本申請要求2014年7月18日提交的名稱為“光耦合器”的美國專利申請No.14/335,756的優(yōu)先權(quán)，該美國專利申請的全部公開內(nèi)容通過引用整體結(jié)合于此。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開的實(shí)施例總地涉及光電子的領(lǐng)域，并且更具體地涉及用于為平面光子電路(例如在絕緣體上硅(SOI)晶片上制造的硅光子電路)提供垂直的光耦合器的技術(shù)和配置。

背景技術(shù)：

基于用于有成本效率的光電子集成的平面光子電路，硅光子經(jīng)常被視為最受歡迎和成功的技術(shù)平臺之一。諸如激光器、調(diào)制器和檢測器的基于光波導(dǎo)的光子器件通常在絕緣體上硅(SOI)晶片上制造。在SOI光子系統(tǒng)中，光通常被限制在晶片(或芯片)平面中。硅波導(dǎo)通常通常設(shè)計(jì)為具有亞微米截面，允許密集集成的有源和無源器件達(dá)到更高速度和更低驅(qū)動功率。由于硅和其他介質(zhì)(例如，空氣或玻璃)之間的高折射率對比，光離開硅芯片的數(shù)值孔徑(NA)可能大于光纖的典型NA。光模轉(zhuǎn)換器(OMC)通常用于改善光波導(dǎo)和光纖之間的光耦合。然而，現(xiàn)有的OMC可能不總是能提供期望的效率和/或帶寬并且可能導(dǎo)致偏振依賴性高于期望的水平。

附圖說明

通過下列具體實(shí)施方式并結(jié)合所附附圖，可容易地理解實(shí)施例。為了便于該描述，同樣的參考標(biāo)號指定同樣的結(jié)構(gòu)元件。在所附附圖的圖中以示例方式而不以限制方式說明實(shí)施例。

圖1是根據(jù)一些實(shí)施例的如本文中所描述的可包括配置有用于反射光的鏡的光耦合器的光電系統(tǒng)的框圖。

圖2是描繪根據(jù)一些實(shí)施例的具有光耦合器的光模轉(zhuǎn)換器(OMC)的示例光器件的框圖。

圖3是示出根據(jù)一些實(shí)施例的包括具有光耦合器的光模轉(zhuǎn)換器的示例光器件的一部分的框圖。

圖4示出根據(jù)一些實(shí)施例的耦合至光耦合器的示例間隔物。

圖5示出根據(jù)一些實(shí)施例的圖3的光器件的波導(dǎo)的一部分的示例實(shí)施例的俯視圖。

圖6-17示意性地示出了根據(jù)一些實(shí)施例的具有成角度的反射鏡的示例光耦合器的截面?zhèn)纫晥D，顯示了形成光耦合器的結(jié)構(gòu)的不同階段。

圖18示意性地示出了根據(jù)一些實(shí)施例的參考圖6-17所描述的用于制造光耦合器的工藝的流程圖。

圖19示意性地示出了根據(jù)一些實(shí)施例的包括光器件和光耦合器的示例計(jì)算設(shè)備。

具體實(shí)施方式

本公開的實(shí)施例描述了用于配置為提供與其他光器件垂直光耦合的光器件的技術(shù)和配置。該器件可包含用于發(fā)射來自光源的光輸入的光波導(dǎo)。光波導(dǎo)可包括一層強(qiáng)化的介電材料，該層強(qiáng)化的介電材料具有用于接收輸入的光的第一端和可包含形成為低于約45度角的邊緣的第二端。邊緣可與一層另一種介電材料對接以形成線形鏡以基本垂直地反射接收的光來傳播接收的光。波導(dǎo)可包括從半導(dǎo)體材料形成的一部分，包括用于接收光的第一區(qū)和從第一區(qū)偏移并且鄰接第一區(qū)的第二區(qū)。第一區(qū)可具有面對光波導(dǎo)的介電部分的刻面。刻面可具有基本非線性的形狀以引導(dǎo)被介電部分反射回的光的至少一部分遠(yuǎn)離光波導(dǎo)以減少背反射。波導(dǎo)可包括與介電部分耦合的間隔物以輸出被鏡反射的光。間隔物可包含具有數(shù)值孔徑的值低于強(qiáng)化的介電材料的數(shù)值孔徑的值的介電材料，以減小輸出的光的數(shù)值孔徑。

在另一實(shí)施例中，光器件可包含用于發(fā)射來自光源的光輸入的光波導(dǎo)。光波導(dǎo)可包括具有溝槽的半導(dǎo)體層，溝槽具有包含形成為低于約45度角的邊緣的一個刻面和形成為基本垂直于半導(dǎo)體層的另一刻面。邊緣可與另一介質(zhì)對接以形成用于接收輸入的光和基本垂直地反射接收的光以傳播接收的光的鏡。在一些實(shí)施例中，另一介質(zhì)可包含填充溝槽的空氣，并且包括邊緣的刻面可具有設(shè)置在刻面上的反射材料。在一些實(shí)施例中，另一介質(zhì)可包含另一半導(dǎo)體層，并且鏡可配置為提供被引導(dǎo)至鏡的光的全內(nèi)反射(TIR)基本垂直于半導(dǎo)體層。

在以下描述中，將使用本領(lǐng)域技術(shù)人員所通常使用的術(shù)語來描述示例性實(shí)現(xiàn)的各個方面，以向其他本領(lǐng)域技術(shù)人員傳達(dá)它們的工作的實(shí)質(zhì)。然而，對本領(lǐng)域技術(shù)人員將顯而易見的是，僅采用所描述方面中的一些也可實(shí)施本公開的實(shí)施例。為了說明的目的，陳述具體的數(shù)字、材料和配置以提供對示例性實(shí)現(xiàn)的全面理解。將對本領(lǐng)域技術(shù)人員明顯的是，沒有這些具體細(xì)節(jié)也可實(shí)施本公開的實(shí)施例。在其他實(shí)例中，省略或簡化已知特征以不模糊示例性實(shí)現(xiàn)。

