向衬底的耦合损耗减少的光子晶体波导的制作方法

向衬底的耦合损耗减少的光子晶体波导的制作方法
【专利摘要】本发明描述一种光子装置和形成方法，其提供使所述光子装置的衬底与内核之间的光学耦合减少的区域。所述区域使用所述内核和外包层中的孔洞形成。所述孔洞可经提供光子晶体的材料填充。因此，所述光子装置可充当波导和光子晶体。
【专利说明】向衬底的耦合损耗减少的光子晶体波导

【技术领域】
[0001]本文中所公开的实施例大体上涉及电子装置(例如半导体装置)领域，且更明确地说涉及光子装置和形成方法。

【背景技术】
[0002]电子-光子装置(也称为光电装置)是一类能够寻源、控制并检测光的电子装置。电子-光子装置包括电子和光子功能两者。在半导体工业中，光子装置具有各种先进的应用，包括芯片内、计算机板的芯片之间以及计算机板之间的通信。回应于对电子装置(如半导体装置)、光子装置(例如光子晶体)更苛刻的通信带宽、能量消耗和性能标准，光学波导逐渐与光学/电学电路集成以形成一类称为电子-光子集成电路的电子-光子装置。在电子-光子集成电路中，执行纯光学功能、纯电学功能和光电功能的元件可使用CMOS工艺流程同时形成在相同或不同的衬底上。当前CMOS工艺流程包括一系列复杂的制造步骤，包括沉积、掩蔽、蚀刻和掺杂。
[0003]一种有利的光子装置是光子晶体，一种折射率周期性改变的结构(例如多个孔洞的安排)的材料和/或网格。光子晶体具有允许为电磁波传播定制独特性质的孔洞。与半导体中的带隙能量(其中载波能量被阻挡)类似，光子晶体可为电磁波提供光子带隙，其中阻挡特定波长的存在，同时允许其它波长穿过。阻挡的方向是所述结构的“光子带隙”。如果光子晶体不允许光在所有偏振和方向的波长范围内传播，那么其具有“完全光子带隙”。光子晶体包括二维(2D)和三维(3D)光子晶体。2D光子晶体在两个维度中具有周期性且在第三维度中是均一的。尽管2D光子晶体无法具有完全带隙，但其可具有针对精确局限于特定周期性平面的传播的所有方向和偏振存在的阻挡的空隙。相比之下，在3D光子晶体中，电介质网格在三个维度中是周期性的，形成完全光子带隙。
[0004]另一尤其适用的光子装置是在衬底上形成的光波导，即光学路径。典型光波导结构包括内核和外包层材料。内核可由与外包层材料的折射率相比折射率(η)较大的材料形成。波导在电磁波内部反射时在较高折射率内核和较低折射率外包层材料之间的界面处产生。
[0005]需要管理内核折射率与外包层材料折射率之间的差异以维持光学信号经由波导不间断的传播且光学信号的泄漏最少。折射率匹配内核折射率的材料即使与内核间隔开也可与内核耦合并经由称为渐逝耦合的过程吸引光学信号远离波导，破坏光学信号经由波导的传播。具体地说，具有各种光学和电学结构的电子和光子功能集成在相同或不同衬底上的电子-光子装置和其它电子装置可易受这一类光损耗的影响。
[0006]会减轻来自光学耦合的光损耗且还可充当光子晶体以获得特定值的光子带隙的光子装置将推进电子-光子装置和其它电子装置(例如半导体装置)的性能和效率。

【专利附图】

【附图说明】
[0007]图1A是在加工的初始阶段的根据一个实施例的光子装置的透视图；
[0008]图1B是在图1A的加工阶段之后的加工阶段的沿截面A-A获取的图1A的光子装置的横截面图；
[0009]图1C是在图1B的加工阶段之后的加工阶段的沿截面A-A获取的图1B的光子装置的横截面图；
[0010]图1D是在图1C的加工阶段之后的加工阶段的沿截面A-A获取的图1C的光子装置的横截面图；
[0011]图1E是在图1D的加工阶段之后的加工阶段的沿截面A-A获取的图1D的光子装置的横截面图；
[0012]图1F是在图1E的加工阶段之后的加工阶段的沿截面A-A获取的图1E的光子装置的横截面图；
[0013]图2是沿截面A-A获取的光子装置的另一实施例的横截面图；
[0014]图3是沿截面A-A获取的光子装置的另一实施例的横截面图；
[0015]图4A是图2的光子装置的内核的自上向下的视图；
[0016]图4B是图3的光子装置的内核的自上向下的视图；以及
[0017]图5是具有根据本文所公开的各种实施例构建的光子装置的电子-光子装置的方块图。

