CN119493215A 端面耦合器及其制备方法 （联合微电子中心有限责任公司）

导体衬底的由下而上的第一方向依次设置在所过倏逝场耦合方式从第二波导耦合进第一波导体衬底在第一方向上的距离不小于所述光纤的2沿垂直于所述半导体衬底的由下而上的第一方向依次设置在所述半导体衬底上方的其中，来自与所述端面耦合器耦合的光纤的光信号耦合进第三波导锗结构，所述锗结构位于第一波导上方且在第一方向上低于第二波导，第二波导的一部分和第三波导构成模斑转换器，所述模斑转换纤到第三波导的耦合以及从第三波导束缚的波导模式到第二波导束缚的波导模式的绝热第二波导的另一部分和第一波导的至少部分构成层间耦合器，信号从第二波导束缚的波导模式到第一波导束缚的所述模斑转换器用于绝热过渡的波导渐变结构和/或所述层间耦合器用于绝热过渡的所述非线性变化结构是双曲线结构或类抛物线变化所述模斑转换器的波导渐变结构的几何参数取决于与所述光纤的模斑直径的最大模在所述端面耦合器中，所述模斑转换器与所述层间耦合器在3第一间隔层的厚度为百纳米量级，并取决于第二波导与第一波导之间最佳耦合效率，所述端面耦合器在结构设计中的最小特征尺寸大于1所述端面耦合器被配置为支持TE模和/或T提供沿垂直于所述半导体衬底的由下而上的第一方向依次设置在所述半导体衬底上其中，来自与所述端面耦合器耦合的光纤的光信号耦合进第三波导在制备第二波导之后且在制备第三波导工艺之前，通提供锗结构，所述锗结构位于第一波导上方且在第一方向上低于第二波导，以4[0002]硅光集成技术作为光通信技术领域的前沿技术，除了具有述半导体衬底的由下而上的第一方向依次设置在所述半导体衬底上方的埋氧层、第一波第二波导耦合进第一波导中，以从所述光纤的模场逐级过渡为第一波导束缚的波导模式，换器用于光信号从所述光纤到第三波导的耦合以及从第三波导束缚的波导模式到第二波[0010]在示例性实施例中，第二波导的另一部分和第一波导的至少部分构成层间耦合5[0011]在示例性实施例中，所述模斑转换器用于绝热过渡的波导渐变结构和/或所述层上高于第一波导并且与第一波导连接；和在制备第二波导之后且在制备第三波导工艺之6[0032]图3A、图3B和图3C示出了根据本公开的示例性实施例的模斑转换器的结构示意及图4B示出了根据本公开的示例性实施例的模斑转换器的[0034]图5A、图5B和图5C示出了根据本公开的示例性实施例的层间耦合器的结构示意及图6B示出了根据本公开的示例性实施例的层间耦合器的[0037]图8示意性地示出了与上述用于制备端面耦合器的方法的部分步骤对应的端面耦7[0046]图1示出了根据本公开的示例性实施例的端面耦合器10的结构示意图。在示例性的由下而上的第一方向依次设置在该半导体衬底101上方的埋氧(BOX)层102、第一波导的材料与结构选定后，第二间隔层106的厚度可以取决于时域有限差分法(FDTD)计算出满8衬底101在第一方向上的距离不小于例如标准单模光纤的模场半径，从而减小衬底吸收损能够满足第三波导107远离半导体衬底的同时还有利于硅光集成，从而促进与例如标准单根据本公开的示例性实施例的用于将端面耦合器10与其它器件集成的互连结构[0055]此外，位于第一波导103与第三波导107之间的第二波导105的制备位于硅光前段9[0067]图2示出了根据本公开的示例性实施例的端面耦合器10的结构示意图。本领域技术人员应理解，图2中所示的端面耦合器是图1中所示的端面耦合器的一个具体实施方式，其中相同或相应的组件采用相同的附图标记来指示，并且图1中对于相同或相应组件的描[0068]接下来，将结合图2进一步描述根据本公开的示例性实施例的用于将端面耦合器[0069]如图2所示，端面耦合器10的互连结构109可以包括钨通孔201和双层铜大马士革[0070]在示例性实施例中，钨通孔201可以在第一方向上高于第一波导并且与第一波导[0072]在示例性实施例中，锗结构可以位于第一波导上方且在第一方向上低于第二波[0073]接下来，将结合图2进一步描述根据本公开的示例性实施例的光信号在端面耦合体而言，模斑转换器204可以用于光信号从光纤到第三波导的耦合以及从第三波导束缚的[0076]在示例性实施例中，模斑转换器204的尖端几何参数可以由本征模模拟满足与光波导结构构成，模斑转换器204的用于绝热过渡的结构(波导渐变结构)可以是线性变化结[0077]在示例性实施例中，模斑转换器204的波导渐变结构的几何参数取决于与光纤的可以由3DFDTD模拟得到的最佳耦合效率时的[0079]在示例性实施例中，在层间耦合器205中，第二波导和第一波导在耦合区域结构场绝热过渡至第二波导中，实现光从光纤中的大模场向第二波导中束缚的波导模场的过合进第一波导的倒锥结构中的光随着该倒锥结构逐渐过渡为第一波导中的束缚的波导模料折射率(n~2)相比传统硅材料(n~3.48)相比较小，低的折射率对比使得氮化硅的损耗较[0084]图3A、图3B和图3C示出了根据本公开的示例性实施例的模斑转换器的结构示意图3C中的上半部分示出了第三波导的结构示意图，下半部分示出了第二波导的结构示意曲线结构或类抛物线变化结构)或如图3C所示的亚波长优选双曲线结构或类抛物线变化结构有利于诸如标准单模光纤之类的第三波导到第二的及图4B示出了根据本公开的示例性实施例的模斑转换器的[0090]在示例性实施例中，模斑转换器的电场在x_z平面中沿着端面耦合器的场分布如部的右侧)到高度受限氮化硅波导模式(图4[0092]图5A、图5B和图5C示出了根据本公开的示例性实施例的层间耦合器205的结构示曲线结构或类抛物线变化结构)或如图5C所示的亚波长优选双曲线结构或类抛物线变化结构能够克服光及图6B示出了根据本公开的示例性实施例的层间耦合器的是在x_z平面上的层间耦合器TE模式电磁场分布图，从图6A可以看出第二波导中束缚的波模场的端面耦合器的插损可以做到0.625d[0100]下面结合图7以及图8描述根据本公开的实施例的用于制备端面耦合器10的方且图8示意性地示出了与上述用于制备端面耦合器的方法的部分步骤对应的端面耦合器的2。