專利名稱：反射光學光柵臺階的擴展的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及光學設備，更具體而言涉及通信應用中使用的光學 設備。
背景技術：
通信應用中使用的光學設備常常具有定位于基座上的光傳輸介質(zhì)。常常在光傳輸介質(zhì)中形成用于分離不同波長光信號的光柵。也可以在光傳輸介質(zhì)中界定用于引導光信號的波導。光傳輸介質(zhì)一般包括波導和光柵之間的自由傳播區(qū)域。在這些光學設備工作期間，波導的一部分將光信號運送到光傳輸介質(zhì)的自由傳播區(qū)域。光信號通過自由傳播區(qū)域行進到光柵。光柵包括反射表面，將接收的光信號反射回自由傳播區(qū)域中。光信號被反射，使得不同波長的光信號在其通過自由傳播區(qū)域行進時分離。波導的另一部分從自由傳播區(qū)域接收分離的光信號并將分離的光信號運送離開光柵。這些光柵與高到不希望有的水平的光損耗和/或取決于偏振的損耗相關聯(lián)。結(jié)果，需要改進的光柵。

發(fā)明內(nèi)容
—種光學設備包括位于基座上的光傳輸介質(zhì)。光傳輸介質(zhì)至少部分地界定光信號通過其行進的自由傳播區(qū)域。反射光柵包括帶臺階的反射表面，定位反射表面使得通過自由傳播區(qū)域行進的光信號被反射表面接收。配置反射表面以將光信號反射回自由傳播區(qū)域中，使得與不同波長相關聯(lián)的光信號在光信號通過自由傳播區(qū)域行進時分離。反射表面的至少一部分每個均包括重疊區(qū)域。此外，反射表面的至少一部分每個均包括被重疊區(qū)域和未被重疊區(qū)域。配置反射光柵，使得光信號在光信號被反射之前向被重疊區(qū)域和未被重疊區(qū)域行進。定位未被重疊區(qū)域，使得未被重疊區(qū)域接收光信號，但在被重疊區(qū)域和光信號之間定位重疊區(qū)域，使得重疊區(qū)域在被重疊區(qū)域能夠接收光信號之前接收光信號。


圖IA到圖IC圖示出了包括輸入波導的光學設備，輸入波導被配置成向光柵運送多個光信號。光柵被配置成對光信號解多路復用。該設備包括輸出波導，將其配置成運送解多路復用的光信號離開光柵。圖IA是設備的頂視圖。圖IB是圖IA所示設備沿標記為B的線截取的截面。圖IC是圖IB所示設備沿標記為C的線截取的截面。
圖ID圖示出了光柵中包括的反射表面結(jié)構(gòu)。圖IE標記了根據(jù)圖IA到圖ID構(gòu)造的反射表面的各種尺寸。圖IF標記了根據(jù)圖IA到圖ID構(gòu)造的反射表面的另一實施例。圖IG圖示出了形成于圖IA到圖IE的光學設備上的一個或多個次級包層。圖2A到圖2C圖示出了波導和光柵形成于其上的設備前體的一部分。在設備前體上形成第一掩模。第一掩模暴露設備前體的凹陷區(qū)域和設備前體的溝槽區(qū)域。圖2A是設備前體的頂視圖。圖2B是圖2A中所示設備前體沿圖2A中標記為B的線截取的截面。圖2C是圖2A中所示設備前體沿圖2C中標記為C的線截取的截面。圖3A到圖3C圖示出了圖2A到圖2C的設備前體上的第一掩模上方形成的第二掩模。圖3A是設備前體的頂視圖。圖3B是圖3A中所示設備前體沿圖3A中標記為B的線截取的截面。圖3C是圖3A中所示設備前體沿圖3C中標記為C的線截取的截面。圖4A到圖4C圖示出了在移除第二掩模之后在圖3A到圖3C的設備前體上形成第三掩模。圖4A是該設備前體的頂視圖。圖4B是圖4A中所示設備前體沿圖4A中標記為B的線截取的截面。圖4C是圖4A中所示設備前體沿圖4C中標記為C的線截取的截面。圖5A到圖5C圖示出了在移除第三掩模和第一掩模之后在圖4A到圖4C的設備前體上形成包層。圖5A是該設備前體的頂視圖。圖5B是圖5A中所示設備前體沿圖5A中標記為B的線截取的截面。圖5C是圖5A中所示設備前體沿圖5C中標記為C的線截取的截面。圖6A到圖6C圖示出了形成于圖5A到圖5C的設備前體上的反射層。圖6A是該設備前體的頂視圖。圖6B是圖6A中所示設備前體沿圖6A中標記為B的線截取的截面。圖6C是圖6A中所示設備前體沿圖6C中標記為C的線截取的截面。
