, die sich in der ersten Richtung erstreckt und über dem optischen Kern angeordnet ist.
Integrierte Schaltung nach Anspruch 2, wobei eine äußere Seitenwand des optischen Kerns nach außen über eine äußere Seitenwand der oberen optischen Mantelschicht und/oder eine äußere Seitenwand der unteren optischen Mantelschicht hinausragt, wobei die äußere Seitenwand der oberen optischen Mantelschicht und die äußere Seitenwand der unteren optischen Mantelschicht von einer Ebene durchquert werden und der optische Kern senkrecht zu der Ebene gemessen von der unteren optischen Mantelschicht zu der oberen optischen Mantelschicht eine schwankende Dicke aufweist.
Integrierte Schaltung nach Anspruch 3, wobei die obere optische Mantelschicht und die untere optische Mantelschicht Siliziumdioxid enthalten und der optische Kern Silizium oder Siliziumnitrid enthält.
Integrierte Schaltung nach Anspruch 2, wobei eine äußere Seitenwand der oberen optischen Mantelschicht oder eine äußere Seitenwand der unteren optischen Mantelschicht nach außen über eine äußere Seitenwand des optischen Kerns hinausragen, wobei die äußere Seitenwand der oberen optischen Mantelschicht und die äußere Seitenwand der unteren optischen Mantelschicht von einer Ebene durchquert werden und die äußere Seitenwand des optischen Kerns von der unteren optischen Mantelschicht zu der oberen optischen Mantelschicht senkrecht zu der Ebene gemessen durch schwankende Abstände von der Ebene beabstandet ist.
Integrierte Schaltung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die konkave Oberfläche oder die konvexe Oberfläche aus einer durchgehend gekrümmten Oberfläche besteht, die sich von der unteren optischen Mantelschicht zu der oberen optischen Mantelschicht erstreckt.
Integrierte Schaltung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die konkave Oberfläche oder die konvexe Oberfläche eine obere planare Facette und eine untere planare Facette aufweist, die sich an einem Punkt treffen, wobei der Punkt entlang einer Mittellinie des optischen Kerns mit gleichem Abstand zwischen einer oberen Fläche des optischen Kerns und einer unteren Fläche des optischen Kerns angeordnet ist.
Integrierte Schaltung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die konkave Oberfläche oder die konvexe Oberfläche eine obere planare Facette und eine untere planare Facette aufweist, die sich an einer mittleren planaren Facette treffen, wobei die mittlere planare Facette entlang einer Mittellinie des optischen Kerns angeordnet ist, die zwischen einer oberen Fläche des optischen Kerns und einer unteren Fläche des optischen Kerns gleichmäßig beabstandet ist.
Integrierte Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend: eine Antireflexionsbeschichtung, die an der äußeren Seitenwand des optischen Kantenkopplers angeordnet ist, wobei die Antireflexionsbeschichtung eine innere Seitenwand aufweist, die passend an der äußeren Seitenwand des optischen Kantenkopplers anliegt und entlang der äußeren Seitenwand des optischen Kantenkopplers eine solche schwankende Dicke aufweist, dass eine äußere Seitenwand der Antireflexionsbeschichtung in einer ebenen Fläche endet.
Integrierte Schaltung nach einem der Ansprüche 2 bis 5 und 9, wobei die äußere Seitenwand des optischen Kerns eine obere planare Facette und eine untere planare Facette aufweist, wobei die untere planare Facette koplanar mit einer äußeren Seitenwand der unteren optischen Mantelschicht ist.
Integrierte Schaltung nach einem der Ansprüche 2 bis 10, wobei die äußere Seitenwand des optischen Kerns eine Reihe getrennter Stufen bzw. Würfel aufweist, deren Tiefe von einer oberen Fläche des optischen Kerns und von einer unteren Fläche des optischen Kerns zu einer Mittellinie des optischen Kerns zunimmt.