【具体实施方式】
[0018]在以下【具体实施方式】中，参考随附图式，其构成本文的一部分且其中以说明方式展示可实践的具体实施例。应理解，在整个附图中相同的参考数字代表相同的元件。足够详细地描述实施例以使所属领域的技术人员能够对其进行制造并使用，且应理解可对所公开的具体实施例作出结构、材料、电学和程序改变，仅其中的一些详细地论述于下文中。
[0019]术语“衬底”包括娃、绝缘体上娃(silicon-on-1nsulator，SOI)、空洞层上娃(silicon-on-nothing, SON)和蓝宝石上娃(silicon-on-sapphire，SOS)技术、惨杂和未惨杂的半导体、由基底半导体基础支撑的外延硅层和其它半导体结构。此外，当在以下描述中提及“衬底”时，可能已利用先前的工艺步骤在基底半导体结构或基础以及绝缘衬底(如玻璃或石英)中形成区域或结。术语“衬底”还被理解为尤其包括例如线形和非线性光学材料、金属、半导体和绝缘体/电介质、声学材料、磁性材料、铁电材料、压电材料和超导材料。另外，半导体无需为基于硅的，而是可基于例如硅锗(SiGe)Jf (Ge)、砷化镓(GaAs)或磷化铟(InP) ο
[0020]术语“光子晶体”是指折射率周期性改变的结构(例如孔洞的安排)的材料和/或网格。“光子晶体”包括2D和3D光子晶体以及单模和多模光子晶体。
[0021]本文所述的实施例提供光子装置以用于电子装置，例如电子-光子装置、半导体装置，和其形成方法。光子装置具有至少一个衬底、内核、外包层材料和衬底的抗耦合区。衬底的抗耦合区可在装置内核的至少一部分和装置包层的至少一部分下方延伸。多个孔洞可设置在内核中，从其顶表面延伸穿过其以帮助形成抗耦合区。所述多个孔洞还可用于形成光子晶体。
[0022]光子装置的所述多个孔洞和抗耦合区的组合提供数种优点。抗耦合区可增加光子装置的内核与其制造于其上或其中的衬底之间的光学分离且由此减少它们之间的耦合。抗耦合区的折射率约等于或小于外包层材料(例如二氧化硅、氧化铝或其它电介质材料或合适的金属氧化物)的折射率。光子装置的衬底与内核之间的耦合减少可限制来自光子装置的潜在传播损耗。
[0023]在一个实施例中，抗耦合区的至少一部分的折射率约等于或小于外包层材料的折射率。可用于形成抗耦合区的通过内核和包层的多个孔洞可经具有确保电磁波不受妨碍地经由内核传播的折射率的材料填充。
[0024]在其它实施例中，除抗耦合区之外，可用于形成抗耦合区的所述多个孔洞的至少第一群组可具有约等于或小于外包层材料的折射率的第一折射率，且所述多个孔洞的第二群组可具有同样约等于或小于外包层材料的折射率的第二折射率。在所述实施例中，除了提供形成抗耦合区保护对抗因内核与衬底之间的非所需耦合所致的潜在光泄漏的方式之夕卜，光子装置还可充当具有特定值的可定制的光子带隙的光子晶体。
[0025]在现有CMOS工艺流程期间，例如在镶嵌或双重镶嵌工艺期间，在形成衬底之后在合适的加工阶段可形成光子装置的各种实施例。如美国专利第7，074，717号中所描述，镶嵌工艺流程是电气互连制造工艺，其中沟槽或其它凹部形成于半导体装置的绝缘或电介质层中。沟槽经金属或其它导电材料填充以形成导电结构。就其本身而言，双重镶嵌工艺是多层互连制造工艺，其中接触开口也形成于半导体装置的绝缘或电介质层中。当光子装置加工步骤(下文关于图1A-1F论述)进行时CMOS或镶嵌加工的阶段取决于所制造的电子装置的光学和电学参数，且其中光子装置将形成在衬底上。光子装置的位置也通过电子装置的光学和电学参数测定。镶嵌工艺流程具有为内核的顶表面提供光滑的修饰面层的优点，其可有助于减少来自内核的光泄漏。
[0026]图1A图解说明在加工的初始阶段的光子装置100的实施例的透视图，且图1B图解说明沿横截面A-A获取的光子装置100的横截面图。在衬底110通过此项技术中已知的任何加工步骤形成之后，外包层材料120和内核130可通过合适的沉积技术依序形成，例如化学气相沉积、光刻加工技术、退火工艺(例如在介于约800°C与约1200°C之间下的热氧化工艺)或与CMOS (或镶嵌)工艺流程相容的其它工艺。外包层材料120和内核130可在衬底110上方形成。从A-A横截面，内核130可具有矩形形状(如图1B中所示)或内核130可具有球形、多边形或其它形状。如图1B中所示，内核130可嵌在外包层材料120的至少一部分中。在图1B中，外包层材料120并不在内核130上方延伸，但这不具限制性。也就是说，必要时，外包层材料120可在内核130的至少一部分的上方延伸。光子装置100的内核130可例如是多晶娃(折射率(η)=约3.7)、单晶娃(η =约3.5)或氮化娃(η =约
