用于平面光子电路的垂直光学耦合器的制造方法
【专利摘要】于此描述的是用于向诸如在绝缘体上硅(SOI)晶片上制备的光子电路的平面光子电路提供垂直光学耦合器(VOC)的装置、系统以及方法。在一个实施例中，所述VOC包括波导，所述波导由具有在1.45到3.45的范围中的折射率的材料构成，所述波导包括：第一端部，所述第一端部被配置为通过所述波导和另一介质之间的全内反射几乎垂直地反射光；第二端部，所述第二端部接收用于反射的光；以及第三端部，所述第三端部输出所反射的光。所述VOC与具有第一区域的Si波导耦合，所述第一区域包含：接收光的第一端部；以及输出所述接收的光的在光传播的方向上的倒锥形的端部，其中，所述硅波导的所述倒锥形的端部位于所述波导内部。
【专利说明】用于平面光子电路的垂直光学耦合器
【技术领域】
[0001]本发明的实施例总体涉及光子领域。更具体地，本发明的实施例涉及用于向诸如在绝缘体上硅(SOI)晶片上制备的硅光子电路的平面光子电路提供垂直光学耦合器的装置、系统、以及方法。
【背景技术】
[0002]在诸如绝缘体上硅(SOI)光子系统的典型的集成平面光子电路中，光被限制在晶片(或芯片)平面中。为了将光耦合进或耦合出光子电路，典型地将晶片划片成芯片，并且对每一个芯片刻面(facet)进行光学抛光，以容许有效的光学稱合。此光学稱合方案被称为边缘耦合方案。此耦合方案中的输入或输出光束平行于表面，并且与芯片的边缘或刻面正交。
[0003]然而，边缘耦合方案具有数个限制。例如，基于边缘耦合方案的光子电路只有在将晶片划片成芯片并且对单独的芯片进行抛光之后才能够被测试和封装。用于测试和封装的此工艺是昂贵的、耗费时间的、以及几乎不能升级为大量制造。
[0004]硅(Si)光子是基于用于有成本效益的光电子集成的平面光子电路的最流行且成功的技术平台之一。诸如激光器、调制器、以及检测器的基于光波导的光子设备，制备于绝缘体上硅(SOI)晶片上。
[0005]Si波导典型地设计为具有亚微米横截面，容许有源设备和无源设备的密集集成，以实现较高的速度和较低的驱动功率。由于Si和空气(或玻璃)之间的高的折射率差异，所以从Si芯片射出的光的数值孔径(NA)比光纤的典型的NA大得多。结果，光学模式转换器(OMC)典型地用于提高Si波导和光纤之间的光学耦合。常规的OMC是基于以上论述的边缘耦合方案，其中光沿着晶片表面射出。
[0006]从晶片平面中的水平取向的光波导将光耦合出晶片表面的一种可能的方式是将光栅耦合器连接至波导。然而，光栅耦合器具有低的效率、有限的带宽(波长相关的耦合效率)、以及强的偏振相关性。典型地，光以与晶片表面法向成一角度发射，需要例如成角度抛光的光纤来将光耦合进和/或耦合出芯片。
【发明内容】
[0007]本发明的于此描述的实施例涉及用于向诸如在绝缘体上硅(SOI)晶片上制备的硅光子电路的平面光子电路提供垂直(vertical)光学耦合器(VOC)的装置、系统、以及方法。于此描述的是制备与光学模式转换器结合的基于全内反射的垂直光学耦合器的实施例。在一个实施例中，垂直光学耦合器是波长不相关的并且偏振不相关的，并且具有表面法向耦合，使得晶片级光学测试和低成本封装成为可能。。
[0008]在一个实施例中，所述垂直模式转换器包括波导，所述波导由具有在1.45到3.45的范围中的折射率的材料构成，所述波导包括:第一端部，所述第一端部被配置为通过所述波导和另一介质之间的全内反射几乎垂直地反射光；第二端部，所述第二端部接收用于反射的光；以及第三端部，所述第三端部输出所反射的光。所述垂直模式转换器与具有第一区域的硅(Si)波导耦合，所述第一区域包含:接收光的第一端部；以及输出所述接收的光的在光传播的方向上的倒锥形的端部，其中，所述硅波导的所述倒锥形的端部位于所述波导内部。