具體實施例方式光學設備包括位于基座上的光柵和光傳輸介質(zhì)。在光傳輸介質(zhì)中界定波導和自由傳播區(qū)域，使得自由傳播區(qū)域位于波導和光柵之間。在光學設備工作期間，波導的一部分將光信號運送到光傳輸介質(zhì)的自由傳播區(qū)域。光信號通過自由傳播區(qū)域行進到光柵。光柵包括一系列帶臺階的反射表面，其每個都將接收的光信號反射回自由傳播區(qū)域中。光信號被反射，使得不同波長的光信號在其通過自由傳播區(qū)域行進時分離。波導的另一部分從自由傳播區(qū)域接收分離的光信號并將分離的光信號運送離開光柵。在某些情況下，配置帶臺階的反射表面，使得反射表面的一部分均與反射表面的另一個重疊。例如反射表面的至少一部分能夠均包括位于反射表面的另一個和一個或多個輸入波導之間的重疊部分。結(jié)果，反射表面的重疊部分接收光信號，而不是反射表面的被重疊部分接收光信號。因此，反射表面的被重疊部分在光柵工作期間將不會接收光信號?，F(xiàn)有技術反射光柵中每對帶臺階的反射表面都由陰影表面連接。在制造過程期間使用蝕刻造成反射表面和陰影表面之間的交點被抹圓。在反射光柵工作期間，這些抹圓交點可能入射光信號。抹圓的交點導致光沿不希望方向被反射。結(jié)果，抹圓的形狀充當了這些光柵中光損耗和取決于偏振的損耗的源。當前的反射光柵消除了接收光信號的抹圓交點的至少一部分。例如，在當前的反射光柵中，光信號并非入射在反射表面和陰影表面之間的交點上，光信號可以入射在反射表面的被重疊部分和反射表面其余部分之間的界面上?？梢詷?gòu)造這個界面，使得反射表面的被重疊部分具有從反射表面其余部分的輪廓線繼續(xù)的輪廓線。相對于現(xiàn)有技術的反射光柵，這種連續(xù)的輪廓線減少了反射光柵中光損耗和/或取決于偏振的損耗的水平。光柵任選地包括反射層，其將光信號反射回自由傳播區(qū)域中。適當?shù)姆瓷鋵影ń饘佟Ｓ捎谥圃爝@些設備的過程中的不精確性，將這種金屬的一部分定位在光傳輸介質(zhì)的自由傳播區(qū)域頂部。自由傳播區(qū)域頂部的金屬從自由傳播區(qū)域吸收光，因此是光學設備光損耗的源。此外，由于這種光損耗通過自由傳播區(qū)域的頂部，所以這種損耗是取決于偏振的損耗(PDL)的源。為了減少這種光損耗，當前的光學設備任選地包括自由傳播區(qū)域頂部和自由傳播區(qū)域頂部金屬一部分之間的緩沖層。由于光信號入射到緩沖層這個部分上的角度的原因，緩沖層的這個部分充當著波導包層，并且能夠相應地減少光信號與自由傳播區(qū)域頂部金屬的交互作用。結(jié)果，緩沖層的這個部分減少了來自自由傳播區(qū)域的光吸收，并且能夠相應地減少與光學設備相關聯(lián)的取決于偏振的光損耗?！DIA到圖ID圖示出了一種光學設備。圖IA是該設備的頂視圖。圖IB是圖IA中所示設備沿標記為B的線截取的截面。圖IC是圖IB所示的設備沿標記為C的線截取的截面。圖ID圖示出了光學設備上光柵包括的反射表面的結(jié)構(gòu)。該設備處于稱為平面光學設備的光學設備類別之內(nèi)。這些設備典型地包括相對于襯底或基座靜止不動的一個或多個波導。光信號沿波導的傳播方向一般平行于設備的平面。設備平面的示例包括基座的頂側(cè)，基座的底側(cè)，襯底的頂側(cè)和/或襯底的底側(cè)。圖示出的設備包括從頂側(cè)14延伸到底側(cè)16的橫向側(cè)面12 (或邊緣)。光信號沿平面光學設備上的波導長度的傳播方向一般通過設備的橫向側(cè)面12延伸。設備的頂側(cè)14和底側(cè)16是非橫向側(cè)面。該設備包括定位于基座20上的光傳輸介質(zhì)18?；?0與光傳輸介質(zhì)18相鄰的部分被配置成將來自光傳輸介質(zhì)18的光信號反射回光傳輸介質(zhì)中，以便將光信號約束在光傳輸介質(zhì)18中。例如,基座20與光傳輸介質(zhì)18相鄰的部分可以是光學絕緣體22,其具有比光傳輸介質(zhì)18低的折射率。折射率指數(shù)的下降可能導致來自光傳輸介質(zhì)18的光信號反射回光傳輸介質(zhì)18中。適當?shù)墓鈧鬏斀橘|(zhì)包括，但不限于娃、聚合物、二氧化娃、SiN、GaAs、InP 和 LiNbO3?；?0可以包括位于襯底24上的光學絕緣體22。從下文將顯而易見的是，可以配置襯底24以透射光信號。例如，可以用與光傳輸介質(zhì)18不同或與光傳輸介質(zhì)18相同的第二光傳輸介質(zhì)構(gòu)造襯底24。圖示出的設備被構(gòu)造在絕緣體上硅晶片上。絕緣體上硅晶片包括充當光傳輸介質(zhì)18的娃層。絕緣體上娃晶片還包括位于娃襯底24上的二氧化娃層。二氧化硅層可以充當光學絕緣體22，并且硅襯底24可以充當襯底24。該設備包括波導26。延伸到光傳輸介質(zhì)18中一部分的溝槽28均包括一個或多個波導表面30。每個波導表面30都界定脊32，其界定波導26的一部分。例如，脊32和基座20界定光信號運送區(qū)域的一部分，其中光信號被約束在每個波導26之內(nèi)。