2.01)。外包层材料120可为折射率小于内核130的折射率的合适的电介质材料，例如二氧化硅(η =约1.45)、氧化铝(η =约1.76)或其它金属氧化物。另外，可设置匹配外包层材料120的折射率的材料的间隔件125以防止外包层材料120的后续蚀刻并为装置100提供机械支撑。光学信号将在内核130处进入光子装置100并沿至少一个光学路径P传播(图ΙΑ) ο
[0027]内核130可具有约150nm到约300nm的厚度。外包层材料120可具有约925nm到约2微米的厚度。然而，这不具限制性。内核130和外包层材料120可经设定大小到此项技术中已知的任何尺寸，从而实现装置100的特定光学特征(例如发射特定波长或波长范围的光)、使用和应用。
[0028]因内核130邻近衬底110和其折射率的相似性所致的可能的渐逝耦合提高了光学信号损耗到衬底110的可能性。因此，光耦合或以其它方式损耗到衬底110，而不是在内核130-外包层材料120边界处反射并沿至少一个光学路径P传播。下文相对于图1C-1F论述的方法步骤描述了如何产生多个孔洞140，所述多个孔洞可在衬底110中形成抗耦合区150以帮助减轻渐逝耦合和光或信号损耗。
[0029]在外包层材料120和内核130形成在衬底110上方之后，多个孔洞140可形成在外包层材料120和内核130中，如图1C中所示。在这一加工阶段，经由图案化和合适的蚀刻来去除光子装置100的部分以形成孔洞140。孔洞140可从装置100的顶部经由内核130和包层120延伸到下伏的衬底110。从自上向下的视角，孔洞140的形状可为球形、矩形、多边形或其它形状。
[0030]在形成孔洞140之后，抗耦合区150可形成在衬底110中，如图1D中所描绘。抗耦合区150在外包层材料120的至少一部分和内核130的至少一部分下方延伸。抗耦合区150可经由任何蚀刻工艺形成，例如各向同性蚀刻、等离子蚀刻、反应性离子蚀刻或用于形成图1C中的多个孔洞140的蚀刻工艺。抗耦合区150可如图1D中保持“空的”，即，仅经空气填充。或者，如图1E中所示，抗耦合区150的至少一部分可经可使用用于形成外包层材料120的相同或相似材料和技术形成的合适的电介质材料填充，例如二氧化硅、氧化铝或其它金属氧化物。还可采用蚀刻后加热工艺，例如在介于约800°C与约1200°C之间下的热氧化工艺，以在抗耦合区150中生长氧化物。举例来说，如果衬底110由硅形成，那么抗耦合区150可经生长的二氧化硅填充。
[0031]如图1F中所示，多个孔洞140可经多晶硅(η =约3.7)、单晶硅(η =约3.5)、氮化硅(η =约2.01)或折射率比外包层材料120的折射率大的任何其它合适的材料填充。孔洞140应与内核130光学相容，使得孔洞140将不引起光从内核130泄漏到衬底110。这允许光学信号经由内核130的传播不受多个孔洞140影响地进行，同时抗耦合区150减轻内核130与衬底110之间的耦合。
[0032]相应地，光子装置100包含衬底110 ;在衬底110上方形成的外包层材料120 ;在外包层材料120的一部分内的内核130 ;以及在衬底110中在内核130的至少一部分和外包层材料120的至少一部分下方延伸的抗耦合区150。另外，抗耦合区150可足以减轻内核130与衬底110之间的光学親合。内核130包含多晶娃、单晶娃和氮化娃中的一者。外包层材料120包含二氧化硅、氧化铝、金属氧化物和电介质材料中的一者。
[0033]抗耦合区150的至少一部分的折射率可约等于或小于外包层材料的折射率。此夕卜，抗親合区150的至少一部分可经电介质材料、空气、二氧化娃、氧化销和金属氧化物中的一者填充。
