本申請涉及半導(dǎo)體，尤其涉及一種懸臂梁型耦合器的制備方法、光子芯片及光計算設(shè)備。

背景技術(shù)：

1、目前，光子芯片上的波導(dǎo)的模斑尺寸與外部光學(xué)元件(例如光纖)的模斑尺寸之間相差較大。一般地，波導(dǎo)的模斑尺寸要比光纖的模斑尺寸小很多，兩者匹配度較差。為了提高光子芯片上的波導(dǎo)與外部光學(xué)元件之間的光耦合效率，可使用邊緣耦合器(edgecoupler，或稱端面耦合器)來增加波導(dǎo)的模斑尺寸從而提高兩者模斑尺寸的匹配度。

2、為了避免在增加波導(dǎo)的模斑尺寸時光損失到襯底，有人提出懸臂梁型邊緣耦合器(cantilever?coupler)，其主要思路是將用于光耦合的波導(dǎo)下方的襯底通過刻蝕工藝刻蝕掉，形成空腔，這樣，波導(dǎo)中的光場就不再泄露到襯底，也就降低了光損失。

3、然而，利用現(xiàn)有的制備工藝制備的懸臂梁型邊緣耦合器要么存在性能差、要么存在機(jī)械穩(wěn)定性差的問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、鑒于上述問題，提出了本申請以提供一種解決上述問題或至少部分地解決上述問題的懸臂梁型耦合器的制備方法、光子芯片及光計算設(shè)備。

2、于是，在本申請的一個實施例中，提供了一種懸臂梁型耦合器的制備方法，包括：

3、提供襯底；

4、在所述襯底上形成波導(dǎo)層；

5、圖形化所述波導(dǎo)層，以形成波導(dǎo)和位于所述波導(dǎo)兩側(cè)且與所述波導(dǎo)連接的錨定部；所述波導(dǎo)與所述錨定部之間設(shè)有開口；所述波導(dǎo)中內(nèi)置有倒錐形波導(dǎo)結(jié)構(gòu)；

6、利用各向異性刻蝕工藝，通過所述開口對所述襯底進(jìn)行刻蝕，在所述襯底上形成溝槽；

7、利用各向同性刻蝕工藝，通過所述開口和所述溝槽對所述襯底進(jìn)行刻蝕，以在所述波導(dǎo)下方形成空腔。

8、在本申請的另一個實施例中，提供一種光子芯片，包括由上述制備方法制備的懸臂梁型耦合器。

9、在本申請的另一個實施例中，提供一種光計算設(shè)備，包括：上述光子芯片。

10、通過研究發(fā)現(xiàn)，懸臂梁型邊緣耦合器的空腔寬度和空腔深度是影響其性能以及結(jié)構(gòu)機(jī)械穩(wěn)定性的重要因素。在制備工藝中，能否靈活地、精確地調(diào)控空腔的寬度和深度對于提高懸臂梁型邊緣耦合器分器件性能和結(jié)構(gòu)機(jī)械穩(wěn)定性至關(guān)重要。本申請實施例提供的技術(shù)方案中，在制備波導(dǎo)下方的空腔時，先通過波導(dǎo)層中的開口(或稱刻蝕孔)對襯底進(jìn)行各向異性刻蝕，形成溝槽，再通過波導(dǎo)層中的開口和溝槽對襯底進(jìn)行各向同性刻蝕，形成空腔，該空腔的寬度可由各向同性刻蝕工藝的工藝時長來精確控制，該空腔的深度可以理解為溝槽的深度與各向同性刻蝕工藝刻蝕的深度之和，雖然各向同性刻蝕工藝刻蝕的深度與該空腔的寬度保持聯(lián)動，但是，溝槽的深度可通過各向異性刻蝕工藝的工藝時長來精確調(diào)控，也就是說，該空腔的深度也能夠精確控制。可見，本申請實施例提供的技術(shù)方案能夠在制備過程中，靈活地、精確地調(diào)控空腔的寬度和深度，有助于提高懸臂梁型邊緣耦合器的器件性能和結(jié)構(gòu)機(jī)械穩(wěn)定性。

技術(shù)特征：

1.一種懸臂梁型耦合器的制備方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，圖形化所述波導(dǎo)層，以形成波導(dǎo)和位于所述波導(dǎo)兩側(cè)且與所述波導(dǎo)連接的錨定部，包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，在所述通過刻蝕工藝，將圖形化的所述硬掩摸層的圖形轉(zhuǎn)移到所述波導(dǎo)層之后且在所述利用各向異性刻蝕工藝，通過所述開口對所述襯底進(jìn)行刻蝕之前，所述方法，還包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，在圖像化的所述掩摸層上沉積側(cè)壁掩摸層，包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，在所述利用各向同性刻蝕工藝，通過所述開口和所述溝槽對所述襯底進(jìn)行刻蝕，以在所述波導(dǎo)下方形成空腔之后，所述方法，還包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的方法，其特征在于，所述襯底包括絕緣體上硅襯底；所述絕緣體上硅襯底包括背襯底、頂層硅以及位于所述背襯底和所述頂層硅之間的埋氧化層；

7.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的方法，其特征在于，所述懸臂梁型耦合器包括懸臂波導(dǎo)，所述懸臂波導(dǎo)通過切割所述波導(dǎo)得到，所述懸臂波導(dǎo)上的通過所述切割形成的切割端面用于與外部光學(xué)元件進(jìn)行光學(xué)耦合，所述倒錐形波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的寬度沿遠(yuǎn)離所述切割端面的方向逐漸增大。

8.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的方法，其特征在于，所述利用各向同性刻蝕工藝，通過所述開口和所述溝槽對所述襯底進(jìn)行刻蝕，以在所述波導(dǎo)下方形成空腔，包括：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，利用各向異性刻蝕工藝，通過所述開口對所述襯底進(jìn)行刻蝕，在所述襯底上形成溝槽，包括：

10.一種光子芯片，其特征在于，包括由上述權(quán)利要求1至9中任一項所述的制備方法制備的懸臂梁型耦合器。

11.一種光計算設(shè)備，其特征在于，包括：上述權(quán)利要求10所述的光子芯片。

技術(shù)總結(jié)
本申請實施例提供一種懸臂梁型耦合器的制備方法、光子芯片及光計算設(shè)備。其中，方法包括如下的步驟：提供襯底；在所述襯底上形成波導(dǎo)層；圖形化所述波導(dǎo)層，以形成波導(dǎo)和位于所述波導(dǎo)兩側(cè)且與所述波導(dǎo)連接的錨定部；所述波導(dǎo)與所述錨定部之間設(shè)有開口；所述波導(dǎo)中內(nèi)置有倒錐形波導(dǎo)結(jié)構(gòu)；利用各向異性刻蝕工藝，通過所述開口對所述襯底進(jìn)行刻蝕，在所述襯底上形成溝槽；利用各向同性刻蝕工藝，通過所述開口和所述溝槽對所述襯底進(jìn)行刻蝕，以在所述波導(dǎo)下方形成空腔。本申請實施例提供的技術(shù)方案能夠在制備過程中，靈活地、精確地調(diào)控空腔的寬度和深度，有助于提高懸臂梁型邊緣耦合器的器件性能和結(jié)構(gòu)機(jī)械穩(wěn)定性。

技術(shù)研發(fā)人員：孟懷宇,沈亦晨,朱軒廷,于山山
受保護(hù)的技術(shù)使用者：杭州光智元科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19