當在絕緣體上硅晶片上構(gòu)造該設備時，充當絕緣體22的二氧化硅的折射率指數(shù)小于硅光傳輸介質(zhì)18的折射率指數(shù)。減小的折射率指數(shù)防止光信號從硅進入襯底24中。設備上的不同波導26可以具有不同尺寸或相同尺寸。第一包層33位于波導上。第一包層33可以具有比光傳輸介質(zhì)18更低的折射率指數(shù)。折射率指數(shù)的下降可能導致來自光傳輸介質(zhì)18的光信號反射回光傳輸介質(zhì)18中。如果外來物質(zhì)，例如灰塵或來自設備制造的材料能夠直接接觸光傳輸介質(zhì)18，這些外來物質(zhì)可能是波導中光損耗的源。結(jié)果，第一包層33可以保護波導并能夠減少與這些外來物質(zhì)相關聯(lián)的光損耗。適當?shù)陌鼘?3包括,但不限于娃、聚合物、二氧化娃、SiN、GaAs> InP和LiNb03。在某些情況下，第一包層33材料與光學絕緣體22是相同材料。例如，光學絕緣體22和第一包層33都可以是二氧化娃。該設備包括諸如反射光柵的光柵34。波導26的第一部分充當輸入波導,輸入波導被配置成向光柵34運送包括多個光信號的光束。波導26的第二部分充當輸出波導,其被配置成從光柵34運送光信號。波導26的第一部分可以包括一個或多個波導，并且波導26 的第二部分可以包括一個或多個波導。光柵34被配置成從一個或多個輸入波導接收包括多路復用光信號的光束。光柵34對光信號解多路復用，從而使得在不同的輸出波導處接收不同的光信號。可以構(gòu)造該設備，使得在每個輸出波導處僅接收解多路復用光信號之一，或使得在在一個或多個輸出波導處接收超過一個解多路復用光信號。適當?shù)墓鈻?4包括，但不限于反射光柵。反射光柵的特定示例是中階梯光柵。圖示出的光柵34是中階梯光柵。光柵包括自由傳播區(qū)域40和光柵凹陷42。光柵凹陷42部分由包括在光傳輸介質(zhì)18中界定的入射表面44的表面界定。例如，光學設備可以包括延伸到光傳輸介質(zhì)18中的光柵凹陷42。在設備工作期間，來自輸入波導的射束進入自由傳播區(qū)域40。射束包括多個光信號。在圖IA中將光通過自由傳播區(qū)域40的路徑圖示為虛線，以便區(qū)分來自該設備其他特征的光。光信號通過自由傳播區(qū)域40行進并入射到入射表面44上。由于可以通過入射表面44傳輸光信號,所以入射表面44充當自由傳播區(qū)域的小面。光柵凹陷任選地包括入射表面44和反射層46之間的緩沖層45。在圖IA中，緩沖層45、入射表面44和反射層46之間關系的細節(jié)不明顯，但可以容易從圖IB和圖ID中看出。入射到入射表面44的光信號通過入射表面44傳輸，然后通過緩沖層45行進，并被反射層46的表面反射，如圖IB和圖ID中的箭頭所示。中階梯光柵反射光信號處的表面包括一系列帶臺階的反射表面47。在某些情況下，如圖IB所示，反射表面47基本垂直于基座。反射表面47是反射層46的表面，并且在反射層46和緩沖層45的界面處。反射層46的適當材料包括，但不限于電介質(zhì)和諸如Al和Au的金屬。配置反射表面47，使得不同波長的光在其離開反射層46行進時分離。因此，中階梯光柵將離開反射層46的光束解多路復用成個體光信號或信道。在輸出波導處接收信道。圖IA圖示出了輸出波導，配置其從而使得在輸出波導的不同一個上接收每個信道。圖ID圖不出了光柵中包括的反射表面47的結(jié)構(gòu)。反射表面47均包括主反射表面48。盡管主反射表面48被圖示為基本平坦，但主反射表面48可以是曲線，諸如橢圓形曲線。從圖ID明顯看出，主反射表面48是被設計成反射光信號以使得光信號分離的表面。圖IE示出了光柵上不同表面之間關系的細節(jié)。盡管圖IE中示出了反射表面，但未示出緩沖層45和反射層46以便簡化附圖。圖示的主反射表面48均具有被重疊區(qū)域和重疊區(qū)域。圖IE中將主反射表面48之一的被重疊區(qū)域的寬度標記為OLPD。圖IE中將主反射表面48之一的重疊區(qū)域的寬度標記為OLPG。主反射表面48的重疊區(qū)域位于入射的光信號和另一主反射表面48的被重疊區(qū)域之間。結(jié)果，主反射表面48的重疊區(qū)域接收光信號并防止另一反射表面的被重疊區(qū)域接收光信號。因此，主反射表面48的被重疊區(qū)域不接收光信號，而是主反射表面48的未被重疊區(qū)域接收光信號。圖IE中將主反射表面48之一的未被重疊區(qū)域的寬度標記為UOR。從圖ID和圖IE中顯然看出，主反射表面48的未被重疊區(qū)域可以包括主反射表面48的重疊區(qū)域。