CN116263528A

CN116263528A - 应用于硅光子结构的导光装置

Info

Publication number: CN116263528A
Application number: CN202111527973.7A
Authority: CN
Inventors: 刘俊良
Original assignee: Starr Technology Wuhan Co ltd
Current assignee: Starr Technology Wuhan Co ltd
Priority date: 2021-12-14
Filing date: 2021-12-14
Publication date: 2023-06-16
Also published as: US20230185036A1; US12111505B2; TWI812133B; TW202323892A

Abstract

本发明公开一种应用于硅光子结构的导光装置，其包括一光收发器以及一反射结构。反射结构设置在光收发器上，反射结构具有面向光收发器的一反射面，反射面用于反射在光收发器与硅光子结构的一波导结构之间传输的至少一光线。借由本发明的导光装置，能够省去了需要另外在槽孔中形成一独立的导光组件的繁杂工艺，并且缩小槽孔尺寸而增加硅晶圆上的可利用面积。

Description

应用于硅光子结构的导光装置

技术领域

本发明涉及一种导光装置，特别是涉及一种应用于硅光子结构的导光装置。

背景技术

目前，对于数据处理的需求日益增加，因此对电子装置上的数据传输速度的要求也不断提升。为了提升信号传输的效率，使用低成本且低损耗的硅光子(SiliconPhotonics)便成为其中一解决方式。

现有技术中，硅光子组件的制作是在硅晶圆(Silicon Wafer)上形成一波导(waveguide)结构，借以传输光信号。而传输光信号的方式一般分为正面导光与侧面导光。正面导光的方式其优点是较容易对位于晶圆中的波导结构，但是折射产生的信号耗损较大。侧面导光所产生的信号耗损虽然没有正面导光来得大，但侧面导光较不容易对位，且在进行侧面导光时通常需要在晶圆上先挖一槽孔，接着将光收发器伸入槽孔中以进行与晶圆中的波导结构对位的动作。进一步来说，槽孔越大越深越容易进行对位，但是相对来说槽孔占硅晶圆的面积也跟着变大，进而压缩了硅晶圆进行其他工艺所需的使用面积。

如图1所示，在现有技术中，还可以在槽孔中设置一具有镜面结构(mirrorstructure)G的导光组件。镜面结构G可将从波导结构导出的光线L反射至上方的光收发器中，然而，该方法需要在槽孔中形成一独立的反射结构，因此所需要的工艺步骤相对繁杂且所需要的槽孔尺寸较大。

因此，如何进行适当的改良来克服上述的缺陷，已成为该项事业所要解决的重要课题之一。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，现有技术的硅光子结构中的槽孔尺寸太大而压缩了硅晶圆进行其他工艺所需的使用面积，以及现有技术的硅光子结构中形成镜面结构的步骤繁杂而造成工艺成本提高。

为了解决上述的技术问题，本发明所采用的其中一技术方案是提供一种应用于硅光子结构的导光装置，该应用于硅光子结构的导光装置包括一光收发器与一反射结构。反射结构设置在光收发器上，反射结构具有面向光收发器的一反射面，反射面用于反射在光收发器与硅光子结构的一波导结构之间传输的至少一光线。

优选地，应用于硅光子结构的导光装置还包括一定位平台，所述光收发器连接于所述定位平台，所述光收发器通过所述定位平台进行三维移动。

优选地，所述硅光子结构还包括一硅基板，所述波导结构设置在所述硅基板中，所述硅基板的上表面形成一槽孔，所述反射结构用于伸入所述槽孔内以使所述反射面面向所述波导结构。

优选地，当所述反射结构用于伸入所述槽孔内时，所述反射结构的底表面与所述槽孔底部之间的距离小于所述波导结构与所述槽孔底部之间的距离。

优选地，所述反射面为一内凹状的曲面。

优选地，所述曲面为一球状面。

为了解决上述的技术问题，本发明所采用的另外一技术方案是提供一种应用于硅光子结构的导光装置，该应用于硅光子结构的导光装置包括一定位平台、一光收发器与一反射结构。光收发器设置在所述定位平台上，且所述光收发器通过所述定位平台进行三维移动。反射结构设置在所述定位平台上并且邻近所述收发器，所述反射结构具有面向所述光收发器的一反射面，所述反射面用于反射在所述光收发器与所述硅光子结构的一波导结构之间传输的至少一光线。

优选地，所述反射面为一内凹状的曲面。

优选地，所述曲面为一球状面。

本发明的其中一有益效果在于，本发明所提供的应用于硅光子结构的导光装置能通过将反射结构设置在光收发器上，或是通过定位平台连接光收发器与反射结构，使得反射结构的反射面能够反射在所述光收发器与所述硅光子结构的一波导结构之间传输的至少一光线，改善了现有技术中侧面导光容易对位不准，以及省去了需要另外在槽孔中经过镀膜、沉积以及化学蚀刻以形成一独立的导光组件的繁杂工艺，达到节省成本及导光效能优化的效果。

为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而所提供的附图仅用于提供参考与说明，并非用来对本发明加以限制。

