光学装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明有关于使用一光栅的光耦合器。
【背景技术】
[0002]光线于一光集成电路内传导，且此光线经由在此光集成电路上的光栅达成一行进角度变换而耦合至一外部媒介。此光集成电路因此可免除传统的芯片切割及抛光而在晶圆上做测试，因而降低其封装或测试的成本。
【发明内容】
[0003]本发明的光耦合器可高效率的将光转换角度，并和其他的元件(波长分工器，激光或光传感器)或材料(三五族或硅锗)耦合以光集成电路芯片的方式实现。其主要结构为一光栅，一个至多个反射区，及一干涉区。藉由将光栅的周期结构和其干涉区内干涉光的波分布做匹配，此光耦合器可高效率的将光转换角度，举例来说，达成一垂直角度变换。
[0004]为了达成上述目的，本发明提供一光学装置，包含:一波导区，沿着一第一方向传导光；一第一反射区，可反射入射光形成反射光；一干涉区，位于该波导区及该反射区之间，并包含至少一部分由入射光及反射光所形成的干涉光；一光栅区，包含在一区域上形成的光栅，该区域包含至少一部份干涉光，该光栅可将至少一部分的干涉光耦合至一第二方向，该第二方向不同于该第一方向。
[0005]再者，该第一方向与该第二方向的交角大致上垂直。该波导区亦可包含一第二反射区，可反射并透射一部分的入射光。其中光于该干涉区中传导一循环回路衰减后的剩余比例系数(来回传导衰减系数)和该第二反射区的反射系数大致上匹配。光栅区的一部份形成于该第二反射区上。
[0006]再者，此光学装置更包含一 η掺杂区及一 P掺杂区，该些掺杂区可藉由外部电压或电流调变其内电场及其中的载流子浓度，以调变该第二反射区的折射系数(refractiveindex)。
[0007]再者，此光学装置更包含一 η掺杂区及一 P掺杂区，该些掺杂区可藉由外部电压或电流调变其内电场及其中的载流子浓度，以调变该第一反射区的折射系数。
[0008]再者，此光学装置更包含一 η掺杂区及一 P掺杂区，该些掺杂区可藉由外部电压或电流调变其内电场及其中的载流子浓度，以调变该干涉区的折射系数。
[0009]再者，此光学装置更包含一光源区，该光源区产生的光耦合至该干涉区，或该波导区，或该第一或第二反射区。此光学装置可更包含一封装，该封装具有一对应该光栅区的光圈，该光圈可传送沿着该第二方向的光线。
[0010]再者，此光学装置更包含一光吸收区耦合至该干涉区，或该波导区，或该第一或第二反射区。
[0011]该光栅区包含二维光栅结构，可将沿着两个方向传送的光合并至一传送方向，或将沿着一个方向传送的光分散至两个传送方向。
[0012]再者，此光学装置更可包含一第二光栅区可位于和该光栅区不同的区域上，该第二光栅区可将光親合至一第三方向。该反射区可包含:一全反射镜面，一分布式布拉格反射镜(DBR)，一色散镜面，一波导循环反射镜，或一金属镜面。该光栅区的光栅周期和该干涉区内干涉光的周期大致上匹配。该光栅区内光栅的表面周期结构和该干涉区内的干涉光波分布大致上相符。该光栅区可形成在:该干涉区，或该反射区，或该波导区。
[0013]本发明也提供一种一光学装置，包含:一光源区；一第一反射区及第二反射区；一干涉区，位于该第一反射区及第二反射区间，该干涉区耦合至该光源区，该干涉区可导引该光源区产生的一入射光以沿着一第一方向行进，及将在该第一反射区及该第二反射区之间干涉光局限于该第一方向上；一光栅区，光耦合至该干涉区；其中该光栅区可将一部份干涉光沿着一第二方向出射，该第二方向不同于该第一方向。
[0014]在本发明的光学装置的部分实施例中，此干涉区的等效折射系数可小于或等于该光栅区的等效折射系数。
[0015]本发明也提供一种一光学装置，包含:一第一反射区及第二反射区；一干涉区，位于该第一反射区及第二反射区间，该干涉区将在该第一反射区及该第二反射区之间干涉光局限于一第一方向上；一光吸收区耦合至该干涉区并可吸收部份的干涉光；一光栅区，光耦合至该干涉区，其中该光栅区可接收来自一外部媒介且沿着一第二方向行进的光，该第二方向不同于该第一方向。
[0016]在本发明的光学装置的部分实施例中，该光栅区可包含金属，并将沿着该第二方向的入射光，在其光栅区内親合形成一表面电楽效应。
[0017]本发明的光耦合器可在硅基板上，玻璃基板，或其他三五族材料基板上制成为光集成电路的一部分，其中的一项功能为将光的传导方向做垂直转向。在实际生产时，可垂直出射(入射)光的元件因为可免除传统的芯片切割及抛光而在全晶圆上直接做测试，因而降低其封装或测试的成本。此光耦合器的设计概念和现有技术相比，其中的一主要的特色是在光于波导内完全衰减之前即加入一反射层使其形成干涉波。于形成干涉波之后，于其干涉波的区域(干涉区)再加上一光栅结构，其中该光栅的表面周期结构和该干涉区内的干涉光波分布几乎匹配，使其干涉光可藉由光栅结构出射或入射。和本发明相比，现有技术在光传导时利用光栅将此行进波藉由一光栅沿着该行进方向逐渐出射。因为此行进波的能量随着行进时逐渐衰减(藉由光栅出射)，其能量对于行进方向的作图近似于一指数衰减的函数，因此为达到高效率的光耦合，现有技术的光栅设计通常需要较复杂的数值模拟，进而产生非周期性的光栅结构，使得其能量对于行进方向的作图近似于一高斯分布的函数。同时，现有技术的光出射或入射亦常呈现一夹角而非垂直，此夹角在后续的工艺时，例如在其上加上一透镜组，亦较为困难。