在某些情況下，主反射表面48的被重疊區(qū)域的輪廓線與主反射表面48其余部分的輪廓線是連續(xù)的。例如，在某些情況下，在主反射表面48的其余部分基本平坦時，主反射表面48的被重疊區(qū)域基本平坦。作為另一示例，在某些情況下，在主反 射表面48的其余部分基本為橢圓形時，主反射表面48的被重疊區(qū)域基本為橢圓形。此外或替代地，在某些情況下，主反射表面48的重疊區(qū)域的輪廓線與主反射表面48其余部分的輪廓線是連續(xù)的。例如，在某些情況下，在主反射表面48的其余部分基本平坦時，主反射表面48的重疊區(qū)域基本平坦。作為另一示例，在某些情況下，在主反射表面48的其余部分基本為橢圓形時，主反射表面48的被重疊區(qū)域基本為橢圓形。主反射表面48的至少一部分均包括被重疊區(qū)域，并且主反射表面48的至少一部分均包括重疊區(qū)域。例如，在將圖ID或圖IE中所圖示的主反射表面48的布置擴展到諸如圖IA的光柵的光柵時，主反射表面48中除掉一個之外全部都包括被重疊區(qū)域，并且主反射表面48中除掉一個之外全部都包括重疊區(qū)域。陰影表面49被直接連接到圖IE和圖ID中所示的每個主反射表面48。光信號將與這些陰影表面49具有一些交互作用。這些陰影表面49上的反射層46能夠吸收入射光信號，并且因此是光學設備光損耗的源。然而，一個或多個次表面50能夠?qū)⒅鞣瓷浔砻?8連接到陰影表面49。次表面50位于主反射表面48后方，因此光信號不與次表面50交互作用。例如，主反射表面48位于輸入波導和次表面50之間。圖ID和圖IE不出了位于主反射表面48之間的次表面50。從圖ID和圖IE中明顯看出，使用次反射表面將主反射表面48連接到陰影表面49能夠減小陰影表面49的長度(圖IE中標記為W)。陰影表面49的長度減小減少了光信號與陰影表面49的交互作用，并且因此降低了與陰影表面49相關聯(lián)的光損耗水平。在圖IE中將陰影表面49和主反射表面48之間的角度標記為Φ。隨著角度Φ減小，主反射表面48和陰影表面49之間的點變得更尖銳。在下文中將顯而易見，這些設備的制造過程典型地包括蝕刻表面，諸如主反射表面48和陰影表面49。這些刻蝕過程的局限導致尖銳的點變成圓的。結(jié)果，隨著角度Φ減小，主反射表面48和陰影表面49之間的交點變得更圓。因為光信號從這個交點反射開。這個交點的抹圓導致光信號將沿非期望方向反射，并且因此是光損耗的源。因此，角度Φ的增大可能與光損耗水平減小相關聯(lián)。結(jié)果，在某些情況下，為了在主反射表面和關聯(lián)陰影表面之間產(chǎn)生基本尖銳，而不是圓形的交點，可以選擇每個均與特定主反射表面48相關聯(lián)的角度Φ的至少一部分，使得陰影表面49基本平行于光信號在主反射表面48與關聯(lián)陰影表面49相交的位置入射在主反射表面48上的方向。與不同主反射表面48相關聯(lián)的角度Φ可能是不同的。
上文討論的表面交點的抹圓可能導致次表面50和陰影表面49和/或陰影表面49和主反射表面形成單個表面，如圖IF所示。主反射表面48后方的單個曲線類似于上文公開的次表面50。單個表面然后混合到第二主反射表面48的被重疊區(qū)域中?？梢栽谌缦乱饬x上將第二主反射表面48的被重疊區(qū)域與單個表面區(qū)分其中第二主反射表面48的被重疊區(qū)域循著第二主反射表面48其余部分的輪廓線，而單個表面不那樣。圖IE中將主反射表面48之一的被重疊區(qū)域的寬度標記為0LPD。在某些情況下，光柵中被重疊區(qū)域的至少一部分寬度大于O. 2 μ m、0. 5 μ m或I μ m和/或小于I. 5 μ m、2 μ m或3μπι。圖IE中將主反射表面48之一的重疊區(qū)域的寬度標記為0LPG。重疊區(qū)域的寬度可以與這些關聯(lián)被重疊區(qū)域的寬度相同或不同。在某些情況下，光柵中重疊區(qū)域的至少一部分寬度大于O. 2μηι、1μηι或2μηι和/或小于3μηι、4μηι*5μηι。主反射表面48的寬度在圖IE中標記為L。在某些情況下，主反射表面48的至少一部分寬度大于I μ m、2 μ m或
