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TW202518079A - 具有偏離基板之邊緣耦合器之雷射器 - Google Patents

具有偏離基板之邊緣耦合器之雷射器 Download PDF

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TW202518079A
TW202518079A TW113138835A TW113138835A TW202518079A TW 202518079 A TW202518079 A TW 202518079A TW 113138835 A TW113138835 A TW 113138835A TW 113138835 A TW113138835 A TW 113138835A TW 202518079 A TW202518079 A TW 202518079A
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axis
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薩百薩其 巴里克
恩驍 欒
賈德 包特斯
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美商無蓋燈光電公司
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Abstract

本發明揭示之一種裝置包含一半導體基板、以一第一位移偏離該半導體基板之一光源、以一第二位移偏離該半導體基板之一第一介電質波導，及以一第三位移偏離該半導體基板之一第二介電質波導。該第二位移大於該第一位移。該第一介電質波導與該光源之至少一部分重疊，使得光係自該光源絕熱耦合至該第一介電質波導中。該第三位移大於該第二位移。該第二介電質波導與該第一介電質波導之至少一部分重疊，使得光係自該第一介電質波導耦合至該第二介電質波導中。該第二介電質波導包含經組態以將光耦合出該第二介電質波導之一邊緣耦合器。

Description

具有偏離基板之邊緣耦合器之雷射器
本發明大體上係關於光學裝置，且更特定言之係關於光學裝置之邊緣耦合。
許多光子應用需要與光源(諸如經組態以產生光之雷射器、經組態以放大及傳播光之半導體光學放大器(SOA)，或經組態以調變及傳播光之調變器)進行可重複的且低損耗的光學耦合。在許多此應用中，光源可大量製造係有益的。因此，矽光子技術(諸如混合雷射器)可用於在晶圓級達成光源之低成本、大量製造。然而，在矽中形成之光源趨於面臨關於將光輸出耦合至一接收裝置之各種設計限制。
在以下描述中，出於說明目的，闡述許多具體細節以提供本發明標的物之各種實施例之一理解。然而，對於熟習此項技術者而言應顯而易見，可在不具有此等具體細節之情況下實踐本發明標的物之實施例。一般而言，不一定詳細展示熟知指令例項、結構及技術。
如上文所描述，在矽中形成之光源可面臨與光之輸出耦合有關之各種設計限制。在具有一埋藏式絕緣體之SOI (絕緣體上矽)光子平台中，為了散熱，保持雷射器或SOA靠近半導體基板可為有益的。然而，若使用一邊緣耦合器將光輸出耦合至接收裝置，則使用具有低損耗及一較大模態場直徑(MFD)之一邊緣耦合器可為有益的，且此等邊緣耦合器趨於在距半導體基板之一更大距離處表現更佳。邊緣耦合器距基板愈遠，則輸出場可愈大，且邊緣耦合器將經歷愈小基板洩漏損耗。
具有邊緣耦合器之SOI光子平台之現有方法往往忽略散熱問題，而導致熱限制，及/或忽略邊緣耦合問題，而導致對光學效能之限制及降低的功率效率。一種此方法係藉由Xiang, C.、Jin, W.、Terra, O.等人描述。3D整合實現矽光子學中之超低雜訊無隔離器雷射器。 Nature 620，78-85 (2023年)。https://doi.org/10.1038/s41586-023-06251-w (在下文中為「Xiang」)。Xiang中描述之方法使用具有高度非定域模態之超低損耗(ULL)介電質波導，藉此在邊緣耦合器處達成一相對較大模態。然而，Xiang忽略散熱問題，而使雷射器比先前方法中更遠離矽基板。Xiang之ULL波導耦合及其他組件之性質需要非常長的長度尺度，該等長度尺度大於一典型光子積體電路(PIC)尺寸。因此，Xiang中描述之方法導致低輸出功率，且其需要較大PIC (藉此增加製造成本)及兩個接合步驟(進一步增加成本)。其他方法展現類似限制。
