半導體光波導、其制造方法和使用其的光學通信裝置的制造方法
【專利摘要】將半導體電子電路加工技術原樣地應用于制造半導體光波導使得難以獲得具有反映預期設計的期望特性的半導體光波導。本發(fā)明的特征在于包括：襯底；半導體光波導結構，在所述襯底上布置；平坦區(qū)域，在襯底上的半導體光波導結構的周圍形成；和半導體虛擬結構，在襯底上的平坦區(qū)域的周圍布置，并且由多個虛擬圖案形成。本發(fā)明的特征還在于，該半導體光波導結構在平行于襯底的平面中包含線對稱圖案并且該多個虛擬圖案被布置成關于所述線對稱圖案的對稱軸是對稱的。
【專利說明】
半導體光波導、其制造方法和使用其的光學通信裝置
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及一種半導體光波導、一種用于制造該半導體光波導的方法，和一種使用該半導體光波導的光學通信裝置。特別地，本發(fā)明涉及一種其中在光波導中使用半導體薄膜的半導體光波導、一種用于制造該半導體光波導的方法，和一種使用該半導體光波導的光學通信裝置。
【背景技術】
[0002]由于諸如高速強度調制信號和波長復用的技術，更大容量和更長距離的光纖通信已經取得進步。除了這些技術，近年來，由于數字信號處理技術的改進，已經使用了諸如偏振光復用和多級相位調制的技術。另外，利用現有的光纖網絡，已經能夠更進一步地增加通信容量。
[0003]這種情況已經引起了對于在光纖通信中使用的光學通信裝置的更高集成度、小型化、更高的功能、更低的成本等的需求。在這些需求之間已經存在折中的關系，并且按照傳統技術，已經難以滿足這些需求。
[0004]光學通信裝置的尺寸、性能等高度地依賴于在光學通信裝置中包括的光波導的配置和性能。因此，光波導的生產已經是使用用于半導體集成電路的制造過程而進行的。具體地，通過在半導體薄膜上設計精細光波導圖案而生產光波導。半導體例如硅等具有比玻璃更高的折射率，并且因此促使與玻璃波導相比降低光波導的尺寸。此外，能夠預期在大規(guī)模集成(LSI)的制造中使用的高分辨率互補金屬氧化物半導體(CMOS)加工技術的利用和轉換。
[0005]在PTL I到3的每一項等中描述了這種半導體(硅)光波導的一個示例。根據PTL I的硅光波導包括:包括絕緣體諸如玻璃的襯底;稱作基礎的平坦形硅薄膜；以及包括硅并且具有矩形形狀的矩形波導。如此設計硅光波導的形狀，使得在矩形波導的寬度、從襯底向上的高度和平坦形硅薄膜的厚度之間的預定關系表達式成立。結果，能夠允許在通過硅光波導傳播的受引導光的TE和TM之間的波長位移小于0.2nm。
[0006]引用列表
[0007]專利文獻
[0008][PTL I]日本專利公開N0.2006-11443
[0009][PTL 2]日本專利公開N0.2000-91319
[0010][PTL 3]日本專利公開N0.2003-156642

【發(fā)明內容】

[0011]技術問題
[0012]然而，根據PTLI的硅光波導具有以下問題。首先，將描述在生產硅光波導時的關注點。在由是具有高折射率的材料的硅形成的硅光波導中，與由氧化硅玻璃等形成的玻璃波導相比，在傳播模式中的場的分布是非常小的，并且因此，傳播模式關于核芯形狀的改變而敏感地改變。結果，與利用玻璃形成技術形成光波導的情形相比，要求高的加工精度。具體地，關于光波導的核芯寬度要求的圖案加工精度，玻璃波導要求的加工精度是±0.1μπι，而硅波導要求的加工精度是±幾納米并且高兩個數量級。
[0013]進而，在光波導的圖案加工中，就如局部地存在那樣，其中要求所需要的加工精度的區(qū)域廣泛地存在。具體地，其中要求所需要的加工精度的區(qū)域，例如、諸如在柵極附近的圖案，在MOS晶體管中是局部的，而在光波導中，該區(qū)域在整個光波導圖案之上延伸。換言之，對于具有幾十微米到幾百微米的長度，或者在某些情形中以毫米單位連續(xù)的光波導圖案，要求核芯寬度的高的加工精度。