3μ m和/或小于4μ m、8 μ m或10 μ m。這些尺寸能夠提供具有以上臺階形狀優(yōu)點的光柵。圖IE中將陰影表面49的寬度標記為W。在某些情況下，陰影表面的至少一部分寬·度大于O. 2、I或2和/或小于3、4或5。在某些情況下，主反射表面的至少一部分具有分離(圖IE中標記為D)大于1、2或4和/或小于6、8或10。在某些情況下，構(gòu)造陰影表面的至少一部分，使得陰影表面的寬度(圖IE中標記為W)小于相鄰主反射表面48之間距離(圖IE中標記為D)的50%,40%或30%ο從圖IA和圖ID明顯看出，主反射表面是被設計成反射光信號以使得光信號分離的表面。反射層46位于主反射表面48上,但也可以位于陰影表面49上。緩沖層45的一部分位于入射表面44和陰影表面49上反射層46該部分之間。由于光信號入射到緩沖層45這個部分上的角度的原因，緩沖層45的這個部分充當著波導包層，并且相應地減少光信號與陰影表面49上金屬的交互作用。結(jié)果，緩沖層45的這個部分減少了來自自由傳播區(qū)域的光吸收，并且進一步減少與光學設備相關聯(lián)的光損耗。從圖IB明顯看出，反射層46的上部位于光傳輸介質(zhì)18上方。例如，定位反射層46的一部分,使得光傳輸介質(zhì)18介于基座20和反射層46之間。此外，自由傳播區(qū)域的一部分介于基座20和反射層46之間。然而，緩沖層45位于反射層上部和光傳輸介質(zhì)18之間。結(jié)果，自由傳播區(qū)域中的光信號未直接暴露于反射層46上部。因此，減少了與這些光信號暴露于反射層46上部相關聯(lián)的光吸收。緩沖層45可以是與第一包層33不同的材料或可以是與第一包層33相同的材料。反射層46和入射表面44之間的緩沖層45厚度能夠影響反射表面處的反射率。反射層46和入射表面44之間緩沖層45的適當厚度包括,但不限于大于5nm或IOnm或15nm和/或小于50nm、IOOnm或IOOOnm的厚度。緩沖層45上部(光傳輸介質(zhì)18頂部和反射層46上部之間的緩沖層部分)的厚度可能影響由反射層46上部吸收光信號的量。例如，減小緩沖層45上部的厚度能夠增大光信號吸收。緩沖層45上部的適當厚度包括，但不限于大于5nm或IOnm或15nm和/或小于50nm、IOOnm或IOOOnm的厚度。緩沖層45可以具有比光傳輸介質(zhì)18的折射率指數(shù)更小的折射率指數(shù)。結(jié)果，緩沖層45的上部能夠充當波導包層或自由傳播區(qū)域的包層，其減少光損耗。因此，在某些情況下，第一包層33充當緩沖層45，并且與緩沖層是連續(xù)的。例如，緩沖層33能夠從自由傳播區(qū)域上方延伸到光柵凹陷42中，使得緩沖層33位于反射層46和入射表面44之間。使用第一包層33作為緩沖層通過允許在單個步驟中將同時形成緩沖層45和第一包層33，減少了制造光學設備所需的步驟數(shù)量。在一個示例中，緩沖層45、絕緣體22和第一包層33每個均由同樣材料制成。例如，緩沖層45、絕緣體22和第一包層33均可以是二氧化硅?？梢匀芜x地在圖IA到圖IF中圖示出的光學設備部分上形成一個或多個次級包層。例如，圖IG圖示出了形成于圖IA到圖IE的光學設備上方的次級包層。具體而言，圖IG示出了形成于圖IB和圖IC所圖示光學設備部分上方的次級包層。次級包層的示例包括二氧化硅和氮化硅。在一個示例中，一個或多個次級包層包括二氧化硅層和氮化硅層。二氧化娃層可以介于光學設備和氮化二氧化娃(silicon nitride)層之間。在一種情況下，二氧化硅層和氮化硅層均大約為I微米厚。如上所述，緩沖層45是任選的。在排除緩沖層45情況下，入射到入射表面44上的光信號通過入射表面44透射并被反射層46的表面反射。反射層46也是任選的。在排除反射層46和緩沖層45的情況下，由于入射表面44和光柵凹陷中介質(zhì)之間界面處折射率 指數(shù)下降，入射到入射表面44上的光信號可能被入射表面反射。替換地，在排除反射層46的情況下，入射到入射表面44上的光信號通過入射表面44透射，并且然后通過緩沖層45行進并被緩沖層45和光柵凹陷中介質(zhì)之間界面處折射率指數(shù)的下降反射。光柵凹陷中適當介質(zhì)的示例包括設備所處的大氣，諸如環(huán)境空氣。圖2A到4C圖示出了形成根據(jù)圖IA到IC的光學設備的方法，但其中第一包層33充當緩沖層45并與緩沖層45是連續(xù)的。在絕緣體上硅芯片的一部分上圖示出了該方法；然而，也可以使用其他平臺、芯片和/或晶片執(zhí)行該方法。因此，芯片和/或晶片能夠充當設備前體。該方法采用了 2009年I月16日提交的題為“Optical Component Having FeaturesExtending Different Depths into a Light Transmitting Medium”的美國專利申請序號為12/321，368中描述的波導26和光柵34間的自對準，將其全文并入本文。