因此，本文中描述之實例可試圖解決與矽光子光源(諸如混合矽雷射器及SOA)之設計及製造有關之一或多個技術問題。特定言之，一些實例可提供一種裝置，其中雷射器或SOA係整合於一SOI基板之頂部上且靠近半導體基板定位以幫助散熱，但邊緣耦合器係更遠離半導體基板定位，藉此容許使用一相對低損耗之大MFD邊緣耦合器。在一些實例中，來自光源之光經傳播穿過相對靠近半導體基板之一第一介電質波導(例如，一相對較厚氮化矽層)傳播，且接著經由快速絕熱耦合耦合至相對遠離半導體基板之一第二介電質波導(例如，另一較薄氮化矽層)中，藉此使兩個介電質波導能夠以一相對緊湊組態配置。第二介電質波導終止於擴展光學模態之一邊緣耦合器中。該邊緣耦合器具有藉由其自半導體基板之空間位移實現之一相對較大MFD，藉此降低至外部光學器件之邊緣耦合損耗。
不同於現有方法，本文中所描述之實例可併有多個被動波導層，該等被動波導層可製造為一單一平台(例如，一單一晶片)之部分。
圖1係一裝置100之一側視橫截面視圖，其展示裝置100之組件自一半導體基板102之垂直位移。在一些實例中，裝置100係具有一埋藏式絕緣體(圖1中未展示) (諸如一SOI裝置)之一光子裝置(亦稱為一光子平台)。
裝置100可被製造為沿著界定圖式之垂直維度之一層壓軸線132堆疊之層。圖1之視圖展示在一縱向方向130上自左至右延伸之裝置100。一橫向軸線(在下文圖3之仰視圖中展示)延伸進出圖1之圖式之平面。應瞭解，裝置100之圖式未按比例，其等亦未描繪整個裝置。在一些實例中，裝置100及其各種組件之橫向及/或縱向尺寸可遠大於組件沿著層壓軸線132之高度，可能大一或多個數量級。例如，整個裝置100沿著層壓軸線132之高度可小於10微米(µm)，而在縱向方向130上延伸之裝置100之所繪示部分之長度可為幾百微米，或甚至幾毫米(mm)。為清楚起見，簡化所繪示視圖。
裝置100包含經製造為相對靠近半導體基板102 (例如，矽)以改良熱效能之一半導體雷射器112。雷射器112自頂部至底部包含在一作用區108 (例如，雷射器之一多量子井發射區)上方之p型材料106之一脊或層，作用區108下方具有n型材料110之一層。在n型材料110下方係具有一上部分116及一下部分118之矽波導114。在所繪示實例中，下部分118在縱向方向130上比上部分116延伸更遠。在本文中所描述之使用具有一波導之雷射器或其他光源之實例中，光源之最低表面(諸如波導之一底表面)界定第一位移124。
矽波導114之下部分118之底部係以一第一位移124偏離半導體基板102，第一位移124係用一絕緣介電材料104 (諸如氧化物)之一或多個層填充。在一些實例中，第一位移係小於1.5 µm之一距離，諸如1270奈米(nm)。
被展示為第一介電質波導120之一相對較厚介電質波導(諸如氮化矽波導)經形成於雷射器波導層略上方(例如，在矽波導114之下部分118之上表面上方)，使得第一介電質波導120之底表面係以一第二位移126偏離半導體基板。在一些實例中，第二位移126係使得第一介電質波導120在縱向方向130上自雷射器112之一部分(諸如雷射器112之作用區108)定位。例如，第二位移126可為大約1.5 µm，諸如1540 nm。矽波導114之下部分118與第一介電質波導120之間的間隙可由絕緣介電材料104之一或多個進一步層形成。因此，在一些實例中，第一介電質波導120之下表面可與光源之一或多個層在距半導體基板102之近似相同距離處；然而，光源之底表面(在此情況下，矽波導114之下部分118之下表面)在距半導體基板102之一第一位移124處，第一位移124小於第一介電質波導120之第二位移126。
絕緣介電材料104之進一步一或多個層亦係沈積於第一介電質波導120上方。在一些實例中，絕緣介電材料104之此等額外層在第一介電質波導120上方界定大約1 µm或更大之一間隙。被展示為第二介電質波導122之一第二較薄介電質波導(其亦可為氮化矽波導)係形成於此間隙上方且絕熱地耦合至第一介電質波導120。因此，第二介電質波導122可比第一介電質波導120距半導體基板102遠1 µm以上，其中第二介電質波導122之底表面係以一第三位移128偏離半導體基板102。在一些實例中，第三位移128係至少3 µm，諸如3180 nm。相對較大之第三位移128可容許具有一大MFD之一邊緣耦合器併入至第二介電質波導122中，該邊緣耦合器與在第二介電質波導122更靠近半導體基板102定位的情況相比，具有更低的損耗及更為可重複的耦合。
