[实用新型]半导体器件和电子系统

说明书

本申请的各实施例涉及半导体器件和电子系统。半导体器件包括：半导体主体，包括表面和设置在表面中的凹部分，凹部分包括底表面；光学波导芯的第一阵列，其中第一阵列中的光学波导芯在底表面处并排延伸；光学波导芯的第二阵列，其中第二阵列中的光学波导芯在光学波导芯的第一阵列之上并排延伸，并且其中光学波导芯的第二阵列中的每个光学波导芯与光学波导芯的第一阵列中的对应的波导芯处于绝热耦合关系；和光学波导包层材料，设置在光学波导芯的第二阵列之上，其中光学波导芯的第二阵列和施加在其上的光学波导包层材料提供光纤耦合接口。

技术领域

本实用新型涉及半导体器件和电子系统。

背景技术

可用于将光耦合到波导中的常规技术包括光栅耦合和边缘耦合。

在2013年Proc.of the IEEE Bipolar/BiCMOS Circuits and TechnologyMeeting中Chiaretti，C.的“Towards the Silicon Deployment of the SiliconPhotonics Technology”公开了通过光栅耦合技术获得的波导耦合的示例。

在2010年OFC的Narasimha等人的“An Ultra Low Power CMOS PhotonicsTechnology Platform for H/S Optoelectronic Transceivers at less than$1perGbps”中公开了光耦合到多个光纤中的示例，其中光纤V块可以附接到硅光子芯片。

光栅耦合器的优点在于光可以从晶圆表面出去，而不是从边缘出去，这有助于晶圆级测试。光栅耦合器也可以表现出能够耦合到上表面的优点。

光栅耦合器可能有一个或多个缺点。例如，在大的波长范围上，在远离中心设计的波长处的损耗可能更高，例如，参见2014年Optical Society of America中WesleyD.Sacher等人的“Wide bandwidth and high coupling efficiency Si3N4-on-SOI dual-level grating coupler”。

例如，可以使用例如CWDM4波长：1271nm、1291nm、1311nm、1331nm从PSM4(并行单模4通道)规范导出4通道粗波分复用(CWDM4)。例如，这种类型的模块可以使用单个光纤输入来传输(Tx)和使用单个光纤接收(Rx)光的4种不同“颜色”(即波长)。这种布置可以为客户提供优势，例如，代替例如4根Tx光纤和4根Rx光纤(总共8根)，客户可能仅需要对两根光纤进行电缆连接来维持所传输的信息的数量(例如，Gbits)。

然而，由于光栅中的损耗，并且光栅也可能暴露于例如工艺变化和温度，这种布置可能不适合宽带CWDM4应用。

如前面已经讨论的，通过边缘耦合提供另一种常规解决方案。边缘耦合可能具有缺少晶圆级测试以及可能需要光学质量边缘光洁度的缺点。

实用新型内容

本描述涉及半导体器件中的光学波导。

包括用于与光学接口耦合的光学波导的硅光子芯片是这种半导体器件的示例。

一个或多个实施例可以提供在各个方面改进的光学器件，诸如在晶圆级实现的改进的光学耦合性能和/或绝热耦合。

根据第一方面，提供了一种半导体器件，包括：半导体主体，包括表面和设置在表面中的凹部分，凹部分包括底表面；光学波导芯的第一阵列，其中第一阵列中的光学波导芯在底表面处并排延伸；光学波导芯的第二阵列，其中第二阵列中的光学波导芯在光学波导芯的第一阵列之上并排延伸，并且其中光学波导芯的第二阵列中的每个光学波导芯与光学波导芯的第一阵列中的对应的波导芯处于绝热耦合关系；和光学波导包层材料，设置在光学波导芯的第二阵列之上，其中光学波导芯的第二阵列和施加在其上的光学波导包层材料提供光纤耦合接口。