[0009]在一个实施例中，所述系统包括垂直模式转换器以及光子设备，所述垂直模式耦合器包括波导，所述波导由具有在1.45至3.45的范围中的折射率的材料构成，所述波导包括:第一端部，所述第一端部被配置为通过所述波导和另一介质之间的全内反射几乎垂直地反射光；第二端部，所述第二端部接收用于反射的所述光；以及第三端部，所述第三端部输出所反射的光，所述光子设备耦合至所述光学模式转换器，并且可操作地在光由所述光学模式转换器接收之前对光进行调制。
[0010]在一个实施例中，形成所述垂直模式转换器的所述方法包括:在晶片上形成氧化层；对所述氧化层执行氧化物刻蚀，以在所述氧化层中生成几乎45度的线状剖面；以及在所述几乎45度的线状剖面的一侧上沉积材料，而在所述几乎45度的线状剖面的另一侧上沉积氧化物，所述材料形成波导并且具有在1.45至3.45的范围中的折射率。
[0011]虽然已经结合其具体实施例描述了本发明的
【发明内容】
，但是鉴于前述描述，该实施例的许多替代、修改以及变动对于本领域技术人员而言将是显而易见的。本发明的所述实施例旨在包含落入所附权利要求的宽广范围内的所有该替代、修改以及变动。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]根据以下给出的详细描述和根据本发明的各个实施例的附图将更充分地理解本发明的实施例，然而，这不是要将本发明限制于具体实施例，而仅仅为了说明和理解。
[0013]图1A是根据本发明的一个实施例的包括了垂直光学耦合器(VOC)和耦合至光子设备的光学模式转换器(OMC)的光学系统；
[0014]图1B是根据本发明的一个实施例的耦合至光子设备的OMC与VOC的详细的版本；
[0015]图2是根据本发明的一个实施例的形成垂直光学耦合器VOC的方法的高级流程图；
[0016]图3是根据本发明的一个实施例的用于形成垂直光学耦合器VOC的另外的方法的流程图；
[0017]图4A-E是根据本发明一个实施例的形成VOC的工序的摄影图像，该VOC按与包括了波导的晶片的平面垂直的方向发射光；
[0018]图5是根据本发明的一个实施例的具有储存于机器储存介质上的机器可读指令的计算机系统，该机器可读指令用于提供V0C。
【具体实施方式】
[0019]本发明的实施例涉及用于向诸如在绝缘体上硅(SOI)晶片上制备的硅(Si)光子电路的平面光子电路提供垂直光学耦合器的装置、系统以及方法。于此描述的实施例是借助于Si基波导中的成角度的镜面(milTor)提供Si基波导和光学设备之间的垂直耦合的实施例。在一个实施例中，成角度的镜面的角度大于临界角，使得成角度的镜面使用全内反射(TIR)以与晶片平面几乎正交的方向发射光，从而呈现出宽带响应。于此描述的是制备与光学模式转换器结合的基于全内反射的垂直光学耦合器的实施例。在一个实施例中，垂直光学耦合器是波长不相关的并且偏振不相关的，并且具有表面法向耦合，使得晶片级光学测试和低成本封装成为可能。
[0020]术语“临界角”于此指入射角，超过该入射角发生TIR。术语“几乎”于此指目标值的20%内(包含目标值的100% )。例如，几乎垂直意指在完美的垂直发射(垂直相对于Si晶片的表面)的20 %内，以及几乎45度的切口意指具有完美的45度切口的20 %内的角度的切口，等等。
[0021]在一个实施例中，设备(也称为装置和/或Si光子设备)包括由具有在1.45至
3.45的范围中的折射率的材料构成的波导。在一个实施例中，波导包括:被配置为通过波导和另一介质之间的TIR以几乎直角反射光的第一端部。在一个实施例中，波导包括接收用于反射的光的第二端部，和输出反射的光的第三端部，其中，第一端部具有具有大于临界角的角度的成角度的切口，使得成角度的切口使用TIR以与晶片平面几乎正交的方向发射光，从而呈现出宽带响应。成角度的切口具有大于TIR角度的角度。在一个实施例中，成角度的镜面的角度是几乎45度的角度，其在光传播通过波导的路径中，其中，几乎45度的角度引起了波导和其它介质之间的TIR。在一个实施例中，聚合材料是以下之一:氮化硅(Si3N4);氮氧化硅(SiON);聚酰亚胺；或SU8。“SU8”是基于环氧树脂的负性光致抗蚀剂。在一个实施例中，其它介质是空气。