圖2展示與圖1中相同的裝置100之側視橫截面視圖。然而，圖2展示裝置100之組件之間的絕熱模態耦合之四個區，以及由第二介電質波導122之一部分界定之一邊緣耦合器210。
在縱向方向130上自左至右，展示四個絕熱模態耦合器(AMC)。在一第一AMC 202中，由雷射器112之作用區108產生之光係絕熱耦合至矽波導114中。在一第二AMC 204中，傳播穿過矽波導114之光係自上部分116向下絕熱耦合至下部分118中。在一第三AMC 206中，在下部分118內傳播之光係向上絕熱耦合至第一介電質波導120中。在一第四AMC 208中，在第一介電質波導120內傳播之光係向上絕熱耦合至第二介電質波導122中。
第三AMC 206可被視為下部分118與第一介電質波導120相對於層壓軸線132之一重疊。在一些實例中，第三AMC 206在縱向方向130上延伸遍及小於120 µm之一長度。
類似地，第四AMC 208可被視為第一介電質波導120與第二介電質波導122相對於層壓軸線132之一重疊。下文參考圖3描述此重疊在縱向方向130上之長度及性質。
第二介電質波導122之右部分界定一邊緣耦合器210，如將在下文參考圖3更詳細描述。
因此，在一些實例中，裝置100包含一半導體基板102、相對於層壓軸線132以一第一位移124偏離半導體基板102之一光源(例如，雷射器112)、相對於層壓軸線132以一第二位移126偏離半導體基板102之一第一介電質波導120，及相對於層壓軸線132以一第三位移128偏離半導體基板102之一第二介電質波導122。第二位移126大於第一位移124，且第三位移128大於第二位移126。第一介電質波導120相對於層壓軸線132與光源之至少一部分重疊，使得光係自光源絕熱耦合至第一介電質波導120中。第二介電質波導122相對於層壓軸線132與第一介電質波導120之至少一部分重疊，使得光係自第一介電質波導120耦合至第二介電質波導中。第二介電質波導122包含經組態以在垂直於層壓軸線132之一縱向方向130上將光耦合出第二介電質波導122之一邊緣耦合器210。
在一些實例中，第三位移128比第二位移126大至少1微米。
在一些實例中，第三位移128係至少3微米。
在一些實例中，光源包含一混合矽雷射器112。
在一些實例中，裝置100包含相對於層壓軸線堆疊之複數個層。
在一些實例中，第一位移124、第二位移126及第三位移128各自包括一絕緣介電材料104之一或多個層。
在一些實例中，混合矽雷射器112包含一III-V族半導體結構(例如，p型材料106、作用區108及n型材料110)，及以第一位移124偏離半導體基板102之一矽波導114。第一介電質波導120相對於層壓軸線132與矽波導114之一部分(例如，下部分118)重疊。
在一些實例中，第一介電質波導120及III-V族半導體結構之一部分(例如，至少作用區108)係相對於層壓軸線132等距地偏離半導體基板102。
圖3係展示第一介電質波導120與第二介電質波導122之重疊，且展示邊緣耦合器210之幾何結構之一仰視平面圖。圖3之仰視圖之平面係由縱向方向130及一橫向軸線302界定；視圖係沿著層壓軸線132。
應瞭解，圖3中僅展示第一介電質波導120之最右部分。第一介電質波導120向左(與縱向方向130相反)延伸一顯著距離，包含第一介電質波導120之部分在第三AMC 206內與矽波導114重疊。
第一介電質波導120與第二介電質波導122之重疊界定第四AMC 208，如上文參考圖2所描述。在第四AMC 208內，第一介電質波導120界定在縱向方向130上自寬至窄漸縮之若干片段。在所繪示實例中，各片段在縱向方向130上線性地漸縮，其中各片段之尺寸及錐度係藉由對正由第一介電質波導120傳播之光之模態的直徑之約束來界定。在所繪示實例中，此等片段具有在縱向方向130上延伸之長度L T0304、L TE306、L T1308及L TM310。
