[实用新型]一种多层硅光子三维光连接结构

说明书

本实用新型涉及一种多层硅光子三维光连接结构，属于半导体光信号传输技术领域。该多层硅光子包括从下至上的SOI晶圆衬底、晶圆埋氧层、反射层、n层光波导层和波导的包层，所述n层光波导层通过多层硅光子三维光连接结构实现光在两波导层之间的传输，三维光连接结构包括2n‑1个波导光栅，相邻波导层的波导光栅刻蚀面相向。该三维光连接结构由波导光栅构成，通过成对设置正向与倒置两波导光栅实现光在两波导层之间的传输，可有效解决45°反射镜放置困难或层间高度差小，工艺难度大的问题。

技术领域

本实用新型涉及一种多层硅光子三维光连接结构，属于半导体光信号传输技术领域。

背景技术

目前，光通信承载了全球通信数据容量的90%以上，其中硅光子器件具有成本低廉、信息传输速率高、制备工艺与CMOS工艺兼容等特点，就单元硅光子器件而言，目前已经研制出的高探测灵敏度的锗硅探测器、高速率硅基调制器、硅基阵列波导光栅、硅基光波导阵列光开关等具有极大的潜力和优势，其设计和制备工艺已经成熟，硅基光子器件的大规模集成可构建光通信系统，促进信息技术的进一步发展。单片集成是指将不同或相同功能的硅光子元件在同一片晶圆上构成阵列化、模块化的单个芯片，是目前比较常见的硅基光子集成。常见的单片集成芯片波导层数目为1，这样设计的优势在于便于制备、降低成本、易于控制性能，但是，随着单元器件的增多，光路逐渐趋于复杂，芯片损耗逐渐增大，同时，芯片面积也增大，无法满足光通信系统日趋增长的集成化需求。为减小占空比，多维集成成为目前的研究热点。多维集成是基于多波导层的一种集成方式，这种集成方式可以降低芯片的占空比，提高硅光子元器件性能的一致性，便于批量生产。为实现波导层之间的光传输，目前主要方式为：在各波导层放置45°反射镜，但放置45°反射镜的角度设置要求很高，若该反射镜的放置偏离45°，将严重影响光在层间的传输，增大芯片损耗；另一种方式是通过不同层间的锥形波导耦合，但这种方式只适用于层间高度差小的器件。因此，对工艺要求极高或层间高度限制大的三维光连接结构不利于广泛应用。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题及不足，本实用新型提供一种多层硅光子三维光连接结构。本实用新型通过设置三维光连接结构，该三维光连接结构由波导光栅构成，通过成对设置正向与倒置两波导光栅实现光在两波导层之间的传输，可有效解决45°反射镜放置困难或层间高度差小，工艺难度大的问题，本实用新型通过以下技术方案实现。

如图1和2所示，一种多层硅光子三维光连接结构，该多层硅光子包括从下至上的SOI晶圆衬底111、晶圆埋氧层112、反射层113、n层光波导层和波导的包层114，所述n层光波导层通过多层硅光子三维光连接结构实现光在两波导层之间的传输，三维光连接结构包括2n-1个波导光栅，最下方的第一光波导层1输入端连接正向的第一波导光栅12，其余n-1层光波导层均设置两个波导光栅，相邻波导层的波导光栅刻蚀面相向，即第一波导光栅12上方设有倒置的第二波导光栅Ⅰ21，第二波导光栅Ⅰ21通过第二光波导结构22连接正向的第二波导光栅Ⅱ23，如果超过2层，第二波导光栅Ⅱ23上方设有倒置的第三波导光栅Ⅰ31，第三波导光栅Ⅰ31通过第三光波导结构32与正向的第三波导光栅Ⅱ33连接，依此类推，直至倒置的第n波导光栅Ⅰ41通过第n光波导结构42与正向的第n波导光栅结构Ⅱ43连接。

所述波导光栅条形刻痕均未穿透该光波导层；各层各波导光栅均为切趾光栅，切趾函数的选择需能降低衍射光谱的旁瓣。通常波导光栅齿的角度设置范围在8°至10°之间，因为当入射光与垂直方向存在8°至10°的倾角时，有利于减少光经过光栅后的二阶反射，减少光在层间传输的损耗。同时，为了适应不同的通信波长，可以调整波导光栅的结构参数，例如周期、占空比、波导厚度等。

所述各层各波导光栅底部均设有一个反射层113。