[0014]在要求在整個光波導圖案之上的相位控制、帶有更高精度的偏振可靠性或者相位控制等的情形中，光波導的核芯寬度的圖案加工精度是存在問題的。換言之，在根據PTL I的硅光波導的配置中，由于在制造過程中光波導核芯寬度發(fā)生偏差或者波動，通過光波導傳播的受引導光的相位從設計值偏離。
[0015]已經存在如上所述的這種問題，S卩，即使當用于半導體電子電路的加工技術被原樣地應用于生產半導體光波導時，仍然難以實現具有反映設計的期望性質的半導體光波導。在提出了一種用于確定用于實現光子晶體波導的圖案的設計方法的PTL 3中，沒有假設在制造過程中從設計值發(fā)生偏差。
[0016]本發(fā)明的一個目的在于提供:一種即使當用于半導體電子電路的加工技術被原樣地應用于生產半導體光波導時仍然具有反映設計的期望性質的半導體光波導;一種用于制造該半導體光波導的方法；以及一種使用該半導體光波導的光學通信裝置。
[0017]問題的解決方案
[0018]本發(fā)明的一種半導體光波導包括:襯底;半導體光波導結構，布置在襯底上;平面區(qū)域，在襯底上的半導體光波導結構的周圍形成；以及半導體虛擬結構，在襯底上的平面區(qū)域的周圍布置，并且由多個虛擬圖案形成，其中該半導體光波導結構包括在平行于襯底的平面上的線對稱圖案;并且該多個虛擬圖案關于該線對稱圖案的對稱軸被對稱地布置。
[0019]本發(fā)明的一種光學通信裝置包括上述半導體光波導。
[0020]—種用于制造本發(fā)明的半導體光波導的方法包括:在襯底上布置第一覆層和核芯層;通過使用預定掩膜對核芯層進行光刻(photo lithography)和蝕刻(etching)而形成核芯圖案;并且在所形成的核芯圖案上布置第二覆層，其中如此形成掩膜:周期性地布置多個虛擬圖案;移除以預定中心軸作為中心的安全距離范圍中的虛擬圖案;關于所述中心軸，線對稱地重新布置與所述安全距離范圍的外側相鄰近的控制區(qū)域中的虛擬圖案;并且以所述中心軸和光波導結構圖案的中心線相互一致的方式，在所述安全距離范圍中形成所述光波導結構圖案。
[0021]本發(fā)明的有利效果
[0022]根據本發(fā)明，能夠提供:一種即使當用于半導體電子電路的加工技術被原樣地應用于生產半導體光波導時仍然具有反映設計的期望性質的半導體光波導;一種用于制造該半導體光波導的方法；以及一種使用該半導體光波導的光學通信裝置。
[0023]附圖簡要說明
[0024][圖1A]圖1A是根據本發(fā)明第一示例性實施例的半導體光波導的平面視圖。
[0025][圖1B]圖1B是根據本發(fā)明第一示例性實施例的半導體光波導的截面視圖。
[0026][圖2]圖2是示意根據本發(fā)明第二示例性實施例的半導體光波導的配置的平面視圖。
[0027][圖3]圖3是示意根據本發(fā)明第三示例性實施例的半導體光波導的配置的平面視圖。
[0028][圖4]圖4是示意根據本發(fā)明第四示例性實施例的半導體光波導的配置的平面視圖。
[0029][圖5A]圖5A是示意根據本發(fā)明第五示例性實施例的半導體光波導的配置的平面視圖。
[0030][圖5B]圖5B是示意根據本發(fā)明第五示例性實施例的半導體光波導的配置的截面視圖。
[0031][圖6A]圖6A是示意相關半導體光波導的配置的平面視圖。
[0032][圖6B]圖6B是不意相關半導體光波導的配置的截面視圖。
[0033][圖7A]圖7A是示意另一個相關半導體光波導的配置的平面視圖。
[0034][圖7B]圖7B是示意其它相關半導體光波導的配置的截面視圖。
【具體實施方式】
[0035](第一示例性實施例)
[0036]圖1A是根據本發(fā)明第一示例性實施例的半導體光波導的平面視圖，并且圖1B是半導體光波導的截面視圖。作為半導體的示例，將描述使用硅的情形。上氧化硅層13層疊在包括硅襯底1、下氧化硅層11，和硅層12的絕緣硅片(SOI)襯底上。是硅光波導結構40的核芯圖案的核芯(core)20和格子形虛擬結構(lattice-shaped dummy structures)31在娃層12中形成。