亦在第四AMC 208內，第二介電質波導122界定與第一介電質波導120之片段重疊之若干片段。在所繪示實例中，存在沿著長度L T0304、L TE306、L T1308及L TM310與第一介電質波導120之四個片段重疊之第二介電質波導122之四個片段。與第一介電質波導120之在縱向方向130上變窄之片段形成對比，第二介電質波導122之片段在縱向方向130上加寬，以增加在第一介電質波導120內傳播之光在第四AMC 208內輸出耦合至第二介電質波導122之程度。
在一些實例中，邊緣耦合器210充當一光斑尺寸轉換器(SSC)。在邊緣耦合器210之長度內，第二介電質波導122界定在縱向方向130上變窄之若干片段，藉此擠出在第二介電質波導122內傳播之光之模態。在所繪示實例中，邊緣耦合器210之此等片段具有長度L 3312、L 2314及L 1316。如同第四AMC 208內之第一介電質波導120之變窄片段，邊緣耦合器210之變窄片段之尺寸係藉由對正在傳播穿過邊緣耦合器210之光之模態的直徑之約束來界定。
因此，在一些實例中，第二介電質波導122之邊緣耦合器210包含複數個片段，各片段在其於縱向方向130上延伸時在寬度上減小。
在一些實例中，第一介電質波導120包含複數個片段，各片段在其於縱向方向130上延伸時在寬度上增加。
在一些實例中，第一介電質波導120及第二介電質波導122各自包括氮化矽。
取決於諸如裝置100之預期應用之設計考量，各種實例可對各個片段使用不同尺寸。
在一第一實例中，裝置100係在邊緣耦合器210之右(縱向)尖端處耦合至一透鏡，且透鏡將自邊緣耦合器210接收之光傳播至自由空間中。此一組態可用於諸如光偵測及測距(LIDAR)陣列之應用中，其中光係透過透鏡耦合至空氣中，且光束透過空氣傳播，擊中一目標，且以稍微偏離出射光束之一角度返回。在此等應用中，將光自具有一大模態大小之邊緣耦合器210輸出耦合可針對經返回光束提供改良之模態重疊及較低損耗。
上文所描述之第一例示性裝置100可經設計以在L TE306及L TM310區段兩者中相對於垂直及水平軸線達成大於7 µm之一MFD，以及大於85%之圓度。第一例示性裝置100可具有0.25 µm之(邊緣耦合器210之最右尖端之)一尖端寬度，及90 µm之一長度L 1316。其可經組態以在L TE306之長度內達成：7.9 µm之一水平(沿著橫向軸線302) MFD(y)、7.1 µm之一垂直(沿著層壓軸線132) MFD(z)、0.9之圓度(MFD(z)/MFD(y))，及0.8 dB之自由空間耦合損耗。其可經組態以在L TM310之長度內達成：8.6 µm之一水平MFD(y)、7.6 µm之一垂直MFD(z)、0.88之圓度(MFD(z)/MFD(y))，及1 dB之自由空間耦合損耗。若一光纖要耦合至邊緣耦合器，則L TE306區段之最大光纖插入損耗將為1.75 dB，而L TM310區段之最大光纖插入損耗將為2 dB。
因此，在一些實例中，裝置100進一步包含在縱向方向130上經光學地耦合至邊緣耦合器210以接收由邊緣耦合器210輸出耦合之光之一透鏡。
在一第二實例中，裝置100係在邊緣耦合器210之尖端處耦合至一單模光纖。可歸因於邊緣耦合器210之輸出與光纖模態大小之間的經改良模態重疊而達成低光學耦合損耗。因此，設置於邊緣耦合器210之尖端處之MFD之較大尺寸可為光纖提供更寬對準容限，此亦可導致更低耦合損耗。可視需要在邊緣耦合器與光纖之間添加一透鏡以進一步減少光學損耗，但避免此透鏡以降低成本係有益的。在不具有透鏡之情況下達成之光學損耗足夠低，在大多數應用中為足夠的。
上文所描述之第二例示性裝置100可經設計以達成最佳光纖耦合、低插入損耗及低偏振相依損耗(PDL)。第二例示性裝置100可具有0.4 µm之(邊緣耦合器210之最右尖端之)一尖端寬度，及60 µm之一長度L 1316。其可經組態以在L TE306之長度內達成：6.8 µm之一水平MFD(y)、4.7 µm之一垂直MFD(z)、0.7之圓度(MFD(z)/MFD(y))，及0.5 dB之自由空間耦合損耗。其可經組態以在L TM310之長度內達成：6.8 µm之一水平MFD(y)、6.3 µm之一垂直MFD(z)、0.95之圓度(MFD(z)/MFD(y))，及0.6 dB之自由空間耦合損耗。L TE306區段之最大光纖插入損耗係1.7 dB，而L TM310區段之最大光纖插入損耗係1.6 dB。
因此，在一些實例中，裝置100進一步包含經光學地耦合至透鏡以接收來自透鏡之光之一光纖，或經光學地耦合至邊緣耦合器以接收來自邊緣耦合器之光之一光纖。