圖2A到圖2C圖示出了在其上形成波導26和光柵34的設備前體的部分。圖2A是該設備前體的頂視圖。圖2B是圖2A中所示設備前體沿圖2A中標記為B的線截取的截面。圖2C是圖2A中所示設備前體沿圖2C中標記為C的線截取的截面。在設備前體上形成第一掩模60。第一掩模60暴露出設備前體的光柵凹陷區(qū)域和設備前體的溝槽區(qū)域64。光柵凹陷區(qū)域62是要形成光柵凹陷42的設備前體區(qū)域。溝槽區(qū)域64是要形成溝槽28的光傳輸介質(zhì)18的區(qū)域。第一掩模60還保護設備前體的自由傳播區(qū)域40。自由傳播區(qū)域40跨越溝槽區(qū)域64和光柵凹陷區(qū)域62之間的間隙。從下文將顯而易見的是，相繼蝕刻波導表面30和入射表面44。然而,第一掩模60將界定波導表面30和入射表面44的位置。由于單個掩模界定波導26和光柵34的位置,所以將存在于第一掩模60上的波導26和光柵的對準傳遞到最終的設備。適當?shù)牡谝谎谀?0包括，但不限于硬掩模，諸如二氧化硅掩模?？梢酝ㄟ^在設備前體頂側(cè)上熱生長二氧化硅，接著在二氧化硅上形成光刻膠來在設備前體上形成二氧化硅掩模。可以將光刻膠形成為具有二氧化硅期望的圖案。然后可以蝕刻設備前體，并移除光刻膠以提供圖案化二氧化硅，其充當?shù)谝谎谀?0。適當?shù)奈g刻包括，但不限于干法或濕法蝕刻以及各向同性或各向異性蝕刻。如圖3A到圖3C所示，在圖2A到圖2C的設備前體上形成第二掩模68。圖3A是該設備前體的頂視圖。圖3B是圖3A中所示設備前體沿圖3A中標記為B的線截取的截面。圖3C是圖3A中所示設備前體沿圖3C中標記為C的線截取的截面。從圖3A到圖3C明顯可以看出，第二掩模68保護設備前體的光柵凹陷區(qū)域62，同時暴露溝槽區(qū)域64。在形成第二掩模68期間，第一掩模60在設備前體上保持不動。結(jié)果，原來受到第一掩模60保護的設備前體的區(qū)域保持受到第一掩模60保護。此外，形成第二掩模68，使得第一掩模60繼續(xù)界定溝槽區(qū)域64的位置。從圖3B明顯可看出，第二掩模68的至少一部分位于第一掩模60上方。在形成第二掩模68之后，通過將設備前體蝕刻到溝槽28期望的深度來形成波導表面30。例如，可以蝕刻設備前體，以便提供圖3A到圖3C中所示的設備前體。從圖3C中最明顯看出，蝕刻形成溝槽28，并相應地界定設備前體上的波導26位置。由于第一掩模60界定這些溝槽28的位置，所以第一掩模60界定波導26的位置。適當?shù)奈g刻包括，但不限于干法或濕法蝕刻以及各向同性或各向異性蝕刻。移除第二掩模68。在移除第二掩模68之后，如圖4A到圖4C所示，在設備前體上形成第三掩模70。圖4A是該設備前體的頂視圖。圖4B是圖4A中所示設備前體沿圖4A中·標記為B的線截取的截面。圖4C是圖4A中所示設備前體沿圖4C中標記為C的線截取的截面。從圖4A到圖4C明顯可知，第三掩模70保護波導26，同時暴露光柵凹陷區(qū)域62。在形成第三掩模70期間，第一掩模60在設備前體上保持不動。結(jié)果，原來受到第一掩模60保護的設備前體的區(qū)域保持受到第一掩模60保護。此外，配置第三掩模70，使得第一掩模60繼續(xù)界定光柵凹陷42的位置。從圖4B明顯可看出，第三掩模70的至少一部分位于第一掩模60上方。在形成第三掩模70之后，將設備前體蝕刻到光柵凹陷42的期望深度。例如，可以蝕刻設備前體，以便提供圖4A到圖4C中所示的設備前體。從圖4C中最明顯看出，蝕刻形成光柵凹陷42并相應地界定設備前體上的光柵的位置。由于在蝕刻期間第一掩模60界定光柵凹陷42的位置,所以第一掩模60界定光柵凹陷42和波導26兩者在光學設備上的位置。適當?shù)奈g刻包括，但不限于干法或濕法蝕刻以及各向同性或各向異性蝕刻。用于第二掩模68和/或第三掩模70的適當掩模包括，但不限于光刻膠?？梢詾榈诙?或第三掩模70采用其他掩模。在某些情況下，第三掩模是硬掩模。例如，可以從多個層產(chǎn)生第三掩模70，如2009年I月16日提交的題為“Optical Component HavingFeatures Extending Different Depths into a Light Transmitting Medium” 的美國專利申請序號為12/321，368中公開的那樣，并且其全文被并入本文?？梢杂糜诘诙谀?8和/或第三掩模70的其他掩模示例包括金屬和/或聚酰亞胺或由金屬和/或聚酰亞胺構(gòu)成。適當金屬的示例包括鋁。所選掩模的類型可能受到處理參數(shù)的影響，處理參數(shù)取決于所用的蝕刻類型，或者用于實現(xiàn)可行的工藝流程，用于如上所討論的向同一襯底上集成額外的部件。能夠影響掩模選擇的參數(shù)示例包括蝕刻角度、被蝕刻材料期望的平滑水平、蝕刻選擇性和特征分辨率。盡管圖2A到圖4C示出在光柵凹陷42之前形成波導26，但可以按照相反次序形成波導26和光柵凹陷42。例如，可以按照與上文公開的相反次序形成第二掩模68和第三掩模70。作為示例，可以在第二掩模68之前形成上文公開的第三掩模70。此外，可以在形成第二掩模68之前形成并移除第三掩模70。