[0037]硅光波導結構40是其傳播層由具有小的硅膜厚度和平坦形狀的平板(slab)21和具有大的硅膜厚度和小的寬度的核芯20形成的脊形光波導。在沿著圖1A的線A-A’截取的、圖1B的截面視圖中，脊形光波導的凸起形狀在核芯20和平板21的部分的截面中出現。
[0038]虛擬結構31包括具有基本等于核芯20的厚度的厚度并且受引導光并不通過那里傳播的多個虛擬圖案。形成虛擬結構31的各個虛擬圖案被均勻地設置在晶圓表面中，并且例如被以格子形狀(圖1A的連續(xù)線部分)以基本相等的間隔布置。換言之，虛擬結構31包括周期結構。在形成虛擬結構31的各個虛擬圖案中，以此方式移除在光波導的核芯的附近的區(qū)域中的預定范圍中的虛擬圖案，使得并不影響通過光波導傳播的受引導光。圖1A的虛線部分是所移除的虛擬圖案的移除痕跡34。
[0039]隨后，將描述脊形硅光波導的作用。受引導光被約束在核芯20中，并且通過核芯20傳播。在脊形光波導中，將受引導光約束在光波導沿著豎直方向的截面中是利用是覆層的氧化硅層11和13實現的。此外，將光約束在光波導沿著水平方向的截面中是利用由核芯20和平板21形成的凸起形狀實現的。如上所述，受引導光的傳播模式依賴于脊形光波導的凸起形狀。
[0040]在光波導的設計中，光波導通常被設計成帶有一種傳播模式的單一模式波導。例如，當脊形光波導具有具有1.5μπι的高度的凸起形狀、1.2μπι的凸脊寬度和0.5μπι的平板厚度時，該脊形光波導用作用于單一模式傳播的光波導。在這種單一模式條件中，受引導光能夠被充分地約束在光波導中，并且受引導光的場分布的大部分處于核芯的凸脊的附近。估計場分布在光波導核芯的截面中的擴展的全寬為大約6μπι便足以。場分布在其中擴展的范圍(在下文中稱作“安全距離范圍”)是用于確定是否是其中移除虛擬圖案的預定范圍的指標。[0041 ]在形成虛擬結構31的各個虛擬圖案中，移除位于安全距離范圍中的虛擬圖案以防止影響通過光波導傳播的受引導光。作為對照，虛擬圖案被布置在離開安全距離范圍的位置處。在這個示例性實施例中，虛擬圖案的圖案密度和蝕刻面積分別地被設計成盡可能恒定的值。
[0042]形成虛擬結構31的各個虛擬圖案的形狀例如被設計成矩形形狀。例如，通過周期性地布置該多個虛擬圖案而形成格子形虛擬結構31 ο形成虛擬結構31的各個虛擬圖案的形狀不限于矩形形狀而是可以是可選的形狀諸如圓形和多邊形形狀。
[0043]應該指出，包括該多個虛擬圖案的虛擬結構關于光波導核芯的中心線(在下文中稱作“核芯中心線”)被線對稱地布置。其原因在于，通過關于光波導核芯對稱地布置虛擬結構，在波導核芯附近的局部蝕刻條件能夠被均勻化。例如，在距核芯中心線至少ΙΟμ??到ΙΟΟμm的區(qū)域中關于光波導核芯保持虛擬結構布置的對稱性是理想的。作為對照，其中用于以高精度控制受引導光的相位的需要低的區(qū)域關于光波導核芯具有虛擬結構布置的對稱性是不必要的。在該區(qū)域中，可以以使得具有均勻的總體圖案密度的這種方式布置形成虛擬結構的各個虛擬圖案。
[0044]如上所述，在設計光波導圖案的情形中，形成虛擬結構的該多個虛擬圖案被布置在排除其中形成脊形光波導的核芯的凸起形狀的區(qū)域和安全距離范圍的區(qū)域中。在此情形中，該多個虛擬圖案關于核芯中心線被線對稱地布置。例如，具有其一條邊長為ΙΟμπι的正方形形狀的虛擬圖案被以15μπι的相等間距布置?？梢愿鶕褂玫闹圃爝^程例如、諸如使用等離子體和蝕刻氣體的干法蝕刻設備確定形成虛擬結構的各個虛擬圖案的形狀。
[0045]接著，將描述一種用于制造上述半導體光波導的方法?；诎ㄉ鲜鎏摂M圖案的波導圖案的設計形成在用于半導體核芯層的蝕刻加工的光刻步驟中使用的光掩膜。首先，形成其中多個虛擬圖案被周期性地布置在整個表面上的光掩膜數據。然后，在其中布置波導核芯圖案的區(qū)域中，從光掩膜數據移除在以核芯中心線作為中心的安全距離范圍中的虛擬圖案。進而，在其中期望精確地控制波導的寬度的波導圖案區(qū)域中，例如在距核芯中心線不小于安全距離并且距核芯中心線ΙΟμπι到ΙΟΟμπι的區(qū)域中，從光掩膜數據移除該多個已經布置的虛擬圖案。然后，以此方式在光掩膜數據的區(qū)域中新布置多個虛擬圖案，使其關于核芯中心線是線對稱的。最后，波導核芯圖案和虛擬圖案在相同光掩膜數據上合成。使用使用如上所述準備的光掩膜數據生產的光掩膜在光刻步驟中在襯底上形成蝕刻掩膜，并且執(zhí)行襯底的蝕刻加工等，由此生產光波導。
