具有弯曲耦合辅助特征的双层边缘耦合器的制作方法

本发明涉及光子芯片，尤其涉及边缘耦合器的结构以及形成此类结构的方法。

背景技术：

1、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。光子芯片包括光子集成电路，该光子集成电路由光学组件(例如调制器、偏振器，以及光耦合器)组成，该些光学组件用以操控自光源(例如激光器或光纤)接收的光。

2、边缘耦合器(也称为光斑尺寸转换器(spot-size converter))是一种光学组件，其通常用于将来自该光源的给定模式的光耦合至该光子集成电路。该边缘耦合器可包括波导芯的一段(section)，其定义具有顶端的倒锥(inverse taper)。在该边缘耦合器构造中，该倒锥的窄端在该顶端邻近该光源设置，且该倒锥的宽端与该波导芯的另一段连接，以将光路由至该光子集成电路。

3、当光从该光源被传输至该边缘耦合器时，该倒锥的逐渐变化的剖面面积支持模式转换(mode transformation)以及与模式转换相关的模式尺寸变化(mode sizevariation)。该倒锥的该顶端不能完全限制自该光源接收的入射模式，因为该顶端的剖面面积显著小于模式尺寸。因此，该入射模式的电磁场的很大一部分分布于该倒锥的该顶端周围。随着宽度尺寸增加，该倒锥可支持全部入射模式并限制电磁场。

4、需要改进的边缘耦合器的结构以及形成此类结构的方法。

技术实现思路

1、在本发明的一个实施例中，提供一种边缘耦合器的结构。该结构包括半导体衬底、包括弯曲段以及终止该弯曲段的端部的第一波导芯、以及包括邻近该第一波导芯的该弯曲段设置的段的第二波导芯。该第一波导芯设置于该第二波导芯与该半导体衬底间。

2、在本发明的一个实施例中，提供一种边缘耦合器的结构。该结构包括包括第一锥形段以及终止该第一锥形段的第一端部的第一波导芯、包括第二锥形段以及终止该第二锥形段的第二端部的第二波导芯、以及包括第三锥形段以及终止该第三锥形段的第三端部的第三波导芯。该第三锥形段沿横向方向设于该第一波导芯的该第一锥形段与该第二波导芯的该第二锥形段间。该第一锥形段具有随着与该第一端部的距离增加而减小的第一宽度尺寸，该第二锥形段具有随着与该第二端部的距离增加而减小的第二宽度尺寸，以及该第三锥形段具有随着与该第三端部的距离增加而增加的第三宽度尺寸。

3、在本发明的一个实施例中，提供一种形成边缘耦合器的结构的方法。该方法包括形成第一波导芯，该第一波导芯包括弯曲段以及终止该弯曲段的端部，以及形成第二波导芯，该第二波导芯包括邻近该第一波导芯的该弯曲段设置的段。该第一波导芯设置于该第二波导芯与半导体衬底间。

技术特征：

1.一种边缘耦合器的结构，其特征在于，该结构包括：

2.如权利要求1所述的结构，其特征在于，该第二波导芯的该第一段与该第一波导芯的该第一弯曲段的至少部分具有重叠关系。

3.如权利要求1所述的结构，其特征在于，该第二波导芯的该第一段与该第一波导芯具有非重叠关系。

4.如权利要求1所述的结构，其特征在于，该第二波导芯包括终止该第一段的端部，且还包括：

5.如权利要求1所述的结构，其特征在于，该第二波导芯包括终止该第一段的端部，且还包括：

6.如权利要求1所述的结构，其特征在于，还包括：

7.如权利要求6所述的结构，其特征在于，该第二波导芯包括第一侧壁以及与该第一侧壁相对的第二侧壁，该第一波导芯的该第一弯曲段邻近该第一侧壁设置，且该第三波导芯的该弯曲段邻近该第二侧壁设置。

8.如权利要求7所述的结构，其特征在于，该第二波导芯沿横向方向设于该第一波导芯与该第三波导芯间。

9.如权利要求7所述的结构，其特征在于，该第二波导芯与该第一波导芯的该第一弯曲段的部分重叠，且该第二波导芯与该第三波导芯的该弯曲段的部分重叠。

10.如权利要求7所述的结构，其特征在于，该第一波导芯的该第一弯曲段延伸跨过该第二波导芯的该第一侧壁，且该第三波导芯的该弯曲段延伸跨过该第二波导芯的该第二侧壁。

11.如权利要求7所述的结构，其特征在于，该第二波导芯与该第一波导芯的该第一弯曲段的至少部分具有第一重叠关系，且与该第三波导芯的该弯曲段的至少部分具有第二重叠关系。

12.如权利要求7所述的结构，其特征在于，该第二波导芯与该第一波导芯具有第一非重叠关系，且与该第三波导芯具有第二非重叠关系。

13.如权利要求1所述的结构，其特征在于，该第一波导芯包括第二弯曲段以及终止该第二弯曲段的第二端部。

14.如权利要求1所述的结构，其特征在于，该第二波导芯包括锥形段以及终止该锥形段的端部，且该第一波导芯纵向偏离该第二波导芯的该锥形段的该端部。

15.如权利要求1所述的结构，其特征在于，该第一波导芯包括第一材料，且该第二波导芯包括不同于该第一材料的第二材料。

16.如权利要求1所述的结构，其特征在于，该第一波导芯包括硅，且该第二波导芯包括氮化硅。

17.如权利要求1所述的结构，其特征在于，该第二波导芯包括第二段，且该第一波导芯包括延伸于该第二波导芯的该第二段下方以定义波导结构的第二段。

18.一种边缘耦合器的结构，其特征在于，该结构包括：

19.如权利要求18所述的结构，其特征在于，该第一波导芯具有第一纵轴，该第二波导芯具有第二纵轴，且该第三波导芯具有平行于该第一纵轴及该第二纵轴排列的第三纵轴。

20.一种形成边缘耦合器的结构的方法，其特征在于，该方法包括：

技术总结本发明涉及具有弯曲耦合辅助特征的双层边缘耦合器，提供边缘耦合器的结构以及形成此类结构的方法。该结构包括半导体衬底、包括弯曲段以及终止该弯曲段的端部的第一波导芯、以及包括邻近该第一波导芯的该弯曲段设置的段的第二波导芯。该第一波导芯设置于该第二波导芯与该半导体衬底间。技术研发人员：卞宇生受保护的技术使用者：格芯（美国）集成电路科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/29