用于光学组件的超材料层的制作方法

本揭示涉及光子芯片，尤其涉及包括光学组件例如边缘耦合器(edge coupler)的结构以及制造此类结构的方法。

背景技术：

1、光子芯片用于许多应用及系统中，包括但不限于数据通信系统及数据计算系统。光子芯片将光学组件(例如波导、光检测器、调制器，以及光功率分配器)与电子组件(例如场效应晶体管)集成于统一的平台中。除其它因素以外，布局面积、成本以及操作开销可通过在同一芯片上集成两种类型的组件来减小。

2、边缘耦合器(也称为光斑尺寸转换器(spot-size converter))通常用于将来自光源例如激光器或光纤的给定模式的光耦合至该光子芯片上的光学组件。该边缘耦合器可包括波导芯的一段，其定义具有顶端的倒锥(inverse taper)。在该边缘耦合器构造中，该倒锥的窄端提供位于邻近该光源设置的该顶端的端面，且该倒锥的宽端与该波导芯的另一段连接，以将光路由至该光子芯片的该光学组件。

3、当光从该光源被传输至该边缘耦合器时，该倒锥的逐渐变化的剖面面积支持模式转换以及与模式转换相关的模式尺寸变化。该倒锥的该顶端不能完全限制自该光源接收的入射模式，因为该顶端的剖面面积显著小于模式尺寸。因此，入射模式的电磁场的很大一部分分布于该倒锥的该顶端周围。随着宽度增加，该倒锥可支持全部入射模式并限制电磁场。

4、传统的边缘耦合器可能易受至衬底的泄漏损失的影响。当将来自单模光纤的横磁模式的光耦合至氮化硅波导芯时，该泄漏损失可能尤其高。用于减轻至衬底的泄漏损失的一种方法是移除位于边缘耦合器下方的衬底的部分，以定义底切(undercut)。

5、需要改进的包括光学组件(例如边缘耦合器)的结构以及制造此类结构的方法。

技术实现思路

1、在本发明的一个实施例中，一种结构包括衬底、位于该衬底上方的波导芯、以及在该波导芯与该衬底之间沿垂直方向设置的超材料层。该超材料层包括由多个间隙隔开的多个元件以及位于该多个间隙中的介电材料。

2、在本发明的一个实施例中，一种方法包括在衬底上方形成波导芯，以及形成在该波导芯与该衬底之间沿垂直方向设置的超材料层。该超材料层包括由多个间隙隔开的多个元件以及位于该多个间隙中的介电材料。

技术特征：

1.一种结构，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的结构，其特征在于，还包括：

3.如权利要求2所述的结构，其特征在于，该波导芯由端部表面终止，且该光源经配置以沿与该端部表面对齐的模式传播方向提供该光。

4.如权利要求1所述的结构，其特征在于，该多个元件包括硅，且该介电材料包括二氧化硅。

5.如权利要求1所述的结构，其特征在于，该波导芯包括第一材料，且该多个元件包括第二材料。

6.如权利要求5所述的结构，其特征在于，该第一材料为硅，且该第二材料为氮化硅。

7.如权利要求5所述的结构，其特征在于，该第一材料为硅，且该第二材料为氮化硅碳或氢化氮化硅碳。

8.如权利要求1所述的结构，其特征在于，该波导芯具有第一纵轴，各该多个元件具有第二纵轴，且该第二纵轴平行于该第一纵轴排列。

9.如权利要求1所述的结构，其特征在于，该波导芯具有第一纵轴，各该多个元件具有第二纵轴，且该第二纵轴与该第一纵轴成一角度排列。

10.如权利要求1所述的结构，其特征在于，该波导芯具有第一纵轴，各该多个元件具有第二纵轴，且该第二纵轴垂直于该第一纵轴排列。

11.如权利要求1所述的结构，其特征在于，各该多个元件包括第一纵轴，以及沿该第一纵轴设置的多个片段。

12.如权利要求11所述的结构，其特征在于，各该多个元件的该多个片段按行排列。

13.如权利要求1所述的结构，其特征在于，该波导芯与该多个元件的至少其中一个重叠。

14.如权利要求1所述的结构，其特征在于，该波导芯与该多个元件的至少其中一个具有不重叠布置。

15.如权利要求1所述的结构，其特征在于，该波导芯在该多个元件上方居中。

16.如权利要求1所述的结构，其特征在于，该波导芯包括倒锥，且该衬底在该倒锥下方为实心。

17.一种方法，包括：

18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，形成包括由该多个间隙隔开的该多个元件以及位于该多个间隙中的该介电材料的该超材料层包括：

19.如权利要求17所述的方法，其特征在于，该波导芯由端部表面终止，且还包括：

20.如权利要求17所述的方法，其特征在于，该波导芯具有第一纵轴，各该多个元件具有第二纵轴，且该第二纵轴平行于或垂直于该第一纵轴排列。

技术总结
本发明涉及用于光学组件的超材料层，提供包括光学组件例如边缘耦合器的结构以及制造此类结构的方法。该结构包括衬底、位于该衬底上方的波导芯、以及在该波导芯与该衬底间沿垂直方向设置的超材料层。该超材料层包括由一组间隙隔开的一组元件以及位于该组间隙中的介电材料。

技术研发人员：卞宇生
受保护的技术使用者：格芯（美国）集成电路科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15