在以下詳細(xì)描述中，參照形成本說明書的一部分的附圖，其中在全部附圖中相同的標(biāo)記指示相同的部件，并且在附圖中以可實(shí)施本公開的主題的示例實(shí)施例的方式顯示。應(yīng)當(dāng)理解，也可利用其它實(shí)施例，并且也可對其他實(shí)施例作出結(jié)構(gòu)或邏輯的改變而不背離本公開的范圍。因此，下列具體實(shí)施方式不應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是限制意義的，并且實(shí)施例的范圍由所附權(quán)利要求及其等效方案來定義。

為本公開之目的，短語“A和/或B”意思是(A)、(B)或(A和B)。為本公開之目的，短語“A、B、和/或C”意思是(A)、(B)、(C)、(A和B)、(A和C)、(B和C)或(A、B和C)。

說明書可使用基于視角的描述，諸如頂部/底部、內(nèi)/外、上/下等等。這種描述僅用于便于討論并且不旨在將本文所描述的實(shí)施例的應(yīng)用限制在任何特定方向。

本描述可使用短語“在實(shí)施例中”或“在多個實(shí)施例中”，它們各自可表示相同或不同實(shí)施例中的一個或多個。此外，就本公開的多個實(shí)施例而言所使用的術(shù)語“包含”、“包括”、“具有”等是同義的。

本文可使用術(shù)語“與……耦合”及其派生詞?！榜詈稀笨杀硎疽韵轮械囊粋€或多個?！榜詈稀笨杀硎緝蓚€或更多個元件直接物理或電氣接觸。然而，“耦合”還可表示兩個或多個元件彼此間接接觸，但仍彼此協(xié)作或交互，以及可表示一個或多個其他元件被耦合或連接在所述將彼此耦合的元件之間。術(shù)語“直接耦合”可表示兩個或多個元件直接接觸。

在各個實(shí)施例中，短語“在第二層上形成、沉積或以其他方式設(shè)置的第一層”，可表示第一層被形成、沉積、生長、結(jié)合或以其他方式設(shè)置在第二層之上，并且第一層的至少一部分可與第二層的至少一部分直接接觸(例如，直接物理和/或電氣接觸)或間接接觸(在第一層和第二層之間具有一個或多個其他層)。

如本申請中所使用，術(shù)語“模塊”可指代執(zhí)行一個或多個軟件或固件程序的專用集成電路(ASIC)、電子電路、處理器(共用、專用或組)和/或存儲器(共用、專用或組)、組合邏輯電路和/或提供所描述功能的其它合適的組件，或是上述組件的部分，或包括上述組件。

圖1是根據(jù)一些實(shí)施例的如本文中所描述的可包括配置有設(shè)置為低于一個角度用于反射光的鏡的光耦合器的光電系統(tǒng)100的框圖。光電系統(tǒng)100可用于發(fā)射被數(shù)據(jù)信號經(jīng)由光纖(例如，在數(shù)據(jù)中心的機(jī)架之間，或數(shù)據(jù)存儲設(shè)施、數(shù)據(jù)中心等等之間的長距離)調(diào)制的光信號。

光電系統(tǒng)100可包括具有一個或多個光源(例如，激光器器件)104的光裝置(器件)102，以提供光信號118(例如，光強(qiáng)不變的信號)至相應(yīng)的調(diào)制器106來根據(jù)將發(fā)射的數(shù)據(jù)信號調(diào)制輸入光。光源104和對應(yīng)的調(diào)制器106的每個組合可包含通信信道110、112、114。調(diào)制器106可輸出經(jīng)調(diào)制的光信號120至復(fù)用器(未示出)，其中該信號可被輸入至具有波導(dǎo)124和諸如垂直光耦合器(VOC)126的光耦合器的光模轉(zhuǎn)換器(OMC)170。可替代地，來自通信信道110、112和114的信號(例如，120)可被直接地輸入至OMC 170。

具有耦合器126的OMC170可提供從信道110、112、114到光通信信道(例如，光纖線纜或可包括跟隨有纖維的耦合光器件的其他配置)130的接口，并且可配置為將光信號127傳輸至光通信信道130，以被另一光器件134接收。在多個實(shí)施例中，光波導(dǎo)124可包含基于絕緣體上硅(SOI)的光波導(dǎo)。具有鏡150的光耦合器126可配置為將傳播穿過波導(dǎo)124到信號127內(nèi)的光信號122變形以與光通信信道130耦合，如下文更全面地描述的。在一些實(shí)施例中，具有鏡150的光耦合器126可配置為經(jīng)由光通信信道130將來自光器件134的光信號128輸入經(jīng)由波導(dǎo)124耦合至光器件102中。

圖2是根據(jù)一些實(shí)施例的更詳細(xì)描繪了具有光耦合器的光模轉(zhuǎn)換器(OMC)270(例如，類似于OMC 170)的示例光器件202(類似于器件102)的框圖200。如所示，OMC 270可包括光耦合器226(例如，類似于VOC 126)。在一個實(shí)施例中，光耦合器226可包括具有鏡250的光波導(dǎo)224。根據(jù)一些實(shí)施例，OMC 270可被耦合至光子器件，例如在波導(dǎo)224的第一端204的光器件202(類似于器件102)。鏡250可被形成(例如，被切、刻蝕等等)為在波導(dǎo)224的第二端205的確定的角度(下文中“成角度的”)，如將參考圖3描述的。在一些實(shí)施例中，可使用互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)工藝制造鏡250。