[0022]在一个实施例中，设备还包括具有第一区域的Si波导，第一区域包含:接收光的第一端部；以及输出接收的光的在光传播方向上的倒锥形的端部，其中，Si波导的倒锥形的端部位于由聚合材料构成的波导内部。在一个实施例中，设备还包括一种抗反射涂覆(ARC)层，邻接由聚合材料构成的波导的第三端部，其中，添加ARC层以降低从第三端部输出的光的内反射。
[0023]于此的实施例还描述了用于形成以上提到的设备的方法。在一个实施例中，方法包括:在晶片(例如，Si晶片)上形成氧化层；以及对氧化层执行氧化刻蚀，以在氧化物中生成具有线状剖面的成角度的切口。在一个实施例中，成角度的切口具有大于TIR角度的角度。在一个实施例中，成角度的切口是氧化层中的几乎45度的线状剖面切口。在一个实施例中，方法还包括在几乎45度的线状剖面的一侧上沉积材料，而在几乎45度的线状剖面的另一侧上沉积氧化物，材料形成波导并且具有在1.45至3.45m的范围中的折射率，波导由聚合材料(Si3N4、聚酰亚胺、或SU8)构成。在一个实施例中，对氧化层执行氧化刻蚀的工艺包括:在氧化层上形成光致抗蚀剂层；对光致抗蚀剂层进行加热以生成非线性抗蚀剂剖面；以及对非线性抗蚀剂剖面执行多级氧化物干法刻蚀，以在氧化物中生成几乎45度的线状剖面。
[0024]于此讨论的实施例的技术效果是从使用常规CMOS工艺的Si光子设备生成几乎完全垂直的光发射。此外，如由输出光和输入光的比率定义的Si光子设备的效率对于于此描述的实施例比对于来自【背景技术】部分中讨论的光栅耦合器的垂直光发射的效率高得多。具有引起TIR的成角度的镜面(例如，几乎45度的镜面)的垂直发射光学耦合器的实施例使得能够以高效率进行晶片级光电混合测试。另外，于此讨论的垂直发射光学耦合器容许对为垂直腔表面发射激光器(VCSEL)设计的现有的拾取和放置封装技术的后向兼容，并且降低了封装的复杂性。而且，于此讨论的垂直发射光学耦合器容许光学设计者以利用边缘发射耦合器难以测试的方式对设备进行布局的自由度和灵活性，并且从而最大化晶片上可用的占用面积(real estate)。
[0025]将光垂直地耦合进或耦合出晶片或芯片表面容许在制备之后直接在晶片上进行对平面光子电路的测试，类似于用于电子集成电路的标准测试方法。此外，此表面耦合方案容许更大的电路设计灵活性，使得不是所有的光学输入和/或输出耦合器必须沿着芯片刻面对齐。由于足够的耦合效率、低的波长敏感性和低的偏振敏感性，该表面耦合器也容许使用现有的拾取放置封装技术的对光子芯片进行可靠并且低成本的封装。
[0026]在下面的描述中，对许多细节进行了讨论，以提供对本发明的实施例的更彻底的解释。然而，对本领域技术人员显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实施本发明的实施例。在其它的情况下，以框图的形式而非细节的形式示出了熟知的结构和设备，以便避免使当前发明的实施例模糊。
[0027]应当指出，在实施例的对应的图样中，利用线来表示信号。一些线可以是较粗的，以指示更多成分的信号通路，和/或一些线在一个或更多端部处具有箭头，以指示主要的信息流方向。该指示不旨在是限制性的。相反，线用于与一个或更多示范性的实施例的结合，以方便更容易地理解电路或逻辑单元。如设计要求或偏爱所规定的任何表示的信号可以实际上包括可以在任一方向上行进的一个或更多信号，并且可以利用任何适合类型的信号方案来实施。
[0028]在下面的说明书和权利要求中，可以使用术语“耦合”及其派生词。术语“耦合”于此指直接接触(物理地、电地、磁地、光学地等等)的两个或更多元件。术语“耦合”于此也可以指彼此不直接接触，但是仍然彼此协作或相互作用，的两个或更多元件。