可以從圖4A到圖4C的設備前體移除第三掩模70和第一掩模60，并且可以在光傳輸介質(zhì)18上形成第一包層33以提供圖5A到圖5C的設備前體。圖5A是該設備前體的頂視圖。圖5B是圖5A中所示設備前體沿圖5A中標記為B的線截取的截面。圖5C是圖5A中所示設備前體沿圖5C中標記為C的線截取的截面。用于在光傳輸介質(zhì)18上形成第一包層33的適當方法包括，但不限于在光傳輸介質(zhì)18上沉積第一包層33,在光傳輸介質(zhì)18上生長第一包層33。在光傳輸介質(zhì)18是娃且第一包層33是二氧化硅時，可以通過在有氧的情況下加熱設備前體以將一部分硅轉(zhuǎn)換成二氧化硅在硅上熱生長二氧化硅。在光傳輸介質(zhì)上熱生長第一包層33可以是在光傳輸介質(zhì)18上形成第一包層33的優(yōu)選方法，因為這樣生成的第一包層33遵循入射表面44的形狀，并且因此，遵循帶臺階反射表面47的形狀。相反，沉積方法能夠?qū)е略谌肷浔砻?4上形成具有不均勻厚度的第一包層33。在圖5A到圖5C的設備前體上形成反射層46以便提供圖6A到圖6C的設備前體。圖6A是該設備前體的頂視圖。圖6B是圖6A中所示設備前體沿圖6A中標記為B的線截取的截面。圖6C是圖6A中所示設備前體沿圖6C中標記為C的線截取的截面。圖6A到6C·圖示出了圖IA到IC的光學設備，但其中第一包層33充當緩沖層45并與緩沖層45是連續(xù)的?？梢酝ㄟ^蒸鍍和濺鍍在第一包層33上形成反射層46。然后可以使用傳統(tǒng)的集成電路制造技術對反射層46構(gòu)圖。例如，可以蝕刻設備前體，在適當位置具有圖案化第四掩模。適當?shù)牡谒难谀０ǎ幌抻诠饪棠z和氧化物。用于第四掩模的適當蝕刻包括，但不限于濕法蝕刻和干法蝕刻?？梢匀芜x地在圖6A到圖6C中圖示出的光學設備部分上形成一個或多個次級包層。次級包層的范例包括二氧化硅和氮化硅。在一個示例中，一個或多個次級包層包括二氧化娃層和氮化娃層。二氧化娃層可以介于光學設備和氮化二氧化娃層之間。在光學設備上沉積二氧化硅層的適當方法包括，但不限于等離子體增強的化學沉積(PECVD)。在光學設備上沉積氮化硅層的適當方法包括，但不限于等離子體增強的化學沉積(PECVD)。在一個示例中，在圖6A到圖6C所圖示光學設備的整個部分的上表面上方相繼沉積二氧化硅層和氮化硅層。二氧化硅層和氮化硅層每個均可以約為I微米厚。盡管以上光學設備被圖示為僅有波導、自由空間區(qū)域和光柵34，但僅示出了光學設備的一部分。結(jié)果，光學設備能夠包括各種其他部件。在某些情況下，一個或多個波導26向和/或從這些其他部件運送光信號。這些部件的示例包括，但不限于解多路復用器、多路復用器、濾波器、開關、放大器、衰減器、激光器和其他光源、星形耦合器和其他波導。此外或替代地，該設備能夠包括電氣部件。例如，該設備能夠包括電氣連接，用于向波導施加電勢或電流和/或用于控制光學設備上的其他特征。盡管將光柵34被描述為像解多路復用器那樣工作，但光柵可以相反作為多路復用器工作。例如，可以將輸出波導作為輸入波導操作，并且可以將輸入波導作為輸出波導操作。本領域的普通技術人員考慮到這些教導將容易想到本發(fā)明的其他實施例、組合和修改。因此，本發(fā)明將僅受以下權利要求的限制，在結(jié)合以上說明書和附圖觀看時，其包括所有這樣的實施例和修改。
權利要求
1.一種光學設備，包括 位于基座上的光傳輸介質(zhì)，所述光傳輸介質(zhì)至少部分界定光信號行進所通過的自由傳播區(qū)域；以及 包括帶臺階的反射表面的反射光柵，定位所述反射表面，使得通過所述自由傳播區(qū)域行進的光信號被所述反射表面接收，配置所述反射表面以將所述光信號反射回所述自由傳播區(qū)域中，所述反射表面反射所述光信號，使得與不同波長相關聯(lián)的光信號在所述光信號通過自由傳播區(qū)域行進時分離， 所述反射表面的至少一部分均包括重疊區(qū)域， 所述反射表面的至少一部分均包括被重疊區(qū)域和未被重疊區(qū)域， 配置所述反射光柵，使得所述光信號向所述被重疊區(qū)域和未被重疊區(qū)域行進，定位所述未被重疊區(qū)域，使得所述未被重疊區(qū)域接收所述光信號，但所述重疊區(qū)域位于所述被重疊區(qū)域和所述光信號之間，使得所述重疊區(qū)域在所述被重疊區(qū)域能夠接收到所述光信號之前接收所述光信號。