在一些實(shí)施例中，波導(dǎo)224的第二端205可具有角度大于形成鏡250的臨界角度的成角度的切口，以在幾乎垂直于波導(dǎo)平面的方向使用全內(nèi)反射(TIR)反射光240，如反射光242指示的，以進(jìn)入光纖230(例如，類似于圖1的光纖線纜130)，因此表現(xiàn)寬帶響應(yīng)。在一些實(shí)施例中，OMC 270可被設(shè)置在襯底282上，并且可被包括在包括OMC 270的光器件202中。

圖3是示出根據(jù)一些實(shí)施例的包括具有光耦合器的光模轉(zhuǎn)換器的示例光器件202的部分300的框圖。參考通過圖2和3中相同的附圖標(biāo)記表示的OMC 270部件提供圖3的描述。

在一些實(shí)施例中，光波導(dǎo)224可包括從設(shè)置在襯底282上的富集的介電材料形成的部分304。如上所述，波導(dǎo)224可具有用于接收來自器件202的光204的第一端204，和可包含形成為低于約45度角的邊緣從而形成鏡250的第二端205。因此，由虛線表示的波導(dǎo)224的部分304的至少一部分可包含光耦合器226。

在一些實(shí)施例中，鏡250可配置為通過包括至少波導(dǎo)224(包括第二端205)的部分304的介電材料和另一介質(zhì)360(例如另一介電材料)之間的全內(nèi)反射(TIR)垂直地(例如，幾乎為直角)反射光240至光波導(dǎo)224中的光傳播的方向。

在一些實(shí)施例中，另一介質(zhì)360的介電材料(例如，第一介電材料)可具有低于波導(dǎo)224的部分的介電材料的折射率，以在兩種介電材料之間提供TIR。在一些實(shí)施例中，第一介電材料可包含至少其中之一：二氧化硅(SiO₂)、三氧化二鋁(Al₂O₃)、氧化鉿(HfO₂)或其他介電材料。光波導(dǎo)224的部分304可由具有折射率在1.45到3.45的范圍中的第二介電材料制成，例如其中之一：氮化硅(Si₃N₄)、氮氧化硅(SiON)、聚酰亞胺或基于環(huán)氧樹脂的負(fù)型光致抗蝕劑SU8。在一些實(shí)施例中，可使用諸如從硅烷(SiH₄)、三氯硅烷(SiHCl₃)或四甲基硅烷(Si(CH₃)₄)中選擇的一個硅添加劑加強(qiáng)部分304的介電材料。一般而言，不同類型的材料可用于確保來自波導(dǎo)224的內(nèi)部的45度角的切口的TIR的第一和第二介電材料。

因此，鏡250可由包含波導(dǎo)224的部分的第二介電材料和包含另一介質(zhì)360的第一介電材料的交界面形成。在一些實(shí)施例中，成角度的切口的角度可以大于TIR角度。在一些實(shí)施例中，成角度的切口的角度可以是約為45度，以引起波導(dǎo)224和另一介質(zhì)(例如，如上所述的第一介電材料)之間的TIR。這可允許入射至切口的反射光242在約90度角約為100％反射。在一些實(shí)施例中，幾乎45度角的切口可包含負(fù)45度角的切口。

波導(dǎo)224可包括沉積在包含第二端205的波導(dǎo)224的一部分上的抗反射涂層(ARC)層306，如所示。ARC層306可沉積在波導(dǎo)224上以減少從鏡250輸出的光的反射。在一些實(shí)施例中，ARC層306可以是氧化物-ARC層。在這種實(shí)施例中，ARC層306可包含沉積在波導(dǎo)224的上表面的一層薄的氧化物。ARC層306可減少由于在波導(dǎo)224和另一介質(zhì)的交界面的菲涅耳反射引起的光損耗(包括返回?fù)p耗)。在其他實(shí)施例中，由于光在大約垂直于在波導(dǎo)224中的光的傳播方向的角度離開波導(dǎo)224，其他材料可用于ARC層306以抵消和/或減少來自45度鏡250的任何光的反射。在一些實(shí)施例中，波導(dǎo)224可進(jìn)一步包括至少部分地設(shè)置在ARC層306之上的間隔物336。間隔物336可能從部分304偏移確定的距離，如參考圖4更詳細(xì)地描述的。

如上文中所簡要地討論的，波導(dǎo)224可包括另一波導(dǎo)，另一波導(dǎo)可以是具有上(第一)區(qū)362和下(第二)區(qū)364的半導(dǎo)體波導(dǎo)。在一些實(shí)施例中，半導(dǎo)體波導(dǎo)的下區(qū)可與部分304耦合，而半導(dǎo)體波導(dǎo)的上區(qū)可接收來自光子器件202的光并且將接收的光向下推至下區(qū)。

因此，波導(dǎo)224可包括部分314以接收來自光源(器件202)的光240，其中部分314可由半導(dǎo)體材料(例如，硅)形成并且與第一端204附近的部分304耦合。部分314可包括第一區(qū)316用于接收光，以及與第一區(qū)316耦合的第二區(qū)318用于接收來自第一區(qū)316的光并且向部分304提供接收的光。第二區(qū)318可從第一區(qū)316偏移并且鄰接第一區(qū)316，如所示。

第一區(qū)316可包括至少一個半導(dǎo)體層317(例如，硅)。層317可具有面向光波導(dǎo)224的部分304的端330的至少一個刻面320。在一些實(shí)施例中，刻面320可具有基本非線性形狀以引導(dǎo)由刻面320反射回的光的至少一部分遠(yuǎn)離光波導(dǎo)224，以減少接收的光的返回?fù)p耗。參考圖5更詳細(xì)地描述具有刻面320的層317的示例配置。

在一些實(shí)施例中，波導(dǎo)224的第二區(qū)318可包括在光傳播的方向中倒置的錐形化端324以輸出接收的光，其中波導(dǎo)224的倒置的錐形化端324可在第一端204周圍放置于部分304內(nèi)部。這種放置倒置的錐形化端324的一個目的可能是在期望的光損耗下引導(dǎo)光從器件202至部分304。