[0029]如于此使用的，除非另作说明，于此使用的描述通用对象的序数形容词“第一”、“第二”以及“第三”等等仅仅指示正被提到的相似的对象的不同的实例，而不旨在暗示如此描述的对象必须是时间、空间、以排列或以任何其它方式的给定的顺序。
[0030]图1A是包括了耦合至光学模式转换器(OMC) 107的垂直光学耦合器(VOC)的系统视图100。在一个实施例中，VOC包含在第一端部105处具有成角度的镜面的波导104。在一个实施例中，根据本发明的一个实施例，0MC107耦合到光子设备103。在一个实施例中，0MC107包括由具有在1.45至3.45的范围中的折射率的材料构成的波导104。在一个实施例中，用于波导104的材料是聚合材料。在一个实施例中，聚合材料是以下之一:氮化硅(Si3N4)、氮氧化硅(SiON)、聚酰亚胺、或SU8。
[0031]在一个实施例中，波导104包括:被配置为通过在波导和另一介质之间的TIR几乎垂直(几乎以直角)地反射光的第一端部105。在一个实施例中，另一介质是空气。在一个实施例中，另一介质是玻璃。在其它实施例中，其它类型的材料能够用于从波导104内部的45度的角度切口引起TIR的另一介质。
[0032]在一个实施例中，波导104的第一端部105具有具有大于临界角的角度的成角度的切口，使得成角度的切口使用TIR以几乎与晶片平面正交的方向反射光，从而呈现出宽带响应。在一个实施例中，成角度的切口的角度大于TIR角度。在一个实施例中，成角度的切口的角度是几乎45度的角度，其在光传播通过波导的路径中，其中，波导104中的几乎45度的角度切口在波导104和另一介质(例如，空气)之间引起了 TIR。
[0033]在一个实施例中，几乎45度的角度的切口是负45度的角度的切口。在以上的实施例中，以几乎45度的镜面切口创建波导104 (例如，Si3N4波导)和空气的界面，这容许入射至切口的光以几乎90°的角度100% (或几乎100%)地反射，几乎与晶片表面正交地射出，而非从波导104的边缘射出。
[0034]在一个实施例中，0MC107的波导104包括:接收用于反射的光的第二端部108。在一个实施例中，波导104包括输出反射的光的第三端部109。图2中示出了以上讨论的第一、第二、以及第三端部的另一个视图。
[0035]返回参考图1A，在一个实施例中，包括0MC107的基板101也包含耦合至0MC107的光子设备103。在一个实施例中，另一个波导在光子设备103和0MC107的波导104之间耦合，其中，另一波导是具有亚微米横截面的单模波导。术语“单模”指波导104的特性，该特性指波导104仅仅支持基光学模。在于此讨论的实施例中，另一波导是具有上区域和下区域的Si波导。在一个实施例中，另一硅波导的下区域输入至波导104，而另一 Si波导的上区域接收来自光子设备103的光并且将接收的光向下推至下区域。图2中示出了以上讨论的Si波导的上区域和下区域的视图。
[0036]返回参考图1A，在一个实施例中，光子设备103可操作地在光由波导104的第二端部108接收之前对光进行调制。在一个实施例中，0MC107还包括邻接波导104的第三端部的ARC层109，其中将ARC层109沉积于波导104上，以降低从波导104第三端部输出的光的反射。在一个实施例中，ARC层109是氧化物ARC层。在该实施例中，ARC层109是沉积于波导104的顶部处的氧化物的薄层。在该实施例中，ARC层109降低了由于例如Si3N4/空气的波导104的界面处的菲涅耳反射引起的光学损耗。在其它实施例中，其它材料可以用于ARC层109，以消除和/或降低当光以与基板101的表面(X轴)几乎正交(y轴)的角度离开波导104时来自45度镜面105的光的任何反射。在一个实施例中，来自0MC107的光由另一个设备接收。在一个实施例中，另一个设备是光检测器102。