[0034]还提供了一种形成光子装置100的方法。所述方法涉及:在衬底110上方形成外包层材料120 ;在外包层材料120的一部分内形成内核130 ;在内核130和外包层材料120内形成孔洞140 ;使用孔洞140以在衬底110中形成在内核130的至少一部分和外包层材料120的至少一部分下方延伸的抗耦合区150。抗耦合区150可足以减轻内核与衬底之间的光学親合。
[0035]所述方法还可涉及用折射率约等于或小于外包层材料的折射率的材料填充抗耦合区150的至少一部分。抗耦合区150还可经空气填充。所述步骤可在CMOS工艺、镶嵌工艺和双重镶嵌工艺中的一者期间进行。
[0036]多个孔洞还可经各种材料填充以提供如现将描述的光子晶体。
[0037]图2示出了根据一个实施例的光子装置200，其与图1F的装置100类似，除了多个孔洞240的至少第一群组241可经具有约等于或小于外包层材料120的折射率的第一折射率的材料填充。多个孔洞240的第二群组242可经具有同样约等于或小于外包层材料120的折射率的第二折射率的材料填充。填充孔洞240的材料可为用于形成外包层材料120 (图1A-1B)或填充抗耦合区150 (图1E)的材料中的任一者，例如二氧化硅、氧化铝或其它金属氧化物或电介质材料。因此，多个孔洞240的安排和填充可周期性改变内核130的折射率。因此，内核130形成具有可定制光子波长带隙的光子晶体。
[0038]第一群组的孔洞241可经与第二群组242的孔洞相同的材料或不同的材料(具有等于或小于外包层材料120的折射率的折射率)填充以形成光子晶体。如果孔洞的第一群组241和孔洞的第二群组242经不同的材料填充，那么所用材料的相应折射率应支持内核130折射率的所需周期性改变和装置200的光学性质。
[0039]图3示出了根据另一实施例的光子装置300，其与图2的装置200类似，除了多个孔洞340的至少第一群组241和/或第二群组342经空气(η =约I)填充。如图3中所描述，多个孔洞340的第二群组342可经空气填充，但这不具限制性。
[0040]在任一实施例中，抗耦合区150可经空气(如图1D中)或经电介质材料(如图1E中)填充。
[0041]光子装置100、200、300的元件的性质和几何形状可包括此项技术中已知的任何性质和几何形状。光子装置200、300可充当二维(2D)(例如孔洞240、340在两个维度中是周期性的以在特定周期性平面中为传播的所有方向和偏振形成波长带隙)或三维(3D)(例如孔洞240、340在三个维度中是周期性的以形成完全波长带隙)光子晶体。孔洞240、340的安排和其相应的折射率(即所用的填充材料(如果存在的话))决定光子装置200、300的波长带隙。
[0042]图4Α-4Β图解说明分别展示可使用的孔洞240、340的示例性安排的光子装置200、300的内核130的自上向下的视图。装置200、300可充当2D或3D光子晶体。图4Α图解说明孔洞240的示例性三角形网格且图4Β图解说明孔洞340的示例性矩形网格，然而所述安排不限于此。网格常数α 1>2(即周期)是从一个孔洞240、340的中心到邻接孔洞240、340的中心的距离。为了获得针对所需波长或波长范围的光子带隙，α应为所需波长的分数(通常为二分之一 )ο孔洞240,340的半径可为约0.20 α 1>2到约0.48 a U2，例如取决于装置200、300的所需波长带隙范围。一般来讲，在内核130与外包层材料120之间的折射率反差较大的情况下，可使得波长带隙较宽。光子带隙波长的下限主要由可形成的最小α和孔洞240、340决定。光子带隙的波长和宽度还取决于填充比，其是光子装置200、300中的多个孔洞240、340的体积与光子装置200、300的总体积相比的比率。光子装置100、200、300可以一种、两种或数种模式发射光。光学信号可例如沿光学路径？工或P 2行进。每种模式经由内核130以独特的传播常数和群速度沿光学路径P行进。每种模式被描述为以特定弹跳角沿光学信号方向在内核130内弹跳的横向电磁(TEM)波的多次反射的大致总和。
[0043]图4Α-4Β的光学路径Pl,2不具限制性。装置200、300的光学性质(由其几何形状和材料决定)将定义特定光学信号沿其传播的精确光学路径P。装置200、300可接收可沿各种光学路径行进的一或多个光学信号。