附图说明

图1为现有技术的导光结构的剖面示意图。

图2为本发明第一实施例的应用于硅光子结构的导光装置的剖面示意图。

图3为本发明第二实施例的应用于硅光子结构的导光装置的剖面示意图。

具体实施方式

以下是通过特定的具体实施例来说明本发明所公开有关“应用于硅光子结构的导光装置”的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容了解本发明的优点与效果。本发明可通过其他不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节也可基于不同观点与应用，在不背离本发明的构思下进行各种修改与变更。另外，需事先声明的是，本发明的附图仅为简单示意说明，并非依实际尺寸的描绘。以下的实施方式将进一步详细说明本发明的相关技术内容，但所公开的内容并非用以限制本发明的保护范围。

应当可以理解的是，虽然本文中可能会使用到“第一”、“第二”、“第三”等术语来描述各种元件，但这些元件不应受这些术语的限制。这些术语主要是用以区分一元件与另一元件。另外，本文中所使用的术语“或”，应视实际情况而可能包括相关联的列出项目中的任一个或者多个的组合。

第一实施例

参阅图2所示，本发明实施例提供一种应用于硅光子结构A的导光装置M，其包括：一光收发器1以及一反射结构2。光收发器1能够发出及/或接收光线。反射结构2设置在光收发器1上，本发明不限于反射结构2与光收发器1之间的耦接方式，在其他实施例中，反射结构2与光收发器1可为一体成型的构件。反射结构2具有面向光收发器1的一反射面21，反射面21能够反射在光收发器1与硅光子结构A的一波导结构A1之间传输的至少一光线L。

此外，硅光子结构A除了包含波导结构A1之外，还包括一硅基板A2、第一覆盖层A3以及第二覆盖层A4。波导结构A1设置在硅基板A2中，硅基板A2的上表面A20形成一槽孔A21。举例来说，硅基板A2可为一硅晶圆，槽孔A21则可为该硅晶圆上的切割道(SCRIBE LINE)。另外，在槽孔A21的形成过程中，在槽孔A21两侧表面的其中一侧表面将形成一高度较低的表面A22(相较于上表面A20而言)，使得硅基板A2在槽孔A21两侧的表面高度不同。第一覆盖层A3与第二覆盖层A4覆盖在硅基板A2在槽孔A21较低侧的表面A22，而波导结构A1设置在第一覆盖层A3与第二覆盖层A4之间(第一覆盖层A3与第二覆盖层A4分别位于波导结构A1的上方与下方)，且波导结构A1、第一覆盖层A3及第二覆盖层A4共同构成相邻槽孔A21的一侧边A5，波导结构A1的用于接收与发出光线的端口A10设置成与侧边A5大致齐平。

继续参阅图2所示，波导结构A1的折射率大于第一覆盖层A3与第二覆盖层A4的折射率，因此光线L能够在波导结构2内部进行经过多次反射后射出。另一方面，反射结构2伸入槽孔A21内以使反射面21面向波导结构A1，且反射结构2的底表面与槽孔A21底部之间的距离H1小于波导结构A1与槽孔A21底部之间的距离H2。因此由波导结构A1射出的光线L能够借由反射面21而改变路径向上射出，并且由光收发器1接收。另外，需说明的是，图2中所指的光线L的箭头方向仅作为示意之用，并不代表限制光线的走向。举例来说，光线L也可由光收发器1发出，并且经由反射面21反射后改变路径而朝向波导结构A1射出并被波导结构A1接收。

举例来说，波导结构A1的材料可包括铌酸锂(LiNbO₃)、绝缘硅(Silicon-on-Insulator，SOI)或硅化合物等，而第一覆盖层A3与第二覆盖层A4的组成材料可包括二氧化硅(SiO₂)，但本发明不限于此。在其他实施例中，第二覆盖层A4与第一覆盖层A3的组成材料也可以不同。槽孔A21可以半导体工艺或是激光雕刻的方式形成，但本发明不限于此。另外，槽孔A21的轮廓大致呈U型形状或V型形状，其平均宽度小于60μm。也就是说，相较于现有技术中的硅基板所形成的宽度约为300μm而深度为100μm的槽孔，本发明的导光结构不需在槽孔A21内形成另外的导光组件，因此所形成的槽孔A21的尺寸能够尽可能地微小化，以保留硅晶圆(即硅基板1)更多的可利用面积。

举例来说，光收发器1可为一光纤收发器，光纤收发器是将短距离的电信号和长距离的光信号进行转换的装置。光收发器1包括发射端与接收端，信号由发射端发出，并通过光纤进行远距传输。另外，举例来说，反射面21为一内凹状的曲面，优选地，该曲面为一球状面。因此，反射面21的曲率等于球状面的曲率。需说明的是，由于图2为剖面示意图，因此图2中的反射结构2的反射面21的曲率也等于一正圆形的曲率。本发明中，反射结构2的反射面21的曲率并不限于正圆形的曲率，于一实施例中，可以是椭圆形的曲率。