[0037]图1B是根据本发明的一个实施例的耦合至光子设备103的0MC107(其包含V0C158)的详细的版本150。参考图1A描述了图1B。在一个实施例中，波导104的第三端部155具有沉积于其上而非波导104的整个顶部表面上的ARC层109 (图1A中的109)。实施例150包括两个波导——聚合物波导104和Si波导154。如参考图1A讨论的，Si波导154具有两个区域一也称为第一区域的下区域152和也称为第二区域的上区域151。
[0038]在一个实施例中，Si波导154的下区域152包括接收光(例如，来自光子设备103)的第一端部157。在一个实施例中，Si波导154的下区域152包含输出接收的光的在光传播方向上的倒锥形的端部153，其中，Si波导154的倒锥形的端部153位于聚合物波导104内部的第二端部108处。使倒锥形的区域153位于聚合物波导104内部的一个目的是以最小的损耗将光从光子设备103引导至聚合物波导104。
[0039]在一个实施例中，Si波导154的上区域151包含接收来自光子设备103的光的第一端部156，其中第一端部156耦合至光子设备103。在一个实施例中，上区域151具有光传播的方向上的倒锥形的端部，其中，上区域151从下区域152偏移(在垂直方向上)并邻接下区域152。在一个实施例中，上区域151(也称作第二区域)具有短于下区域152(也称作第一区域)的长度(在光传播方向上)的长度(在光传播的方向上)。在一个实施例中，上区域151位于聚合物波导104外部。在其它实施例中，上区域151的长度(在光传播方向上)等于或大于下区域152的长度(在光传播方向上)。在一个实施例中，上区域151位于聚合物波导104外部。
[0040]在一个实施例中，上区域151和下区域152的第一端部(157，156)被配置为接收来自光子设备103的光。由上区域151接收的光被向下推至下区域152，用于通过聚合物波导104(也简单地称作波导)的第二端部105处的切口(镜面)的垂直反射。
[0041]图2是根据本发明的一个实施例的形成0MC107的V0C158的方法的高级流程图200。
[0042]尽管以特定的顺序示出了流程图200中的方框，但是能够对这些动作的顺序进行修改。从而，能够以不同的顺序来执行示例的实施例，并且可以并行地执行一些动作/方框。另外，在提供用于Si光子的垂直发射OMC的各个实施例中，能够省略一个或更多动作/方框。参考图1A-B的实施例示例了图2的流程图。
[0043]在方框201，在晶片上形成氧化层。在一个实施例中，晶片是绝缘体上硅(SOI)晶片。在一个实施例中，2.5mm厚的氧化物层沉积于SOI晶片上。在方框202，对氧化物进行刻蚀以在氧化物中生成切口，使得切口的角度大于临界角，以便引起TIR。在一个实施例中，对氧化物进行刻蚀以在氧化层中生成几乎45度的线状剖面。在方框203，聚合材料(例如，Si3N4)沉积于几乎45度的线状剖面的一侧上，而氧化物沉积于几乎45度的线状剖面的另一侧上，聚合材料形成波导并且具有1.45至3.45的范围中的折射率。在方框204，ARC层109沉积于波导104的表面155上，波导104的表面155垂直地发射来自波导104的光。
[0044]图3是根据本发明的一个实施例的用于形成V0C158的另外的方法的流程图300。尽管以特定的顺序示出了流程图300中的方框，但是能够对这些动作的顺序进行修改。从而，能够以不同的顺序来执行示例的实施例，并且可以并行地执行一些动作/方框。另外，在提供用于Si光子的垂直发射OMC的各个实施例中，能够省略一个或更多动作/方框。参考图1-2和图4A-E的实施例示例了图3的流程图。图4A-E是根据本发明的一个实施例的形成波导104的工艺的摄影图像，该波导104按与晶片的表面垂直的方向107发射光。