[0044]3D和2D光子晶体和形成方法分别描述于美国专利第7，054，532号和美国专利第7，418，161号中。美国专利第7，054，532号描述形成电介质网格(即孔洞240、340的安排)所需的额外加工步骤，所述电介质网格在第三维度中是周期性的以便装置200、300的内核130形成3D光子晶体。作为也可充当光子晶体的光子装置200、300的几何形状的其它实例，焦(Jiao)等人，“光子晶体装置优化而不增加制造公差:模式多路分用器设计(PhotonicCrystal Device Optimizat1n Without Increasing Fabricat1n Tolerances:A ModeDemultiplexer Design”，斯坦福大学(University)( “焦，，)已提出具有半径为约0.18 α的多个(例如数千个)孔洞的紧凑型(8.2微米Χ13.3微米)多模光子装置。光子装置200、300的几何形状的另一实例可见于索尔贾希克(Soljacic)等人，“用于光学集成的非线性光子晶体微装置(Nonlinear Photonic Crystal Microdevices for OpticalIntegrat1n) ”，美国光学协会(Optical Society ofAmerica)，2003 年 4 月 15 日，第 8 卷，第8期(“索尔贾希克”)中。索尔贾希克已提出具有半径为0.2 α的孔洞的四端口、非线性光子晶体。在另一实例中，江(Jiang)等人，“80微米相互作用长度硅光子晶体波导调制器(80-Micron Interact1n Length Silicon Photonic Crystal Waveguide Modulator)，，，应用物理学通讯(Applied Physics Letter) 87，221105 (2005)( “江”)已提出具有 400nm网格常数、210nm孔洞直径、215nm内核厚度和2微米外包层材料厚度的超紧凑光子晶体调制器。
[0045]因此，装置200、300(图2、3)可与装置100实质上相同，除了多个孔洞240、340设置在内核130中从其顶表面延伸穿过其以形成光子晶体。多个孔洞240、340的至少第一群组241可具有约等于或小于外包层材料120的折射率的第一折射率。多个孔洞240、340的第一群组241可经电介质材料填充。多个孔洞240、340的第一群组241可经二氧化硅、氧化铝和金属氧化物中的一者填充。多个孔洞240、340的第一群组241可经空气填充。多个孔洞240、340的至少第二群组242、342可具有约等于或小于外包层材料120的折射率的第二折射率。多个孔洞240、340的第二群组242、342可经电介质材料填充。多个孔洞240、340的第二群组242、342可经二氧化硅、氧化铝和金属氧化物中的一者填充。多个孔洞240、340的第二群组242、342可经空气填充。光子晶体可为二维光子晶体。光子晶体还可为三维光子晶体。
[0046]形成装置200、300的方法可与形成装置100的方法实质上相同，除了所述方法还涉及在内核130中形成从其顶表面延伸穿过其的多个孔洞240、340以形成光子晶体。光子晶体可为二维光子晶体。光子晶体还可为三维光子晶体。所述方法还可涉及用具有约等于或小于外包层材料120的折射率的第一折射率的材料填充多个孔洞240、340的第一群组241。所述方法还可涉及用具有约等于或小于外包层材料120的折射率的第二折射率的材料填充多个孔洞240、340的第二群组242、342。多个孔洞240、340的第一群组241和多个孔洞240、340的第二群组242、342中的一者可用空气填充。