此外，导光装置M还包括一定位平台3，而光收发器1设置在定位平台3上。举例来说，定位平台3是依据一直角坐标系而设计出的三维移动平台，或者，定位平台3也可以是依据一圆坐标系或是圆柱坐标系而设计出的三维移动平台，本发明并不限于定位平台3的形式。进一步来说，定位平台3能够电性连接一控制装置D，使得用户能够借由操作控制装置D来控制定位平台3移动光收发器1。也就是说，光收发器1可通过定位平台3进行三维移动。

第二实施例

参阅图3所示，图3示出的导光装置M与图2相比具有相仿的结构，其相仿之处不再赘述。比较图3与图2，可知图3的导光装置M主要包括一光收发器1、一反射结构2以及一定位平台3。反射结构2具有面向光收发器1的一反射面21。反射结构2用于伸入槽孔A21内以使反射面21面向波导结构A1，使得反射面21用于反射在光收发器1与硅光子结构A的一波导结构A1之间传输的至少一光线L。本实施例中关于反射面21的结构以及反射结构2在槽孔A21内的相对位置与第一实施例相同，在此不再赘述。定位平台3，例如但不限于为直角坐标系、圆坐标系或是圆柱坐标系的三维移动平台，能够连接光收发器1与反射结构2。定位平台3能够电性连接一控制装置D，使得用户能够借由操作控制装置D来控制定位平台3移动光收发器1与反射结构2，使得光收发器1与反射结构2进行三维移动，且使用者能够借由操作控制装置D来调整光收发器1与反射结构2彼此间的相对位置，换言之，使得光收发器1与反射结构2能够通过定位平台3准确对位，让光线L能够准确地在光收发器1与波导结构A1之间传输。

实施例的有益效果

本发明的有益效果在于，本发明所提供的应用于硅光子结构A的导光装置M能通过将反射结构2设置在光收发器1上，或是通过定位平台3连接光收发器1与反射结构2，使得反射结构2的反射面21能够反射在光收发器1与硅光子结构A的一波导结构A1之间传输的至少一光线L，改善了现有技术中侧面导光容易对位不准，以及省去了需要另外在槽孔A21中经过镀膜、沉积以及化学蚀刻以形成一独立的导光组件的繁杂工艺，达到节省成本及导光效能优化的效果。

以上所公开的内容仅为本发明的优选可行实施例，并非因此局限本发明的权利要求书的保护范围，所以凡是运用本发明说明书及附图内容所做的等效技术变化均包含于本发明的权利要求书的保护范围内。

Claims

1.一种应用于硅光子结构的导光装置，其特征在于，所述导光装置包括：

一光收发器；以及

一反射结构，设置在所述光收发器上，所述反射结构具有面向所述光收发器的一反射面，所述反射面用于反射在所述光收发器与所述硅光子结构的一波导结构之间传输的至少一光线。

2.根据权利要求1所述的应用于硅光子结构的导光装置，其特征在于，所述导光装置还包括一定位平台，所述光收发器连接于所述定位平台，所述光收发器通过所述定位平台进行三维移动。

3.根据权利要求1所述的应用于硅光子结构的导光装置，其特征在于，所述硅光子结构还包括一硅基板，所述波导结构设置在所述硅基板中，所述硅基板的上表面形成一槽孔，所述反射结构用于伸入所述槽孔内以使所述反射面面向所述波导结构。

4.根据权利要求3所述的应用于硅光子结构的导光装置，其特征在于，当所述反射结构用于伸入所述槽孔内时，所述反射结构的底表面与所述槽孔底部之间的距离小于所述波导结构与所述槽孔底部之间的距离。

5.根据权利要求1所述的应用于硅光子结构的导光装置，其特征在于，所述反射面为一内凹状的曲面。

6.根据权利要求5所述的应用于硅光子结构的导光装置，其特征在于，所述曲面为一球状面。

7.一种应用于硅光子结构的导光装置，其特征在于，所述导光装置包括：

一光收发器；

一反射结构，具有面向所述光收发器的一反射面，所述反射面用于反射在所述光收发器与所述硅光子结构的一波导结构之间传输的至少一光线；以及

一定位平台，用于连接所述光收发器与所述反射结构，所述光收发器与所述反射结构通过所述定位平台进行三维移动并且调整彼此间的相对位置。

8.根据权利要求7所述的应用于硅光子结构的导光装置，其特征在于，所述硅光子结构还包括一硅基板，所述波导结构设置在所述硅基板中，所述硅基板的上表面形成一槽孔，所述反射结构用于伸入所述槽孔内以使所述反射面面向所述波导结构。

9.根据权利要求8所述的应用于硅光子结构的导光装置，其特征在于，当所述反射结构用于伸入所述槽孔内时，所述反射结构的底表面与所述槽孔底部之间的距离小于所述波导结构与所述槽孔底部之间的距离。

10.根据权利要求7所述的应用于硅光子结构的导光装置，其特征在于，反射面为一内凹状的曲面。

11.根据权利要求10所述的应用于硅光子结构的导光装置，其特征在于，所述曲面为一球状面。