圖4A係穿過圖3之線A-A之裝置100之一前視橫截面視圖，其展示第一介電質波導120及第二介電質波導122在第四AMC 208內(在長度L TE306之片段內)之形狀及位置之一前視橫截面。圖式之平面係藉由層壓軸線132及橫向軸線302界定。
如所展示，第一介電質波導120係藉由填充第二位移126 (例如，1540 nm)之絕緣介電材料104偏離半導體基板102。在此實例中，第一介電質波導120在橫截面上係梯形的，在其底表面處比在其頂表面處具有一更寬橫向寬度。在此實例中，第一介電質波導120之側與其底表面之角度係84度。第一介電質波導120之高度係藉由第一厚度408界定，例如，390 nm。
在第一介電質波導120上方，絕緣介電材料104填充第一介電質波導120與第二介電質波導122之間的一中間距離406 (例如，1250 nm)。第二介電質波導122被展示為在橫截面上為矩形的，具有由第二厚度404界定之一高度，例如，160 nm。最後，一上部距離402自第二介電質波導122之頂表面向上延伸至裝置100之頂部，例如在7875 nm之一距離內用絕緣介電材料104之進一步層填充。
圖4B係裝置100之另一前視橫截面視圖，此視圖穿過圖3之線B-B截取，展示第二介電質波導122在靠近尖端之邊緣耦合器210內(在長度L 1316之最右片段內)之形狀及位置之一前視橫截面。
在此視圖中，第三位移128被展示為用絕緣介電材料104填充例如至3180 nm之一高度。其他尺寸係如圖4A中。
因此，在所繪示實例中，其中嵌入第一介電質波導120及第二介電質波導122之絕緣介電材料104延伸總共11,215 nm (3180 nm之第三位移128 + 160 nm之第二厚度404 + 7875 nm之上部距離402)。
應瞭解，此等尺寸僅旨在為闡釋性實例，且各種實例可偏離此等尺寸以達成不同目標。
因此，在一些實例中，第一介電質波導120具有相對於層壓軸線122界定之一第一厚度408，第二介電質波導122具有相對於層壓軸線132界定之一第二厚度404，且第一厚度408比第二厚度404厚。
圖5展示製造一裝置(諸如裝置100)之一方法500之操作。儘管例示性方法500描繪一特定操作序列，但可在不脫離本發明之範疇的情況下更改該序列。例如，所描繪之一些操作可並行執行或以不實質影響方法500之功能之一不同序列執行。在其他實例中，實施方法500之一例示性裝置或系統之不同組件可實質上同時或以一特定序列執行功能。
根據一些實例，方法500包含在操作502，在一半導體基板102上形成絕緣介電材料104之層以界定一第一位移124。
根據一些實例，方法500包含在操作504，在第一位移124處形成一光源(例如，雷射器112或另一光源，諸如一SOA或光調變器)。
根據一些實例，方法500包含在操作506，形成絕緣介電材料104之進一步層以界定一第二位移126。
根據一些實例，方法500包含在操作508，在第二位移126處形成一第一介電質波導120。
根據一些實例，方法500包含在操作510，形成絕緣介電材料104之進一步層以界定一第三位移128。
根據一些實例，方法500包含在方塊512，在第三位移128處形成包含一邊緣耦合器210之第二介電質波導122。
儘管實例已被描述為併有一雷射器光源，但應瞭解，本文中所描述之裝置、方法及結構同樣適用於其他光源，包含在絕緣體上矽(SOI)基板上由化合物半導體(例如，III-V族材料)製成之SOA及光學調變器。在一些實例中，兩個介電質波導(例如，形成於裝置之氮化矽層內)係形成於與化合物半導體類似或在其上方(即，更遠離半導體基板)之一位移或高度處。介電質波導係絕熱耦合至化合物半導體光源之矽波導，且係用於擴展裝置之一邊緣處之光學模態大小，以達成至外部光學器件之較低光學耦合損耗。
因此，在一些實例中，光源包含一半導體光學放大器。第一介電質波導120及半導體光學放大器之一部分可相對於層壓軸線等距地偏離半導體基板。
在一些實例中，可在輸出邊緣耦合器處使用多個介電質波導層。此一組態可改良介電質堆疊中光模態之居中。
在一些實例中，可在邊緣耦合器處使用全部或部分由矽或矽化合物(例如，Si 3N 4)製成之波導。
本文中所描述之一些實例可達成大量可製造雷射器與低損耗之大MFD模態耦合器之整合。雷射器保持相對緊靠基板而幫助散熱。此外，不需要在邊緣耦合器處移除基板，此可引起可靠性限制。