[0045]在方框301，光致抗蚀剂层形成于氧化层上。在一个实施例中，在氧化层上旋涂厚度是氧化层的厚度的两倍的光致抗蚀剂。在方框302，对光致抗蚀剂层进行加热以生成一个非线状的光致抗蚀剂剖面。在一个实施例中，光致抗蚀剂回流，以创建非线状的光致抗蚀剂剖面。图4A是示出了由加热引起的在氧化层402之上的光致抗蚀剂401的非线状的抗蚀剂剖面的图片400。图片400是在完成光致抗蚀剂回流之后拍摄的。
[0046]返回参考图3，在方框303，对非线状的抗蚀剂剖面执行多级氧化物干法刻蚀工艺，以在氧化物中生成几乎45度的线状剖面。图4B示例了图片410，图片410示出了氧化层402中的几乎45度的线状剖面411，其中氧化层402在Si层403之上。图片410示出了在图形从光致抗蚀剂转移至氧化物之后的几乎45度的氧化物切口 411的剖面。
[0047]返回参考图3，在方框304，执行各向同性的氧化物干法刻蚀工艺，以创建离开几乎45度的线状剖面411 一距离的开口沟槽。在一个实施例中，该距离是I μ m。在一个实施例中，沟槽形成为填充有聚合材料(例如，Si3N4、聚酰亚胺、SU8等等)。用于聚合材料沉积的沟槽区域是以光刻法定义的。图4C示例了具有填充有Si3N4 (见421)的沟槽421的图片420。图片420示出了在利用聚合材料(Si3N4)对沟槽进行填充之后，进行通过化学机械工艺(CMP)的平坦化工艺和SiO2沉积后的横截面。在一个实施例中，干法刻蚀工艺是多级氧化物干法刻蚀,其中在多级氧化物干法刻蚀工艺的每一级,光致抗蚀剂401和氧化物402之间的选择比(selectivity)是经调整的。术语“选择比”于此指在给定的刻蚀时期中，消耗的SiO2除以消耗光致抗蚀剂(PR)的量，并且标记为(SiO2: PR)。例如，如果SiO2刻蚀速率是PR刻蚀速率的两倍，选择比是2比I或(2:1)。
[0048]返回参考图3，在方框305，执行各向同性的氧化物干法刻蚀工艺，以去除几乎45度的线状剖面411上的任何剩余的氧化物402(图4B中的)。在方框306，执行各向同性的氧化物湿法刻蚀工艺，以去除聚合物波导104的表面上的任何剩余的氧化物402 (图4C中的)。在一个实施例中，然后通过CMP对晶片的表面进行平坦化。
[0049]在一个实施例中，通过施加另一个光刻掩模来创建聚合材料和空气之间的TIR界面(例如，Si3N4/空气界面)，以保护制备的波导104。在一个实施例中，各向异性的氧化物干法刻蚀工艺创建离开45度镜面一距离(例如，5μπι)的开口沟槽。在一个实施例中，施加各向同性的氧化物湿法刻蚀工艺，即缓冲的氧化物刻蚀，以去除45度镜面411上且由聚合材料构成的波导104顶部表面上的剩余氧化物。
[0050]图4D和图4Ε示出了在完成氧化物湿法刻蚀工艺后的Si3N4波导104中的45度镜面的图片430和440 (图片430中的波导之一的放大的版本)。在一个实施例中，薄氧化层沉积于聚合物(Si3N4)表面上。在一个实施例中，氧化物的厚度是X/4/nMide以用作ARC109，其中λ是工作波长，以及ηΜ&是氧化物折射率。
[0051]图5是根据本发明的一个实施例的包括了用于向Si光子提供垂直发射OMC的处理器501的计算机系统500。图5也包含执行计算机可读/可执行指令503的机器可读储存介质502，以执行各个实施例的方法(例如，实施图2-3的流程图和说明书中讨论的其他处理的指令)。计算机可读/可执行指令由处理器501执行。
[0052]机器可读介质502可以包含但不局限于:闪速存储器、光盘、HDD(硬盘驱动器)、SSD(固态驱动器)、CD-R0M、DVD R0M、RAM、EPR0M、EEPR0M、磁卡或光卡、或适合储存电子的或计算机可执行的指令503的其它类型的机器可读介质。例如，本发明的实施例可以作为计算机程序(例如，BIOS)而被下载，可以经由通信链路(例如，调制解调器或网络连接)504通过数据信号将计算机程序从远程计算机(例如，服务器)转移至请求计算机(例如，客户端)O