[0047]图5是描述至少一个光子装置(例如100、200、300 ;图1_4)如何可与芯片上或芯片外发射极20和收发器40通信以及如何可促进光学信号5在电子-光子装置10中的传播的方块图。举例来说，至少一个光子装置100、200、300的各种实施例可通过从芯片上或芯片外发射极20 (例如光学发射极、发光二极管、激光二极管或其它发射极)接收光学信号5来操作。光学信号5可接着经由至少一个光子装置100、200、300或一系列光子装置传播。从那里，光学信号5可行进到可集成为收发器40的调制器和/或检测器(未图示)。收发器40可安置在至少一个光子装置100、200、300的一端或两端。收发器40可经配置以发送和/或接收光学信号5，如图5中所示。收发器40还可将光学信号5转换回电信号以例如驱动电子-光子装置的另一元件。如果一个以上光子装置100、200、300串联地提供，那么光学信号5还可例如在光子装置100、200、300之间行进。
[0048]多个孔洞140、240、340可包括支持装置100、200、300的所需光学和/或电学性质的任何数目(例如数千个)的孔洞。
[0049]根据各种实施例提供一种系统，所述系统包含:发射极20，其经配置以发射光学信号5 ;和至少一个光子装置100、200、300，其经配置以从发射极20接收光学信号5，其包含:衬底110 ;在衬底110上方形成的外包层材料120 ;在外包层材料110的一部分内的内核130 ;和在衬底110中在内核130的至少一部分和外包层材料120的至少一部分下方延伸的抗耦合区150。抗耦合区150可足以减轻内核130与衬底110之间的光学耦合。
[0050]所述系统可包括安置在至少一个光子装置100、200、300的一端或两端的收发器40，其经配置以从至少一个光子装置100、200、300发送和接收光学信号。多个孔洞240、340可设置在内核130中，从其顶表面延伸穿过其以形成光子晶体。光子晶体可为二维光子晶体。光子晶体可为三维光子晶体。抗耦合区150的至少一部分可经折射率约等于或小于外包层材料120的折射率的材料填充。抗耦合区150可经空气填充。多个孔洞240、340的至少第一群组241可具有约等于或小于外包层材料120的折射率的第一折射率。多个孔洞240,340的第一群组241可经电介质材料填充。多个孔洞240、340的第一群组241可经二氧化硅、氧化铝和金属氧化物中的一者填充。多个孔洞240、340的第一群组241可经空气填充。多个孔洞240、340的至少第二群组242、342可具有约等于或小于外包层材料120的折射率的第二折射率。内核130包含多晶硅、单晶硅和氮化硅中的一者。外包层材料120包含二氧化硅。
[0051]虽然已详细描述所公开的实施例，但应易于理解本发明不限于所公开的实施例。实际上，所公开的实施例可经修改以并入迄今为止未描述的任何数目的变化、改变、取代或等效安排。
【权利要求】
1.一种光子装置，其包含: 衬底； 外包层材料，其形成在所述衬底上方； 内核，其在所述外包层材料的一部分内；和 抗耦合区，其在所述衬底中在所述内核的至少一部分和所述外包层材料的至少一部分下方延伸， 其中所述抗耦合区足以减轻所述内核与所述衬底之间的光学耦合。
2.根据权利要求1所述的光子装置，其中多个孔洞设置在所述内核中从其顶表面延伸穿过其以形成光子晶体。
3.根据权利要求1所述的光子装置，其中所述抗耦合区的至少一部分具有约等于或小于所述外包层材料的折射率的折射率。
4.根据权利要求1所述的光子装置，其中所述抗耦合区的至少一部分经电介质材料填充。
5.根据权利要求1所述的光子装置，其中所述抗耦合区的至少一部分经二氧化硅、氧化铝和金属氧化物中的一者填充。
6.根据权利要求1所述的光子装置，其中所述抗耦合区的至少一部分经空气填充。
7.根据权利要求2所述的光子装置，其中所述多个孔洞的至少第一群组具有约等于或小于所述外包层材料的折射率的第一折射率。
8.根据权利要求7所述的光子装置，其中所述多个孔洞的所述第一群组经电介质材料填充。
9.根据权利要求7所述的光子装置，其中所述多个孔洞的所述第一群组经二氧化硅、氧化铝和金属氧化物中的一者填充。
10.根据权利要求7所述的光子装置，其中所述多个孔洞的所述第一群组经空气填充。
11.根据权利要求7所述的光子装置，其中所述多个孔洞的至少第二群组具有约等于或小于所述外包层材料的折射率的第二折射率。
12.根据权利要求11所述的光子装置，其中所述多个孔洞的所述第二群组经电介质材料填充。
13.根据权利要求11所述的光子装置，其中所述多个孔洞的所述第二群组经二氧化硅、氧化铝和金属氧化物中的一者填充。