在一些實(shí)施例中，第一區(qū)316可具有短于第二區(qū)318的長度(在光傳播的方向中)的長度(在光傳播的方向中)。在其他實(shí)施例中，第一區(qū)316可具有等于或大于第二區(qū)318的長度的長度(在光傳播的方向中)。

如已知，諸如器件202的光器件輸出的光的數(shù)值孔徑可能取決于波導(dǎo)224的幾何形狀。輸出光的數(shù)值孔徑可能與包含如上所述加強(qiáng)的第二介電材料的波導(dǎo)224的部分304的厚度有關(guān)。在一些實(shí)施例中，波導(dǎo)224的部分304的厚度可包含約4微米，其可允許數(shù)值孔徑減小(例如，至約0.35)。

數(shù)值孔徑還可取決于鏡250的表面的形狀。鏡250的線性表面可有助于減小輸出光的數(shù)值孔徑。線性化鏡表面可使數(shù)值孔徑為約0.3。

在一些實(shí)施例中，可通過將間隔物(例如間隔物336)與波導(dǎo)224集成來進(jìn)一步減小數(shù)值孔徑，如參考圖3簡要地描述的。在一些實(shí)施例中，間隔物可包含具有折射率值低于波導(dǎo)224的部分304的折射率值的第三介電材料(例如，氧化物)。

圖4示出了根據(jù)一些實(shí)施例的耦合至諸如耦合器226的光耦合器的示例間隔物436(類似于圖3的間隔物336)。間隔物436相對于部分304的幾何形狀(例如高度和寬度)和空間位置可被設(shè)置為這樣以將數(shù)值孔徑減少至約0.2。例如，間隔物436可以部分地設(shè)置(例如，末端耦合)在部分304上并且從部分304偏移范圍為從0到0.6微米的距離O。間隔物436的高度h可以是約為5微米，而間隔物436的寬度W可對應(yīng)于部分304的高度H，其可以是約為2.5微米。因此，間隔物436的寬度W的范圍可以從H+0.5至H+1.75微米。在圖4中示出的示例中，間隔物436的偏移O是0.35微米，高度h是5微米，而寬度W是H+1.25微米。一般而言，間隔物436的幾何參數(shù)和其相對于部分304的布置可具有不同的值，其組合可提供數(shù)值孔徑的減小。

再次參考圖3，被引導(dǎo)至波導(dǎo)224內(nèi)的光240的至少一部分可能被波導(dǎo)224的刻面320反射回。在一些實(shí)施例中，背反射的光可影響光源的穩(wěn)定性。為了減少波導(dǎo)224引起的光的背反射，波導(dǎo)224可配置為引導(dǎo)反射光的至少一部分遠(yuǎn)離波導(dǎo)。例如，如參考圖3簡要地描述的，面向光波導(dǎo)224的部分304的端330的波導(dǎo)224的半導(dǎo)體層317的刻面320可配置為將光反射遠(yuǎn)離波導(dǎo)224。

圖5示出了根據(jù)一些實(shí)施例的波導(dǎo)224的部分314的示例實(shí)施例的俯視圖500。如前所述，部分314包括具有一個或多個(例如，兩個)刻面320的層317。在一些實(shí)施例中，刻面320可具有基本非線性(例如，彎曲的或圓形的)形狀以引導(dǎo)由刻面320反射回的光530的至少一部分遠(yuǎn)離光波導(dǎo)224，以減少接收的光的返回?fù)p耗。

再次參考圖3，與可提供用于由電介質(zhì)和空氣的常規(guī)界面形成的鏡的TIR的此類常規(guī)界面截然不同，通過使部分304的端205與可以是介電材料的另一介質(zhì)360交界，可提供鏡250的期望的機(jī)械穩(wěn)定性。因此，包含波導(dǎo)224的部分304的介電材料(第二介電材料)的折射率可相對于包含介質(zhì)360的第一介電材料的折射率增大以確保TIR效應(yīng)。在一些實(shí)施例中，可富集第二介電材料以增大其折射率。如上所述，可使用諸如從硅烷(SiH4)、三氯硅烷(SiHCl3)、四甲基硅烷(Si(CH3)4)或另一加強(qiáng)的介電材料中選擇的一個硅添加劑來富集第二介電材料。在一些實(shí)施例中，富集第二介電材料可使材料的折射率為2.6，其可為由第一和第二介電材料(例如，富硅氮氧化物界面)的界面形成的鏡250確保TIR條件。

具有本文中所述的成角度的反射鏡的光耦合器可在多個不同的光器件中采用。除了如上所述的實(shí)施例或替代如上所述的實(shí)施例，類似于如上所述垂直耦合配置的垂直耦合配置可用于將光耦合進(jìn)或耦合出具有約4微米至30微米厚度的SOI波導(dǎo)。垂直耦合可用于使能晶片級測試，其是對于大批量制造的關(guān)鍵要求。

圖6-17根據(jù)一些實(shí)施例示意性地示出了顯示形成光耦合器的結(jié)構(gòu)的不同階段的具有成角度的反射鏡的示例光耦合器的截面?zhèn)纫晥D。更具體地，圖6-17示出了根據(jù)一些實(shí)施例的適于形成光耦合器的結(jié)構(gòu)的示例制造操作。為了簡明的目的，多個圖中顯示的光耦合器的結(jié)構(gòu)部件(例如，結(jié)構(gòu)的層)將在它們出現(xiàn)的第一幅圖中被描述和編號，并且在隨后的圖中被參考。

圖6-12示出了根據(jù)一些實(shí)施例的示例光耦合器。參考圖6，描繪了在提供包含埋入氧化物(BOX)層602、半導(dǎo)體層(例如，外延硅層)604以及覆蓋在半導(dǎo)體層604之上的中間介電層(IDL)606的SOI晶片之后的光耦合器600。在一些實(shí)施例中，BOX層602可設(shè)置在襯底上(為了簡明的目的未示出)。