在本發明中，諸如「上方」、「下方」、「上」、「下」及其他相對垂直位置之術語旨在指代各種特徵相對於層壓軸線132之相對位置，在製造期間可沿著層壓軸線132相繼形成裝置之層。類似地，諸如「長度」之術語可指代相對於縱向方向130 (或與縱向方向130相反)界定之距離，且諸如「橫向」或「寬度」之術語可指代相對於橫向軸線界定之距離或方向。
此一光學裝置之其他實例可包含本文中所描述之各種實例之特徵，及特徵之組合或子組合。
鑑於以上揭示內容，下文闡述各種實例。應注意，單獨或組合獲取之一實例之一或多個特徵應被視為在本申請案之揭示內容內。
以下係實例實施例：
實例1係一種裝置，其包括：一半導體基板；一光源，其相對於一層壓軸線以一第一位移偏離該半導體基板；一第一介電質波導，其相對於該層壓軸線以一第二位移偏離該半導體基板，該第二位移大於該第一位移，該第一介電質波導相對於該層壓軸線與該光源之至少一部分重疊，使得光係自該光源絕熱耦合至該第一介電質波導中；及一第二介電質波導，其相對於該層壓軸線以一第三位移偏離該半導體基板，該第三位移大於該第二位移，該第二介電質波導相對於該層壓軸線與該第一介電質波導之至少一部分重疊，使得光係自該第一介電質波導耦合至該第二介電質波導中；且該第二介電質波導包括經組態以在垂直於該層壓軸線之一縱向方向上將光耦合出該第二介電質波導之一邊緣耦合器。
在實例2中，實例1之標的物包含，其中：該第一介電質波導具有相對於該層壓軸線界定之一第一厚度；該第二介電質波導具有相對於該層壓軸線界定之一第二厚度；且該第一厚度比該第二厚度厚。
在實例3中，實例1至2之標的物包含，其中：該第二介電質波導之該邊緣耦合器包括複數個片段，各片段在其於該縱向方向上延伸時在寬度上減小。
在實例4中，實例1至3之標的物包含，其中：該第一介電質波導包括複數個片段，各片段在其於該縱向方向上延伸時在寬度上增加。
在實例5中，實例1至4之標的物包含，其中：該第一介電質波導及該第二介電質波導各自包括氮化矽。
在實例6中，實例1至5之標的物包含，其中：該第三位移比該第二位移大至少1微米。
在實例7中，實例1至6之標的物包含，其中：該第三位移係至少3微米。
在實例8中，實例1至7之標的物包含，其中：該光源包括一混合矽雷射器。
在實例9中，實例8之標的物包含，其中：該混合矽雷射器包括：一III-V族半導體結構；及以該第一位移偏離該半導體基板之矽波導；且該第一介電質波導相對於該層壓軸線與該矽波導之一部分重疊。
在實例10中，實例9之標的物包含，其中：該第一介電質波導及該III-V族半導體結構之一部分係相對於該層壓軸線等距地偏離該半導體基板。
在實例11中，實例1至10之標的物包含，其中：該光源包括一半導體光學放大器。
在實例12中，實例11之標的物包含，其中：該第一介電質波導及該半導體光學放大器之一部分係相對於該層壓軸線等距地偏離該半導體基板。
在實例13中，實例1至12之標的物包含，其中：該裝置包括相對於該層壓軸線堆疊之複數個層。
在實例14中，實例13之標的物包含，其中：該等第一位移、第二位移及第三位移各自包括一絕緣介電材料之一或多個層。
在實例15中，實例1至14之標的物包含，在該縱向方向上經光學地耦合至該邊緣耦合器以接收由該邊緣耦合器輸出耦合之該光之一透鏡。
在實例16中，實例1至15之標的物包含，經光學地耦合至該邊緣耦合器以接收來自該邊緣耦合器之該光之一光纖。
實例17係一種裝置，其包括：一半導體基板；一混合矽雷射器，其相對於一層壓軸線以一第一位移偏離該半導體基板；一第一介電質波導，其包括氮化矽且相對於該層壓軸線以一第二位移偏離該半導體基板，該第二位移係使得該第一介電質波導與該混合矽雷射器相對於垂直於該層壓軸線之一縱向方向至少部分重疊，該第一介電質波導相對於該層壓軸線與該混合矽雷射器之至少一部分重疊，使得光係自該混合矽雷射器絕熱耦合至該第一介電質波導中；及一第二介電質波導，其包括氮化矽且相對於該層壓軸線以一第三位移偏離該半導體基板，該第三位移比該第二位移大至少一微米，該第二介電質波導相對於該層壓軸線與該第一介電質波導之至少一部分重疊，使得光係自該第一介電質波導耦合至該第二介電質波導中；且該第二介電質波導包括經組態以在該縱向方向上將光耦合出該第二介電質波導之一邊緣耦合器。
在實例18中，實例17之標的物包含，其中：該第三位移比該第二位移大至少1微米。
在實例19中，實例17至18之標的物包含，其中：該第三位移係至少3微米。