关于本发明的其他优点，因为其干涉波或驻波的特性，使其光栅结构的面积可调整，举例来说，该光栅面积可以调整大一点以达到较小的散射，使得后续的封装对准时更为简易。本发明同时亦可在其光其干涉区间前再加入一局部反射区，其反射系数可调整和其干涉波于其干涉区内做一循环传导后(one-circulat1n)的剩余能量比例呈现几乎匹配，以使得其入射光可几乎完全耦合至其干涉区，进而大幅降低其回波干扰(back reflect1n)。此外，本发明的光栅，干涉区或其反射区亦可藉由调整其通过的电场，磁场，或甚至其机械应力来达到调变其折射系数的效果。调整不同的折射系数可改变其干涉波的波分布，从而改变其光耦合的特性。同时本发明亦可藉由调整其光栅结构来调整其出射或入射光的角度。此光耦合器若和一三五族材料或硅锗材料耦合，在应用于光产生的情境时(例如激光)，可将一水平出射的分布式反馈(DFB)或分布式布拉格反射(DBR)激光元件，高效率的转换成一垂直出射的元件。和广泛应用的垂直腔面发射激光元件(VCSEL)相比，此方式可以提供较长波长的激光(1310nm/1550nm)，同时亦可兼容于垂直腔面发射激光元件(VCSEL)的测试和封装的情境。若应用在一光吸收的情境时，则可将一垂直入射光高效率的转换成水平方向，此时该光吸收区域可调整至较小面积以在不影响其吸收率的情况下增加其操作速率。
[0018]本发明其余实现方式包含对应的系统、装置及计算机程序，该程序可执行方法步骤，及编程在计算机储存媒介。一或多个计算机组成的系统可由软件、固件，硬件或其组合构成。一或多个计算机程序可由指令构成，且由数据处理单元执行对应动作。
[0019]本发明上述及其他实现方式可配合附图对其详细说明。本发明其余特点及功效可由说明书、图示及专利范围而更易为人了解。
【附图说明】
[0020]图1A为本发明一实施例的光集成电路示意图；
[0021]图1B, 1C, ID为光耦合器示意图；
[0022]图2为干涉波型示意图；
[0023]图3A-3E为光栅图案示意图；
[0024]图4A-4F为和一光源结合的光耦合器示意图；
[0025]图5A-5C为和一光侦测器结合的光親合器不意图；
[0026]图6为和P-N结结合的光親合器不意图；
[0027]图7A-7B为具有多个输出端口的光耦合器示意图；
[0028]图8为用于封装的光耦合器示意图；
[0029]图9A-9E为反射区的范例；
[0030]图10为一光親合器的流程不意图；
[0031]图11为制作一光耦合器的流程示意图。
[0032]在本发明图示中，类似的图号代表类似的元件，再者，本发明说明书所述各实施例仅为说明用，而非为限定本发明的保护范围。
【具体实施方式】
[0033]下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述:
[0034]图1A为本发明一实施例的光集成电路不意图，其包含一以光栅为基础的光親合器，以使光线可耦合进出此光集成电路100。具有大致上垂直出射的光耦合器可有利于做表面射出/接收光电元件的界面，且可减少因为非垂直架构的封装成本及复杂度。
[0035]此光集成电路100包含一或多个制作于一基板(substrate) 116上的光学元件。该些光学元件包含一波导区102，一第一反射区106、一干涉区110、一第二反射区114及一光栅区120。此基板116可为任何适于制作光集成电路的基板。例如，此基板116可为硅晶圆、绝缘层覆硅(SOI)晶圆、如砷化镓(GaAs)或是磷化铟(InP)的类的II1-V晶圆或是玻璃晶圆。再者，此基板116也可为在集成电路上所覆盖的一层主动或是被动材料。例如，此基板可为在另一光集成电路上所覆盖的一层主动或是被动材料。
[0036]此波导区102的架构可使光线局限于一或多个维度，以导引光线行进于一特定方向。依据一些实施方式，此波导区102可局限光线于一个维度。例如此波导102可为将光线局限于z方向的平板波导(slab waveguide)。依据一些实施方式，此波导区102可局限光线于两个维度。例如此波导区102可为脊形波导(rib waveguide)或是通道波导(channelwaveguide)(可将光线局限于y及z方向)，以使光线可沿着x方向(如箭头122所示)行进。所谓“沿着X方向“可指双向(±x方向)或是单向(+X或是-X方向)。再者，若光线在一多模光纤内沿着X方向行进，虽然部份光线在光纤内沿着锯齿方向行进，但是光线的总体方向仍可视作沿着X方向。
[0037]大体而言，第一反射区106及第二反射区114用以反射入射光。例如在波导区102的光线入射到一界面104，部份光线反射回波导区102，而部份光线会射入此第一反射区106。类似地，在第一反射区106的光线入射到一界面108，部份光线反射回第一反射区106，而部份光线会射入干涉区110。类似地，在干涉区110的光线入射到一界面112，部份光线反射回干涉区110，而部份光线会射入一第二反射区114。依据一些实施方式，一反射区(亦可称为反射器)可为两个具有不同折射率介质之间的界面。
[0038]依据不同设计，被反射器所反射的光线比例可由O到百分之百。依据一些实施方式，此第一反射区106及第二反射区114可为高反射性；例如此第二反射区114镀上如铝之类的金属以达成高反射率。依据另一实例，光线可以超出临界角方式入射到第二反射