[发明专利]用于高速光I/O应用的集成光接收器结构

说明书

技术领域

本发明实施例涉及光接收器，更具体地，涉及具有用于改善光纤的对准容限的嵌入式锥形的集成光接收器。

背景技术

光纤与硅波导之间的有效的光耦合是基于硅的光设备和电路应用所非常期望的。由于硅波导系统的高折射率反差，获得好的光纤-硅波导耦合可能是一个挑战。

在光通信中，通过其频率通常位于电磁波频谱的可见光或者近红外区域的光载波发送信息。具有这种高频率的载波有时被称为光信号、光载波或者光波信号。典型的光通信网络包括若干光纤，每一个都可以包括多个信道。信道是电磁信号的特定频带，有时被称为波长。

当今技术的改进包括集成电路(或芯片)级的光通信。这是因为集成电路具有在计算机系统中有吸引力的尺寸优势。有时设计者在两个芯片之间、芯片和系统中的管芯之间或者两个管芯之间耦合光信号(光线)。这传统地利用光纤耦合管芯或者芯片上的波导之间的光线来实现。

利用光纤耦合管芯或者芯片上的波导之间的光线的一个局限是该耦合方法趋向于效率低。一个原因就是因为光纤和芯片或者管芯上的典型波导之间的物理尺寸差异。光纤趋向于比波导大得多。因为尺寸差异，光信号耦合效率很低。亦即，来自于更大直径光纤的光线不能很好地适合于小波导。结果可能是接收到的光线强级(light level)如此之低以至于光信号中的数据流中的单个比特变得不可分辨。当发生这种情况时，接收部件就不能从数据流中恢复信息。

可以通过将透镜耦合到光纤或者在光线和波导之间设置透镜将光信号聚焦到波导中来提高耦合效率。然而，利用了透镜的耦合效率很普通。其他耦合方法最多得到也很普通的效率。

该限制还伴随着另一个挑战，例如从较大光纤所支持的光模式到波导所支持的较小光模式的有效耦合。模式是光代表性的(cross-sectional)能量分布(高斯分布)，由波导(光纤，二维波导)和光线波长的尺寸来定义。在较大光纤中具有大的光模式，在较小波导中具有较小光模式。

此外，从光纤到小的管芯上的波导的耦合要求非常精准的对准。这通常是通过专门的精准人工对准过程实现的。这种专门的对准过程通常很昂贵并限制了实际体积(volume)。

目前，对于用于高速应用的基于低成本多模式光纤(MMF)的光接收器而言，存在一个基本问题。为了实现光检测器(PD)的高速，例如25Gb/s或更高的操作，通常要求检测器的有源区域很小。然而，为了有效地将光线从MMF耦合到包含光检测器和潜在的光多路分配器的基于半导体波导的芯片中，将大波导尺寸用于低成本无源对准所需的大的未对准容限。

附图说明

当结合附图阅读下面的装置的详细说明和示意性实施例以及权利要求(这些都形成为本发明的公开内容的一部分)时，本发明的前述以及更好的理解将变得清楚。虽然前述部分和下面成文的和详细说明的公开内容集中于公开本发明的装置和示意性实施例，应当清楚地理解这仅仅是作为说明和举例，本发明并不局限于此。

图1是根据本发明一个实施例的集成光接收器的剖面侧视图；

图2是用于形成图1中所示的光接收器的绝缘体上硅(SOI)衬底的图示；

图3是示出锥形的蚀刻的SOI晶片的侧视图；

图4是示出用于镜的V槽的蚀刻的SOI晶片的侧视图；

图5是示出全内反射镜的奥迪尔层(odile layer)的沉积的SOI晶片的侧视图；

图6是其上结合有硅晶片的SOI晶片的侧视图；

图7是图6中所示的SOI翻转后的侧视图，将其翻转以便对如图1所示的光检测器(PD)和可选光栅进行进一步的硅光子学处理；

图8是示出单模式条件下集成光接收器的V槽镜结构的模型(modeling)光损失的图表；以及

图9是示出多模式条件下集成光接收器的V槽镜结构的模型光损失的图表。

具体实施方式

所述的是集成接收器光接收器结构，用以解决多模式光纤(MMF)和硅芯片之间的光耦合以及硅多路分配器和高速光检测器的集成的问题。提出的结构可以用于数据速率为25Gb/s或更高的基于并行和波分复用(WDM)二者的光链路。

本说明书全文中提到的“一个实施例”或“实施例”意味着结合该实施例说明的特定特征、结构或特点包括在本发明至少一个实施例中。因此，在本说明书全文中不同地方出现的短语“在一个实施例中”或“在实施例中”未必指向相同的实施例。此外，特定特征、结构或特点可以以任何合适的方式结合于一个或者多个实施例中。