實例20係一種製造一裝置之方法，該方法包括：在一半導體基板上形成一絕緣介電材料之一或多個層，該等層相對於一層壓軸線堆疊，以界定自該半導體基板之一第一位移；在該第一位移處形成一光源；形成該絕緣介電材料之一或多個進一步層以界定自該半導體基板之一第二位移；在該第二位移處形成一第一介電質波導，該第一介電質波導相對於該層壓軸線與該光源之至少一部分重疊，使得光係自該光源絕熱耦合至該第一介電質波導中；形成該絕緣介電材料之一或多個進一步層以界定自該半導體基板之一第三位移；及在該第三位移處形成一第二介電質波導，該第二介電質波導相對於該層壓軸線與該第一介電質波導之至少一部分重疊，使得光係自該第一介電質波導耦合至該第二介電質波導中；且該第二介電質波導包括經組態以在垂直於該層壓軸線之一縱向方向上將光耦合出該第二介電質波導之一邊緣耦合器。
實例21係至少一種包含指令之機器可讀媒體，該等指令在藉由處理電路執行時，引起該處理電路執行操作以實施實例1至20之任何者。
實例22係一種設備，其包括用以實施實例1至20之任何者之構件。
實例23係一種用以實施實例1至20之任何者之系統。
實例24係一種用以實施實例1至20之任何者之方法。
100:裝置 102:半導體基板 104:絕緣介電材料 106:p型材料 108:作用區 110:n型材料 112:半導體雷射器/混合矽雷射器 114:矽波導 116:上部分 118:下部分 120:第一介電質波導 122:第二介電質波導 124:第一位移 126:第二位移 128:第三位移 130:縱向方向 132:層壓軸線 202:第一絕熱模態耦合器(AMC) 204:第二絕熱模態耦合器(AMC) 206:第三絕熱模態耦合器(AMC) 208:第四絕熱模態耦合器(AMC) 210:邊緣耦合器 302:橫向軸線 304:長度L T0306:長度L TE308:長度L T1310:長度L TM312:長度L 3314:長度L 2316:長度L 1402:上部距離 404:第二厚度 406:中間距離 408:第一厚度 500:方法 502:操作 504:操作 506:操作 508:操作 510:操作 512:方塊
以下描述包含具有藉由本發明之實施例之實施方案之實例給出的繪示之圖之論述。圖式應被理解為作為實例而非限制。如本文中所使用，在至少一些情況中，對一或多個「實例」或「實施例」之引用應被理解為描述包含於本發明標的物之至少一個實施方案中之一特定特徵、結構或特性。因此，在本文中出現之諸如「在一個實例中」、「在一些實例中」、「在一些實施例中」、「在一項實施例中」或「在一替代實施例中」之片語描述本發明標的物之各種實施例及實施方案，且不一定全部係指同一實施例。然而，其等亦不一定互相排斥。為易於識別任何特定元件或動作之論述，一元件符號中之一或多個最高有效數位可指初次引入該元件或動作之圖(「FIG.」)號。
圖1繪示根據一些實例之一裝置之一側視橫截面視圖，其展示裝置之組件自一半導體基板之位移。
圖2繪示根據一些實例之圖1之裝置之側視橫截面視圖，其展示裝置之組件之間的絕熱模態耦合之四個區。
圖3繪示展示根據一些實例之圖1之裝置之第一介電質波導與第二介電質波導的一重疊之一仰視平面圖。
圖4A繪示根據一些實例之穿過圖3之線A-A之圖1的裝置之一前視橫截面視圖。
圖4B繪示根據一些實例之穿過圖3之線B-B之圖1的裝置之一前視橫截面視圖。
圖5繪示展示根據一些實例之製造一裝置之一方法的操作之一流程圖。
下文係特定細節及實施方案之描述，包含圖之一描述，其等可描繪下文描述之一些或所有實施例，以及論述本文中所呈現之發明概念之其他可能實施例或實施方案。下文提供本發明之實施例之一概述，其後接著參考圖式之一更詳細描述。
100:裝置
102:半導體基板
104:絕緣介電材料
106:p型材料
108:作用區
110:n型材料
114:矽波導
116:上部分
118:下部分
120:第一介電質波導
122:第二介電質波導
130:縱向方向
132:層壓軸線
202:第一絕熱模態耦合器(AMC)
204:第二絕熱模態耦合器(AMC)
206:第三絕熱模態耦合器(AMC)
208:第四絕熱模態耦合器(AMC)
210:邊緣耦合器

Claims (20)