在圖7中，描繪了在例如經(jīng)由光刻或干法刻蝕提供IDL 606中的開口702之后的光耦合器600。

在圖8中，描繪了在提供延伸穿過IDL 606進(jìn)入半導(dǎo)體層604的溝槽802之后的光耦合器600。溝槽可具有一個刻面804，刻面804包含形成為低于約45度角的邊緣以耦合可被基本垂直于層602、604、606的平面輸入至SOI波導(dǎo)內(nèi)的光。另一刻面806可形成為基本垂直于半導(dǎo)體層604。邊緣可由例如灰度光刻和干法刻蝕定義。

在圖9中，在將抗反射涂層(ARC)902設(shè)置在溝槽802內(nèi)部、至少在包含參考圖8所描述的邊緣的刻面804上之后描繪了光耦合器600。更具體地，用作ARC的SiN或SiON可完全覆蓋地設(shè)置在刻面804上。

在圖10中，描繪了在將反射材料1002設(shè)置為至少在包含參考圖8所描述的邊緣的刻面804上、并在ARC 902之上之后的光耦合器600。例如，可在刻面804上提供用作高反射涂層(HRC)的鋁(Al)或其他反射材料的毯覆式沉積，如所示。

在圖11中，在刻蝕(例如，濕法刻蝕)反射材料1002以在刻面804上定義HRC區(qū)1102并且暴露刻面806上的ARC區(qū)1104之后描述光耦合器600?，F(xiàn)在可使能垂直耦合配置。例如，被引導(dǎo)在由HRC區(qū)1102和填充溝槽802的空氣的界面形成的鏡1108的光1106可由鏡1108基本垂直地接收和反射以傳播接收的光1106為沿著耦合至光耦合器600的波導(dǎo)的反射光1110。

在一些實(shí)施例中，可采取進(jìn)一步的步驟以使用光耦合器600提供水平耦合。在圖12中，描繪了在劃割包含光耦合器600的結(jié)構(gòu)的晶片的部分1112(圖11中示出的)而保持ARC區(qū)1104完整之后的光耦合器600。因此，可使能水平耦合，其中基本平行于光耦合器600的層被引導(dǎo)的光可如箭頭1202所指示沿著波導(dǎo)傳播。

圖13-17示出了根據(jù)一些實(shí)施例的另一示例光耦合器。

參考圖13，在提供包含埋入氧化物(BOX)層1302、半導(dǎo)體層(例如，外延硅層)1304以及在半導(dǎo)體層1304之上的介電涂層(例如，硅氧化層)1306的SOI晶片之后描繪了光耦合器1300。在一些實(shí)施例中，BOX層1302可設(shè)置在襯底1310之上。如所示，可提供類似于參考圖6-12描述的溝槽的溝槽1312，延伸至半導(dǎo)體層1304內(nèi)。更具體地，可刻蝕包含形成為低于約45度角的邊緣的刻面1320，并且可形成基本垂直于半導(dǎo)體層1304的另一刻面1322。形成刻面1320的邊緣可與另一介質(zhì)交界以形成鏡以接收輸入至光裝置內(nèi)的輸入光并且基本垂直地反射接收的光以傳播接收的光。

可與圖10中描繪的光耦合器600的實(shí)施例類似地提供圖13中描繪的光耦合器1300，除了代替反射材料，可提供介電涂層1306以至少部分地覆蓋溝槽1312。

在圖14中，描繪了在另一半導(dǎo)體層1402設(shè)置在介電涂層1306之上以填充溝槽之后的光耦合器1300。在一些實(shí)施例中，半導(dǎo)體層1402(例如，多晶硅)可外延地生長在介電涂層1306之上。例如，硅烷可用于作為籽晶層，而溫度生長可用于外延地生長半導(dǎo)體層。因此，鏡1404可由設(shè)置在成角度的刻面1320上的介電涂層1306和設(shè)置在介電涂層1306之上的半導(dǎo)體層的界面形成。形成的鏡1404可提供引導(dǎo)至鏡1404的光的基本垂直于半導(dǎo)體層1304的全內(nèi)反射。

在圖15中，描繪了在為包括溝槽1312內(nèi)部的鏡1404的區(qū)1502提供保護(hù)之后的光耦合器1300。例如，光刻可用于為包括在溝槽1312內(nèi)部的鏡1404的區(qū)1502之上的膜或其他涂層形成圖案。

在圖16中，描繪了在刻蝕(例如，干法刻蝕)涂層1504和半導(dǎo)體層1304以移除過量的半導(dǎo)體層1402(例如，多晶硅)之后的光耦合器1300。

在圖17中，描繪了在提供精加工(例如，使區(qū)1502周圍的表面1702變平滑)之后的光耦合器1300。例如，化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)可用于使區(qū)1502的表面1702平滑。

參考圖15-17描述的操作是可選的。操作的目的可以是提供介電涂層和半導(dǎo)體層的界面。因此，可通過拋光區(qū)1502周圍的表面1702或其他類似的操作來替換或添加圖15-17的操作。

作為參考圖13-17描述的操作的結(jié)果，鏡可由包括與另一介質(zhì)半導(dǎo)體層交界的介電涂層的邊緣形成，以接收輸入的光并且基本垂直地反射接收的光以傳播接收的光。由如上所述的操作形成的成角度的鏡可提供被引導(dǎo)至鏡的光的基本垂直于半導(dǎo)體層的全內(nèi)反射(TIR)。

如上所述的光耦合器1300的一個實(shí)施例可提供在期望水平的光損耗，因?yàn)橐龑?dǎo)至耦合器的光可在被定義的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)而不是自由空間(參考圖6-12所描述的在實(shí)施例中由作為界面介質(zhì)的空氣提供的)內(nèi)行進(jìn)。由于鏡提供的全內(nèi)反射(TIR)結(jié)構(gòu)，還可提供在期望水平的對未對準(zhǔn)的容忍。并且，由于使器件的表面平滑到約是平的狀態(tài)，可簡化關(guān)于提供如所述具有的光耦合器的光器件的結(jié)構(gòu)(例如，芯片上的結(jié)構(gòu))的隨后的過程，包括半導(dǎo)體工藝和封裝工藝。