[0053]在说明书中提到的“实施例”、“一个实施例”、“一些实施例”或“其它实施例”意指结合实施例描述的特定特征、结构、或特性包含于至少一些实施例中，但不必包含于所有实施例中。“实施例”、“一个实施例”或“一些实施例”的各种出现不必全指相同的实施例。如果说明书声明了组件、特征、结构、或特性“可以”、“可能”或“能够”被包含，则不需要包含该特定的组件、特征、结构、或特性。如果说明书或权利要求提到了“一”或“一个”元件，并不意味着仅有一个该元件。如果说明书或权利要求提到了“另外的”元件，则不排除存在一个以上的另外的元件。
[0054]虽然已经结合其具体实施例描述了本发明，但是鉴于前述描述，该实施例的许多替换、修改和变动对本领域技术人员而言将是显而易见的。
[0055]例如，能够通过不同于以上讨论的光致抗蚀剂回流工艺来生成氧化层中的线状斜面411。在一个实施例中，灰度级掩模图形化也能够用于在氧化物中创建线状斜面。在另一个实施例中，化学辅助离子束刻蚀(CAIBE)能够用于在氧化层中创建线状斜面。本发明的实施例旨在涵盖落入所附权利要求的广泛范围内的所有该替换、修改以及变动。
【权利要求】
1.一种设备，包括: 波导，所述波导由具有在1.45到3.45的范围中的折射率的材料构成，其中，所述波导包含:第一端部，所述第一端部被配置为通过所述波导和另一介质之间的全内反射几乎垂直地反射光；第二端部，所述第二端部接收用于反射的光；以及第三端部，所述第三端部输出所反射的光。
2.如权利要求1所述的设备，其中，用于所述波导的所述材料是聚合材料。
3.如权利要求2所述的设备，其中，所述聚合材料是以下之一: 氮化硅(Si3N4)； 氮氧化硅(SiON)； 聚酰亚胺；或 SU8。
4.如权利要求1所述的设备，还包括: 硅(Si)波导，所述硅(Si)波导具有第一区域，所述第一区域包含: 接收光的第一端部；以及 输出所接收的光的在光传播的方向上的倒锥形的端部，其中，所述Si波导的所述倒锥形的端部位于所述波导内部。
5.如权利要求4所述的设备，其中，所述硅波导还包括: 第二区域，所述第二区域耦合到所述第一区域，其中，所述第二区域包含: 接收所述光的第一端部；以及 在所述光传播的方向上的倒锥形的端部，其中，所述第二区域偏离所述第一区域并且邻接所述第一区域。
6.如权利要求5所述的设备，其中，所述第二区域具有短于所述第一区域的长度的长度。
7.如权利要求5所述的设备，其中，所述第二区域位于所述波导外部。
8.如权利要求5所述的设备，其中，所述第一区域的所述第一端部和所述第二区域的所述第一端部被配置为接收来自光子设备的光。
9.如权利要求8所述的设备，其中，所述光子设备可操作地在光由所述第一区域的所述第一端部和所述第二区域的所述第一端部接收之前对光进行调制。
10.如权利要求4所述的设备，还包括耦合至所述波导的氧化物层。
11.如权利要求1所述的设备，还包括抗反射涂覆(ARC)层，所述抗反射涂覆(ARC)层邻接所述波导的所述第三端部，其中，所述ARC层降低从所述第三端部输出的所述光的内反射。
12.如权利要求11所述的 设备，其中，所述ARC层是氧化物ARC层。
13.如权利要求1所述的设备，其中，所述第一端部在光传播通过所述波导的路径中具有几乎45度的角度的切口，所述几乎45度的角度引起所述波导和所述另一介质之间的所述全内反射。
14.如权利要求13所述的设备，其中，所述几乎45度的角度是负45度的角度。
15.如权利要求1所述的设备，其中，所述另一介质是空气。
16.一种形成设备的方法，包括:在晶片上形成氧化层； 对所述氧化层执行氧化物刻蚀，以在所述氧化层中生成几乎45度的线状剖面；以及在所述几乎45度的线状剖面的一侧上沉积材料，而在所述几乎45度的线状剖面的另一侧上沉积氧化物，所述材料形成波导并且具有在1.45至3.45的范围中的折射率。