2.根據(jù)權利要求I所述的設備，其中每個反射表面的每個被重疊區(qū)域具有循著所述反射表面未被重疊區(qū)域輪廓線的輪廓線，并且每個反射表面的被重疊區(qū)域與所述反射表面的未被重疊區(qū)域是連續(xù)的。
3.根據(jù)權利要求2所述的設備，其中所述被重疊區(qū)域的至少一部分寬度大于O.2 μ m。
4.根據(jù)權利要求I所述的設備，其中所述光柵是中階梯光柵。
5.根據(jù)權利要求I所述的設備，其中陰影表面和一個或多個第二表面將每個所述反射表面連接到另一個反射表面，每個陰影表面直接連接到反射表面之一，并且所述一個或多個次表面將每個所述陰影表面連接到另一個反射表面。
6.根據(jù)權利要求5所述的設備，其中每個陰影表面都平行于所述光信號在入射在所述陰影表面和所述陰影表面直接連接到的反射表面之間的交點上時行進的方向。
7.根據(jù)權利要求6所述的設備，其中將陰影表面之一連接到反射表面之一的一個或多個次表面位于第二個反射表面后方，使得所述第二反射表面在所述次表面能夠接收到光信號之前接收所述光信號。
8.根據(jù)權利要求5所述的設備，其中所述陰影表面的至少一部分寬度小于5μ m。
9.根據(jù)權利要求5所述的設備,其中所述一個或多個次表面完全位于反射表面之一后方。
10.根據(jù)權利要求I所述的設備，其中所述光傳輸介質(zhì)界定所述自由傳播區(qū)域的一部分具有通過其透射光信號的小面， 所述光柵包括被配置成反射所述光柵接收的光信號的反射層，并且 所述光柵包括所述小面和所述反射層之間的緩沖層。
11.根據(jù)權利要求I所述的設備，其中所述緩沖層接觸所述光傳輸介質(zhì)和所述反射層的小面。
12.根據(jù)權利要求I所述的設備，其中所述自由傳播區(qū)域上的包層充當所述緩沖層。
13.根據(jù)權利要求I所述的設備，其中所述光傳輸介質(zhì)至少部分界定光信號行進通過的波導， 所述波導包括輸入波導和輸出波導，所述光柵被配置成將所述光信號反射回所述自由傳播區(qū)域中，使得光信號在輸出波導處被接收，并且所述光柵反射所述光信號，使得與不同波長相關聯(lián)的光信號在不同輸出波導處被接收，并且 用于所述波導的包層充當緩沖層，所述包層接觸所述光傳輸介質(zhì)。
14.根據(jù)權利要求13所述的設備，其中所述包層和所述緩沖層是二氧化硅，所述光傳輸介質(zhì)是娃。
15.根據(jù)權利要求I所述的設備，其中所述反射層的上部位于所述光傳輸介質(zhì)頂部，并且所述小面從所述光傳輸介質(zhì)頂部向所述基座延伸。
16.根據(jù)權利要求15所述的設備，其中所述緩沖層介于所述反射層上部和所述光傳輸介質(zhì)的自由傳播區(qū)域之間。
17.根據(jù)權利要求I所述的設備，其中所述緩沖層與所述光傳輸介質(zhì)上熱生長的層一致。
18.根據(jù)權利要求I所述的設備，其中所述反射層包括一系列帶臺階反射表面，每個反射表面包括主反射表面和陰影表面， 所述主反射表面反射光信號并被布置成使得與不同波長相關聯(lián)的光信號在光信號通過自由傳播區(qū)域行進時分離， 所述陰影表面物理地連接所述主反射表面，并且 所述緩沖層和所述反射層位于所述主反射表面和所述陰影表面兩者上。
全文摘要
一種光學設備包括位于基座上的光傳輸介質(zhì)。光傳輸介質(zhì)至少部分界定光信號通過其行進的自由傳播區(qū)域。反射光柵包括帶臺階的反射表面，定位反射表面使得通過自由傳播區(qū)域行進的光信號被反射表面接收。配置反射表面以將光信號反射回自由傳播區(qū)域中，使得與不同波長相關聯(lián)的光信號在光信號通過自由傳播區(qū)域行進時分離。反射表面的至少一部分均包括重疊區(qū)域。此外，反射表面的至少一部分均包括被重疊區(qū)域和未被重疊區(qū)域。配置反射光柵，使得光信號在被反射之前向被重疊區(qū)域和未被重疊區(qū)域行進。
文檔編號G02B6/26GK102893191SQ201180024399
公開日2013年1月23日 申請日期2011年4月7日 優(yōu)先權日2010年5月18日
發(fā)明者馮大增, 錢偉, M.亞斯格利 申請人:科途嘉光電公司