圖18示意性地示出了根據(jù)一些實(shí)施例的參考圖6-17所描述的用于制造光耦合器的工藝1800的流程圖。

在一些實(shí)施例中，工藝1800可與和圖6-17有關(guān)的描述的動作一致。

在1802，工藝1800可包括提供用于光裝置的光波導(dǎo)的半導(dǎo)體層以形成光耦合器。在1802之前，工藝1800可包括提供襯底、在襯底上沉積埋入氧化物(BOX)層并且在BOX層上沉積半導(dǎo)體層。在一些實(shí)施例中，可在半導(dǎo)體層上沉積中間介電層。1802的動作可對應(yīng)于參考圖6和/或13所描述的動作。

在1804，工藝1800可進(jìn)一步包括在半導(dǎo)體層中設(shè)置溝槽，類似于圖7、8和/或13所描述的動作。

在1806，工藝1800可進(jìn)一步包括將溝槽的刻面形成為低于約45度角的邊緣，類似于圖8和13所描述的動作。

在1808，工藝1800可進(jìn)一步包括提供邊緣與另一介質(zhì)的界面以形成成角度的鏡，如參考圖9-11和/或13所描述的。

在1810，工藝1800可進(jìn)一步包括對于在1802-1808執(zhí)行的動作可選地、可替代地或附加地在必要時(shí)執(zhí)行其他動作。例如，動作可包括參考圖9-12和/或14-17所描述的動作。

以最有助于理解所要求保護(hù)的主題的方式將多個操作描述為按順序的多個分立的操作。然而，不應(yīng)將描述的順序理解成暗示這些操作是必定是依賴順序的。可在使用任何合適硬件和/或軟件按需配置的系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)本公開的實(shí)施例。

圖19示出了根據(jù)各種實(shí)施例的適于與圖1的各種部件(例如圖1的包括具有光耦合器126和鏡150的光器件102的光電系統(tǒng)100)使用的示例計(jì)算設(shè)備1900。如所示，計(jì)算機(jī)設(shè)備1900可包括一個或多個處理器或處理器核1902以及系統(tǒng)存儲器1904。出于本申請包括權(quán)利要求書的目的，可認(rèn)為術(shù)語“處理器”和“處理器核”是同義的，除非上下文另外清楚地作出要求。處理器1902可包括任意類型的處理器，例如中央處理單元(CPU)、微處理器等等。處理器1902可實(shí)現(xiàn)為具有多核的集成電路，例如，多核微處理器。計(jì)算設(shè)備1900可包括大容量存儲設(shè)備1906(例如磁盤、硬驅(qū)動器、易失性存儲器(例如，動態(tài)隨機(jī)存取存儲器(DRAM)、緊湊盤只讀存儲器(CD-ROM)、數(shù)字多功能盤等等))。一般而言，系統(tǒng)存儲器1904和/或大容量存儲設(shè)備1906可以是任意類型的暫時(shí)的和/或永久的存儲，包括但不限于，易失性和非易失性存儲器、光的、磁的和/或固態(tài)大容量存儲等等。易失性存儲器可包括但不限于靜態(tài)和/或動態(tài)隨機(jī)存取存儲器。非易失性存儲器可包括但不限于電可擦除可編程只讀存儲器、相變存儲器、電阻存儲器等等。

計(jì)算設(shè)備1900可進(jìn)一步包括輸入/輸出設(shè)備1908(諸如顯示器(例如觸摸屏顯示器)、鍵盤、光標(biāo)控制、遠(yuǎn)程控制、游戲控制器、圖像捕捉設(shè)備等等)和通信接口1910(諸如網(wǎng)絡(luò)接口卡、調(diào)制解調(diào)器、紅外接收機(jī)、無線電接收機(jī)(例如，藍(lán)牙)等等)。

通信接口1910可包括通信芯片(未示出)，通信芯片可配置為根據(jù)全球移動通信系統(tǒng)(GSM)、通用分組無線業(yè)務(wù)(GPRS)、通用移動電信系統(tǒng)(UMTS)、高速分組接入(HSPA)、演進(jìn)的HSPA(E-HSPA)或長期演進(jìn)(LTE)網(wǎng)絡(luò)操作設(shè)備1900。通信芯片還可配置為根據(jù)用于GSM演進(jìn)的增強(qiáng)型數(shù)據(jù)(EDGE)、GSM EDGE無線電接入網(wǎng)絡(luò)(GERAN)、通用陸地?zé)o線電接入網(wǎng)絡(luò)(UTRAN)或演進(jìn)的UTRAN(E-UTRAN)操作。通信芯片可配置為根據(jù)碼分多址(CDMA)、時(shí)分多址(TDMA)、數(shù)字增強(qiáng)型無繩電信(DECT)、演進(jìn)數(shù)據(jù)優(yōu)化(EV-DO)、它們的衍生物以及被指定為3G、4G、5G及以上的任何其他無線協(xié)議操作。在其他實(shí)施例中，通信接口1910可根據(jù)其他無線協(xié)議操作。

可經(jīng)由系統(tǒng)總線1912(其可表示一個或多個總線)將如上所述的計(jì)算設(shè)備1900元件彼此耦合。在多個總線的情況下，可由一個或多個總線橋(未示出)來橋接它們。這些元件中的每一個可執(zhí)行其本領(lǐng)域中已知的常規(guī)功能。具體而言，可采用系統(tǒng)存儲器1904和大容量存儲設(shè)備1906為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1900的各種部件的操作存儲編程指令的工作副本和永久副本，包括但不限于圖1的光器件102、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1900的操作系統(tǒng)和/或一個或多個應(yīng)用的操作?？捎商幚砥?902支持的匯編程序指令或可被編譯成此類指令的高階語言來實(shí)現(xiàn)各種元件。