  1. 一種裝置，其包括： 一半導體基板； 一光源，其相對於一層壓軸線以一第一位移偏離該半導體基板； 一第一介電質波導，其相對於該層壓軸線以一第二位移偏離該半導體基板，該第二位移大於該第一位移，該第一介電質波導相對於該層壓軸線與該光源之至少一部分重疊，使得光係自該光源絕熱耦合至該第一介電質波導中；及 一第二介電質波導，其相對於該層壓軸線以一第三位移偏離該半導體基板，該第三位移大於該第二位移， 該第二介電質波導相對於該層壓軸線與該第一介電質波導之至少一部分重疊，使得光係自該第一介電質波導耦合至該第二介電質波導中；及 該第二介電質波導包括經組態以在垂直於該層壓軸線之一縱向方向上將光耦合出該第二介電質波導之一邊緣耦合器。
  2. 如請求項1之裝置，其中： 該第一介電質波導具有相對於該層壓軸線界定之一第一厚度；該第二介電質波導具有相對於該層壓軸線界定之一第二厚度；及 該第一厚度比該第二厚度厚。
  3. 如請求項1之裝置，其中： 該第二介電質波導之該邊緣耦合器包括複數個片段，各片段在其於該縱向方向上延伸時在寬度上減小。
  4. 如請求項1之裝置，其中： 該第一介電質波導包括複數個片段，各片段在其於該縱向方向上延伸時在寬度上增加。
  5. 如請求項1之裝置，其中： 該第一介電質波導及該第二介電質波導各自包括氮化矽。
  6. 如請求項1之裝置，其中： 該第三位移比該第二位移大至少1微米。
  7. 如請求項1之裝置，其中： 該第三位移係至少3微米。
  8. 如請求項1之裝置，其中： 該光源包括一混合矽雷射器。
  9. 如請求項8之裝置，其中： 該混合矽雷射器包括： 一III-V族半導體結構；及 以該第一位移偏離該半導體基板之一矽波導；及 該第一介電質波導相對於該層壓軸線與該矽波導之一部分重疊。
  10. 如請求項9之裝置，其中： 該第一介電質波導及該III-V族半導體結構之一部分係相對於該層壓軸線等距地偏離該半導體基板。
  11. 如請求項1之裝置，其中： 該光源包括一半導體光學放大器。
  12. 如請求項11之裝置，其中： 該第一介電質波導及該半導體光學放大器之一部分係相對於該層壓軸線等距地偏離該半導體基板。
  13. 如請求項1之裝置，其中： 該裝置包括相對於該層壓軸線堆疊之複數個層。
  14. 如請求項13之裝置，其中： 該等第一位移、第二位移及第三位移各自包括一絕緣介電材料之一或多個層。
  15. 如請求項1之裝置，其進一步包括： 一透鏡，其在該縱向方向上經光學地耦合至該邊緣耦合器以接收由該邊緣耦合器輸出耦合之該光。
  16. 如請求項1之裝置，其進一步包括： 一光纖，其經光學地耦合至該邊緣耦合器以接收來自該邊緣耦合器之該光。
  17. 一種裝置，其包括： 一半導體基板； 一混合矽雷射器，其相對於一層壓軸線以一第一位移偏離該半導體基板； 一第一介電質波導，其包括氮化矽且相對於該層壓軸線以一第二位移偏離該半導體基板，該第二位移係使得該第一介電質波導與該混合矽雷射器相對於垂直於該層壓軸線之一縱向方向至少部分重疊，該第一介電質波導相對於該層壓軸線與該混合矽雷射器之至少一部分重疊，使得光係自該混合矽雷射器絕熱耦合至該第一介電質波導中；及 一第二介電質波導，其包括氮化矽且相對於該層壓軸線以一第三位移偏離該半導體基板，該第三位移比該第二位移大至少一微米， 該第二介電質波導相對於該層壓軸線與該第一介電質波導之至少一部分重疊，使得光係自該第一介電質波導耦合至該第二介電質波導中；及 該第二介電質波導包括經組態以在該縱向方向上將光耦合出該第二介電質波導之一邊緣耦合器。
  18. 如請求項17之裝置，其中： 該第三位移比該第二位移大至少1微米。
  19. 如請求項17之裝置，其中： 該第三位移係至少3微米。
  20. 一種製造一裝置之方法，該方法包括： 在一半導體基板上形成一絕緣介電材料之一或多個層，該等層相對於一層壓軸線堆疊，以界定自該半導體基板之一第一位移； 在該第一位移處形成一光源； 形成該絕緣介電材料之一或多個進一步層以界定自該半導體基板之一第二位移； 在該第二位移處形成一第一介電質波導，該第一介電質波導相對於該層壓軸線與該光源之至少一部分重疊，使得光係自該光源絕熱耦合至該第一介電質波導中； 形成該絕緣介電材料之一或多個進一步層以界定自該半導體基板之一第三位移；及 在該第三位移處形成一第二介電質波導， 該第二介電質波導相對於該層壓軸線與該第一介電質波導之至少一部分重疊，使得光係自該第一介電質波導耦合至該第二介電質波導中；及 該第二介電質波導包括經組態以在垂直於該層壓軸線之一縱向方向上將光耦合出該第二介電質波導之一邊緣耦合器。
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