14.根据权利要求11所述的光子装置，其中所述多个孔洞的所述第二群组经空气填充。
15.根据权利要求1所述的光子装置，其中所述内核包含多晶硅、单晶硅和氮化硅中的一者O
16.根据权利要求1所述的光子装置，其中所述外包层材料包含电介质材料。
17.根据权利要求1所述的光子装置，其中所述外包层材料包含二氧化硅、氧化铝和金属氧化物中的一者。
18.根据权利要求2所述的光子装置，其中所述光子晶体是二维光子晶体。
19.根据权利要求2所述的光子装置，其中所述光子晶体是三维光子晶体。
20.一种系统，其包含: 发射极，其经配置以发射光学信号；和 至少一个光子装置，其经配置以接收来自所述发射极的所述光学信号，其包含: 衬底； 外包层材料，其形成在所述衬底上方； 内核，其在所述外包层材料的一部分内； 抗耦合区，其在所述衬底中在所述内核的至少一部分和所述外包层材料的至少一部分下方延伸， 其中所述抗耦合区足以减轻所述内核与所述衬底之间的光学耦合。
21.根据权利要求20所述的系统，其中多个孔洞设置在所述内核中从其顶表面延伸穿过其以形成光子晶体。
22.根据权利要求20所述的系统，其进一步包含安置在所述至少一个光子装置的一端或两端处的收发器，所述收发器经配置以发送和接收来自所述至少一个光子装置的所述光学信号。
23.根据权利要求21所述的系统，其中所述光子晶体是二维光子晶体。
24.根据权利要求21所述的系统，其中所述光子晶体是三维光子晶体。
25.根据权利要求20所述的系统，其中所述抗耦合区的至少一部分经折射率约等于或小于所述外包层材料的折射率的材料填充。
26.根据权利要求20所述的系统，其中所述抗耦合区经空气填充。
27.根据权利要求21所述的系统，其中所述多个孔洞的至少第一群组具有约等于或小于所述外包层材料的折射率的第一折射率。
28.根据权利要求27所述的系统，其中所述多个孔洞的所述第一群组经电介质材料填充。
29.根据权利要求27所述的系统，其中所述多个孔洞的所述第一群组经二氧化硅、氧化铝和金属氧化物中的一者填充。
30.根据权利要求27所述的系统，其中所述多个孔洞的所述第一群组经空气填充。
31.根据权利要求27所述的系统，其中所述多个孔洞的至少第二群组具有约等于或小于所述外包层材料的折射率的第二折射率。
32.根据权利要求20所述的系统，其中所述内核包含多晶硅、单晶硅和氮化硅中的一者。
33.根据权利要求20所述的系统，其中所述外包层材料包含二氧化硅。
34.一种形成光子装置的方法，所述方法包含: 在衬底上方形成外包层材料； 在所述外包层材料的一部分内形成内核；以及 在所述衬底中形成在所述内核的至少一部分和所述外包层材料的至少一部分下方延伸的抗耦合区， 其中所述抗耦合区足以减轻所述内核与所述衬底之间的光学耦合。
35.根据权利要求34所述的方法，其进一步包含: 用折射率约等于或小于所述外包层材料的折射率的材料填充所述抗耦合区的至少一部分。
36.根据权利要求34所述的方法，其中所述抗耦合区经空气填充。
37.根据权利要求34所述的方法，其中所述步骤在CMOS工艺、镶嵌工艺和双重镶嵌工艺中的一者期间进行。
38.根据权利要求34所述的方法，其进一步包含: 在所述内核中形成从其顶表面延伸穿过其的多个孔洞以形成光子晶体。
39.根据权利要求38所述的方法，其中所述光子晶体是二维光子晶体和三维光子晶体中的一者。
40.根据权利要求38所述的方法，其进一步包含: 用具有约等于或小于所述外包层材料的折射率的第一折射率的材料填充所述多个孔洞的第一群组。
41.根据权利要求40所述的方法，其进一步包含: 用具有约等于或小于所述外包层材料的折射率的第二折射率的材料填充所述多个孔洞的第二群组。
42.根据权利要求38所述的方法，其中所述多个孔洞的第一群组和所述多个孔洞的第二群组中的一者经空气填充。
【文档编号】G02B6/122GK104471453SQ201380010257
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2013年1月3日 优先权日:2012年1月20日
【发明者】居尔泰基·桑德胡, 罗伊·米迪 申请人:美光科技公司