Optisches System, aufweisend: einen optischen Sender oder Empfänger, der einen optischen Übertragungsweg aufweist; und eine integrierte Schaltung, aufweisend: ein Substrat; einen optischen Kern über dem Substrat, wobei der optische Kern einen ersten Brechungsindex aufweist und auf den optischen Übertragungsweg des optischen Senders oder Empfängers ausgerichtet ist; eine untere optische Mantelschicht über dem Substrat, die das Substrat von dem optischen Kern trennt, wobei die untere optische Mantelschicht einen zweiten Brechungsindex aufweist, der kleiner als der erste Brechungsindex ist; und eine obere optische Mantelschicht über dem optischen Kern, wobei die obere optische Mantelschicht den zweiten Brechungsindex aufweist; und wobei der optische Kern eine konkave oder konvexe Seitenwand aufweist, die einem äußeren Rand des Substrats entspricht und auf den optischen Übertragungsweg des optischen Senders oder Empfängers ausgerichtet ist.
Optisches System nach Anspruch 12, wobei sich auf dem optischen Übertragungsweg zwischen dem optischen Sender oder Empfänger und der konkaven oder konvexen Seitenwand keine Linse befindet.
Optisches System nach Anspruch 12 oder 13, wobei die integrierte Schaltung ferner Schaltungen oder andere Strukturen aufweist, die über den optischen Übertragungsweg mit dem optischen Sender oder Empfänger betriebsfähig verbunden sind, wobei die Schaltungen oder anderen Strukturen zum Erzeugen, Erfassen, Analysieren, Modifizieren und/oder Umleiten elektromagnetischer Strahlung zu oder von dem optischen Sender oder Empfänger konfiguriert sind.
Optisches System nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei die integrierte Schaltung ferner aufweist: eine auf der konkaven oder konvexen Seitenwand des optischen Kerns angeordnete Antireflexionsbeschichtung, wobei die Antireflexionsbeschichtung eine innere Seitenwand aufweist, die passend an der konkaven oder konvexen Seitenwand anliegt und entlang der konkaven oder konvexen Seitenwand eine solche schwankende Dicke aufweist, dass eine äußere Seitenwand der Antireflexionsbeschichtung in einer ebenen Oberfläche endet.
Optisches System nach Anspruch 15, wobei sich die Antireflexionsbeschichtung von einer oberen Fläche der oberen optischen Mantelschicht zu einer unteren Fläche der unteren optischen Mantelschicht erstreckt.
Optisches System nach einem der Ansprüche 12 bis 16, wobei der optische Kern nach außen über eine äußerste Seitenwand der oberen optischen Mantelschicht und/oder eine äußerste Seitenwand der unteren optischen Mantelschicht hinausragt.
Optisches System nach einem der Ansprüche 12 bis 17, wobei eine äußerste Seitenwand der oberen optischen Mantelschicht und/oder eine äußerste Seitenwand der unteren optischen Mantelschicht nach außen über eine äußerste Seitenwand des optischen Kerns hinausragt.
Verfahren, umfassend: Empfangen eines Substrats, das ein Basissubstrat, eine untere optische Mantelschicht über dem Basissubstrat und einen optischen Kern über der unteren optischen Mantelschicht aufweist; Ausbilden einer oberen optischen Mantelschicht über dem optischen Kern; Durchführen eines Ätzprozesses, der die obere optische Mantelschicht, den optischen Kern, die untere optische Mantelschicht und eine obere Fläche des Substrats so strukturiert, dass ein strukturierter optischer Kantenkoppler hergestellt wird, der eine äußere Seitenwand mit einem im Wesentlichen planaren Profil aufweist und der von einem äußersten Rand des Substrats beabstandet ist; und Durchführen eines Nassätzens an dem strukturierten optischen Kantenkoppler, das eine äußere Seitenwand des optischen Kerns gegenüber einer äußeren Seitenwand der unteren optischen Mantelschicht und einer äußeren Seitenwand der oberen optischen Mantelschicht zurücksetzt.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei das Durchführen des Nassätzens dazu führt, dass die äußere Seitenwand des optischen Kerns mehrere planare Facetten aufweist, die sich an jeweiligen Schnittpunkten treffen, und ferner umfassend: Durchführen eines Tempervorgangs zum Aufschmelzen von Material des optischen Kerns, so dass die mehreren planaren Facetten in eine durchgehend gekrümmte Oberfläche zwischen der oberen optischen Mantelschicht und der unteren optischen Mantelschicht umgewandelt werden.