可通過諸如緊湊盤(CD)的分發(fā)介質(zhì)(未示出)或通過通信接口1910(來自分布式服務(wù)器(未示出))來將編程指令的永久副本放置在工廠或現(xiàn)場的大容量存儲設(shè)備1906中。即，可采用具有代理程序的實(shí)現(xiàn)的一個或多個分發(fā)介質(zhì)來分發(fā)代理并且對各計(jì)算設(shè)備編程。

元件1908、1910、1912的數(shù)量、能力和/或容量可變化，取決于計(jì)算設(shè)備1900是否用作諸如機(jī)頂盒或臺式計(jì)算機(jī)的固定計(jì)算設(shè)備或諸如平板計(jì)算設(shè)備、膝上型計(jì)算機(jī)、游戲控制臺或智能電話的移動計(jì)算設(shè)備。它們的構(gòu)造以其他方式已知，并且因此將不進(jìn)一步描述。

在多個實(shí)施例中，存儲器1904可包括配置為實(shí)施多個實(shí)施例的方面的計(jì)算邏輯1922，例如參考圖1-18所描述的那些有關(guān)的光器件102和光耦合器126。對于一些實(shí)施例，處理器1902的至少一個與配置為實(shí)施本文中所描述的多個實(shí)施例的方面的計(jì)算邏輯1922封裝在一起以形成系統(tǒng)級封裝(SIP)或片上系統(tǒng)(SoC)。

計(jì)算設(shè)備1900可包括或以其他方式與實(shí)現(xiàn)光器件102的方面的諸如系統(tǒng)100的光電系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)，光器件102包括如上所述的光耦合器126(226)，尤其是參考圖2-18所描述的光耦合器的實(shí)施例。在一些實(shí)施例中，光電系統(tǒng)100(例如光器件102)的至少一些部件可被通信地與計(jì)算設(shè)備1900耦合和/或被包括進(jìn)計(jì)算設(shè)備1900部件的一個或多個(例如通信接口1910)中。

在各種實(shí)現(xiàn)中，計(jì)算設(shè)備1900可包含數(shù)據(jù)中心、膝上型計(jì)算機(jī)、上網(wǎng)本、筆記本、超級本、智能電話、平板、個人數(shù)字助理(PDA)、超移動PC、移動電話或數(shù)碼相機(jī)的一個或多個部件。在進(jìn)一步的實(shí)現(xiàn)中，計(jì)算設(shè)備1900可以是處理數(shù)據(jù)的任何其他電子設(shè)備。

根據(jù)各種實(shí)施例，本公開描述了多個示例。示例1是一種光裝置，包括：用于發(fā)射來自光源的光輸入的光波導(dǎo)，其中光波導(dǎo)包括一層第一介電材料以及第一和第二部分，其中第一部分用于接收來自光源的光，而第二部分由具有第一端以接收輸入的光和包括形成為低于約45度角的邊緣的第二端的第二介電材料制成，其中邊緣與第一介電材料層交界以形成鏡，以用于基本垂直地反射接收的光以傳播接收的光。

示例2可包括示例1的主題，并且進(jìn)一步詳細(xì)描述第一部分由半導(dǎo)體材料制成并且在第一部分的第一端處與第二部分耦合，其中第一部分包括：用于接收光的第一區(qū)；以及與第一區(qū)耦合用于接收來自第一部分的第一區(qū)的光的第二區(qū)，其中第二區(qū)從第一區(qū)偏移并且鄰接第一區(qū)；其中第一區(qū)具有至少一個面向光波導(dǎo)的第二部分的刻面，其中刻面具有基本非線性的形狀以引導(dǎo)被第二部分反射回的光的至少一部分遠(yuǎn)離光波導(dǎo)。

示例3可包括示例2的主題，并且進(jìn)一步詳細(xì)描述非線性的形狀包括基本彎曲的形狀。

示例4可包括示例1的主題，并且進(jìn)一步詳細(xì)描述形成的鏡包括基本線性的表面。

示例5可包括示例1的主題，并且進(jìn)一步詳細(xì)描述第二部分由具有約2.5微米的厚度的第二介電材料的層制成。

示例6可包括示例1的主題，并且進(jìn)一步詳細(xì)描述光裝置進(jìn)一步包括與第二部分耦合的間隔物以輸出被鏡反射的光，其中間隔物包括具有小于第二部分的第二數(shù)值孔徑值的第一數(shù)值孔徑值的第三介電材料。

示例7可包括示例6的主題，并且進(jìn)一步詳細(xì)描述間隔物部分地設(shè)置在第二部分上并且從第二部分偏移從0到0.6微米的距離。

示例8可包括示例7的主題，并且進(jìn)一步詳細(xì)描述間隔物具有約5.0微米的高度和對應(yīng)于第二介電材料的厚度的寬度。

示例9可包括示例1的主題，并且進(jìn)一步詳細(xì)描述第二介電材料包括使用硅添加劑富集的氮化硅(Si₃N₄)、氮氧化硅(SiON)或聚酰亞胺之一，其中添加劑從以下之一選擇：硅烷(SiH₄)、三氯硅烷(SiHCl₃)或四甲基硅烷(Si(CH₃)₄)。

示例10可包括示例1的主題，并且進(jìn)一步詳細(xì)描述第一部分包括半導(dǎo)體材料。

示例11可包括示例1至10任一項(xiàng)的主題，并且進(jìn)一步詳細(xì)描述第一介電材料從至少以下一個中選擇：二氧化硅(SiO₂)、三氧化二鋁(Al₂O₃)或氧化鉿(HfO₂)。