17.如权利要求16所述的方法，其中，用于所述波导的所述材料是聚合材料。
18.如权利要求17所述的方法，其中，所述聚合材料是以下之一: 氮化硅(Si3N4)； 氮氧化硅(SiON)； 聚酰亚胺；或 SU8。
19.如权利要求16所述的方法，其中，对所述氧化层执行氧化物刻蚀包括: 在所述氧化层上形成光致抗蚀剂层； 对所述光致抗蚀剂层进行加热，以生成非线状的抗蚀剂剖面；以及对所述非线状的抗蚀剂剖面执行多级氧化物干法刻蚀，以在氧化物中生成所述45度的线状剖面。
20.如权利要 求19所述的方法，其中，所述光致抗蚀剂具有的厚度是所述氧化层的厚度的两倍。
21.如权利要求16所述的方法，其中，在所述几乎45度的线状剖面的一侧上沉积所述材料包括在所述氧化层中形成沟槽，其中，所述材料沉积于所述沟槽中，形成所述波导。
22.如权利要求16所述的方法，其中，对所述氧化层执行氧化物刻蚀包括对所述氧化层执行灰度级掩模图形化，以在氧化物中生成所述几乎45度的线状剖面。
23.如权利要求16所述的方法，还包括: 执行各向异性的氧化物干法刻蚀，以创建离开所述45度的线状剖面一距离的开口沟槽； 执行各向同性的氧化物湿法刻蚀，以去除所述几乎45度的线状剖面上的任何剩余的氧化物；以及 执行各向同性的氧化物湿法刻蚀，以去除所述波导的表面上的任何剩余的氧化物。
24.如权利要求23所述的方法，还包括在所述波导的所述表面上沉积抗反射涂覆(ARC)层。
25.如权利要求24所述的方法，其中，沉积所述ARC层包括在所述波导表面上沉积具有(X/4)/nMideW厚度的氧化层，其中λ是工作波长，以及nMide是所述氧化物的折射率。
26.—种系统,包括: 垂直模式耦合器，所述垂直模式耦合器包含波导，所述波导由具有在1.45至3.45的范围中的折射率的材料构成，其中，所述波导包括:第一端部，所述第一端部被配置为通过所述波导和另一介质之间的全内反射几乎垂直地反射光；第二端部，所述第二端部接收用于反射的所述光；以及第三端部，所述第三端部输出所反射的光；以及 光子设备，所述光子设备耦合至所述垂直模式耦合器，并且可操作地在光由所述光学模式转换器接收之前对光进行调制。
27.如权利要求26所述的系统，其中，所述聚合材料是以下之一:氮化硅(Si3N4)； 氮氧化硅(SiON)； 聚酰亚胺；或 SU8，并且 其中，所述另一介质是空气。
28.如权利要求26所述的系统，其中，所述垂直模式耦合器是光学模式转换器的部分，所述光学模式转换器包括: 硅(Si)波导，所述硅(Si)波导包含具有第一区域: 接收光的第一端部；以及 输出所接收的光的在光传播的方向上的倒锥形的端部，其中，所述Si波导的所述倒锥形的端部位于所述波导内部。
29.如权利要求28所述的系统，其中，所述硅波导还包括: 第二区域，所述第二区域耦合至所述第一区域，其中，所述第二区域包含: 接收所述光的第一端部；以及 在所述光传播的方向上的倒锥形的端部，其中，所述第二区域偏离所述第一区域并且邻接所述第一区域，并且 其中，所述第一区域的所述第一端部和所述第二区域的所述第一端部被配置为接收来自所述光子设备 的光，以及。
30.如权利要求26所述的系统，其中，所述第一端部在光传播通过所述波导的路径中具有几乎45度的角度，所述几乎45度的角度引起所述波导和所述另一介质之间的所述全内反射。
【文档编号】G02B6/122GK103998961SQ201180073763
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2011年9月29日 优先权日:2011年9月29日
【发明者】H·荣, O·加恩, P·斯里尼瓦桑, A·巴尔卡伊, I-W·A·谢, M·克里希纳穆尔蒂, Y-C·N·那 申请人:英特尔公司