示例12可包括示例1至10任一項(xiàng)的主題，并且進(jìn)一步詳細(xì)描述由第一和第二介電材料的界面形成的鏡用于提供反射光的全內(nèi)反射(TIR)。

示例13可包括示例1的主題，并且進(jìn)一步詳細(xì)描述光源與裝置光耦合并且包括激光器。

示例14是一種光裝置，包括：用于發(fā)射來自光源的光輸入的光波導(dǎo)，其中光波導(dǎo)包括半導(dǎo)體層，半導(dǎo)體層具有溝槽，溝槽具有包括形成為低于約45度角的邊緣的一個刻面和形成為基本垂直于半導(dǎo)體層的另一刻面，其中邊緣與另一介質(zhì)交界以形成鏡，以用于接收輸入的光并且基本垂直地反射接收的光以傳播接收的光。

示例15可包括示例14的主題，并且進(jìn)一步詳細(xì)描述光裝置進(jìn)一步包括：襯底；設(shè)置在襯底上的埋入氧化物(BOX)層，其中半導(dǎo)體層設(shè)置在BOX層上；以及設(shè)置在半導(dǎo)體層上的中間介電層，其中溝槽延伸穿過中間介電層進(jìn)入半導(dǎo)體層。

示例16可包括示例15的主題，并且進(jìn)一步詳細(xì)描述另一介質(zhì)包括填充溝槽的空氣，其中光裝置進(jìn)一步包括至少設(shè)置在包括邊緣的一個刻面上的反射材料。

示例17可包括示例16的主題，并且進(jìn)一步詳細(xì)描述裝置進(jìn)一步包括至少設(shè)置在溝槽內(nèi)部的抗反射涂層，其中反射材料設(shè)置在抗反射涂層之上。

示例18可包括示例15的主題，并且進(jìn)一步詳細(xì)描述光裝置進(jìn)一步包括：至少設(shè)置在溝槽內(nèi)部的介電涂層；以及設(shè)置在介電涂層之上用于填充溝槽的另一半導(dǎo)體層；其中另一介質(zhì)包括另一半導(dǎo)體層，并且其中形成的鏡用于提供被引導(dǎo)至鏡的光的基本垂直于半導(dǎo)體層的全內(nèi)反射(TIR)。

示例19可包括示例18的主題，并且進(jìn)一步詳細(xì)描述半導(dǎo)體層包括硅(Si)并且另一半導(dǎo)體層包括多晶硅。

示例20是一種形成光裝置的光波導(dǎo)的方法，包括：為光波導(dǎo)提供半導(dǎo)體層；以及在半導(dǎo)體層內(nèi)部設(shè)置溝槽，設(shè)置包括刻蝕包括形成為低于45度角的邊緣的一個刻面和形成為基本垂直于半導(dǎo)體層的另一刻面，邊緣與另一介質(zhì)交界以形成鏡，以用于接收輸入的光輸入至所述光裝置內(nèi)并且基本垂直地反射接收的光以傳播接收的光。

示例21可包括示例20的主題，并且進(jìn)一步詳細(xì)描述方法進(jìn)一步包括：在提供半導(dǎo)體層之前提供襯底；以及在襯底上沉積埋入氧化物(BOX)層，其中半導(dǎo)體層被設(shè)置在BOX層上。

示例22可包括示例21的主題，并且進(jìn)一步詳細(xì)描述設(shè)置溝槽進(jìn)一步包括：在半導(dǎo)體層上沉積中間介電層；以及刻蝕中間介電層以將溝槽設(shè)置在半導(dǎo)體層中。

示例23可包括示例22的主題，并且進(jìn)一步詳細(xì)描述方法可進(jìn)一步包括在溝槽內(nèi)部設(shè)置抗反射涂層；以及在包括邊緣的刻面上、在抗反射涂層之上沉積反射材料，其中另一介質(zhì)包括填充溝槽的空氣。

示例24可包括示例21的主題，并且進(jìn)一步詳細(xì)描述方法可進(jìn)一步包括在溝槽內(nèi)部設(shè)置介電涂層；以及在介電涂層之上沉積另一半導(dǎo)體層以填充溝槽。

示例25可包括示例24的主題，并且進(jìn)一步詳細(xì)描述另一介質(zhì)包括另一半導(dǎo)體層，并且形成的鏡用于提供被引導(dǎo)至鏡的光的全內(nèi)反射(TIR)。

各個實(shí)施例可包括上述實(shí)施例以及以上以聯(lián)合形式(和)描述的實(shí)施例的替代(或)實(shí)施例的任何適當(dāng)?shù)慕M合(例如“和”可以是“和/或”)。此外，一些實(shí)施例可包括具有存儲在其上的指令的一個或多個制品(非瞬態(tài)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì))，這些指令當(dāng)執(zhí)行時(shí)產(chǎn)生以上描述的實(shí)施例中的任何一個動作。此外，一些實(shí)施例可包括具有用于執(zhí)行上述實(shí)施例的各種操作的任何合適裝置的裝置或系統(tǒng)。

所示出的實(shí)現(xiàn)的以上描述(包括摘要中描述的內(nèi)容)不旨在窮舉或?qū)⒈竟_的實(shí)施例限制為所公開的精確形式。雖然為了說明目的在本文中描述了具體實(shí)現(xiàn)和示例，但如相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到的，在本公開的范圍內(nèi)有許多等效修改是可能的。

鑒于以上詳細(xì)描述，可對本公開的實(shí)施例進(jìn)行這些修改。所附權(quán)利要求中使用的術(shù)語不應(yīng)當(dāng)解釋為將本公開的各個實(shí)施例限制為說明書和權(quán)利要求書中公開的特定實(shí)現(xiàn)。相反，本發(fā)明的范圍完全由所附權(quán)利要求書確定，所附權(quán)利要求書將根據(jù)已確立的權(quán)利要求解釋原則來解釋。