[0046]具體地，將第一覆層(例如，S12層)和核芯層(例如，Si層)布置在襯底上，通過使用上述光掩膜的光刻步驟和蝕刻步驟，在核芯層上形成核芯圖案，并且將第二覆層(例如，S12層)布置在所形成的核芯圖案上，由此生產根據這個示例性實施例的光波導。當使用如上所述形成的掩膜圖案生產多個光波導的原型時，確認了它們的光學相位等從設計值的偏離是小的，并且它們的期望性質能夠實現。
[0047]上述半導體光波導的配置和用于制造半導體光波導的方法使得能夠在是用于制造光波導核芯的過程之一的蝕刻過程中抑制光波導核芯寬度的偏差和波動的發(fā)生，并且光波導的寬度以高精度形成。結果，能夠使用用于制造半導體電子電路的過程一致地實現具有期望性質的半導體光波導。
[0048]接著，將描述這個示例和相關技術的對照研究的結果。相關技術的示例包括包括在所要蝕刻的晶圓表面中如在本質上必要的圖案那樣布置拋棄型圖案(虛擬圖案)的方法。在PTL 2中描述了其中設置這種拋棄型圖案的示例。在根據PTL 2的干法蝕刻方法和薄膜圖案中，當在玻璃襯底上形成的硅薄膜被干法蝕刻時，使用其中在整個晶圓表面之上在300μπι或者更低范圍內存在開口的圖案。另外，描述了整個晶圓表面的蝕刻能夠被一致化。當將上述相關技術原樣地應用于生產硅光波導時，發(fā)生以下問題。
[0049]圖6Α是將相關干法蝕刻方法應用于此的半導體光波導的平面視圖，并且圖6Β是半導體光波導的截面視圖。在使用相關技術形成的虛擬半導體中，各個圖案被周期性地布置在整個晶圓表面之上。作為對照，形成硅光波導結構40的核芯圖案取決于光學回路的設計被布置在晶圓表面中的預定位置處。在周期性地布置的虛擬結構30中，在設計光學回路的階段中預先移除布置在與硅光波導核芯圖案重迭的區(qū)域中和硅光波導核芯圖案附近的區(qū)域中的虛擬圖案(圖6Α的虛線部分)。在此情形中，在移除之后獲得的圖案關于光波導的核芯中心線變得是非線對稱的。
[0050]虛擬圖案關于核芯中心線變得非線對稱，由此允許光波導核芯附近的局部蝕刻區(qū)域是非對稱的。因為由于虛擬圖案的布置，晶圓表面中的圖案密度被保持為大致恒定的水平，所以整個晶圓的平均蝕刻速率被保持為恒定的水平。然而，在波導核芯的附近，局部蝕刻狀態(tài)被改變以從設計值改變波導圖案的形狀。發(fā)生了以下問題，即，由于波導圖案的形狀從設計值偏離，在其中要求高加工精度的區(qū)域寬的光波導中實現期望的性質是不可能的。
[0051]圖7Α是將相關干法蝕刻方法應用于此的另一個硅光波導的平面視圖，并且圖7Β是硅光波導的截面視圖。在圖7Α和圖7Β中，在硅光波導結構中的兩個硅光波導圖案40C和40D被布置在彼此的附近。在周期性地布置的虛擬結構30中，布置在與每一個光波導圖案重迭的區(qū)域中和每一個光波導圖案附近的區(qū)域中的虛擬圖案被移除(圖7Α的虛線部分)。在此情形中，不在在該兩個硅光波導圖案40C和40D之間的區(qū)域中布置任何虛擬圖案。換言之，虛擬圖案僅僅被布置在光波導40D右側上。結果，關于光波導的核芯中心線，虛擬圖案被非線對稱地布置。
[0052]當從周期性地布置的虛擬圖案移除布置在光波導區(qū)域及其附近區(qū)域中的虛擬圖案，并且關于光波導圖案非對稱地布置其余虛擬圖案時，在光波導核芯的右側和左側中的蝕刻區(qū)域變得非對稱。在此情形中，在波導核芯的附近，局部蝕刻狀態(tài)改變，并且波導圖案的形狀從設計值偏離。結果，發(fā)生以下問題，即，在其中有必要以高精度控制傳播光的光學相位等的光波導中實現期望的性質是不可能的。特別地，當平行地布置多個光波導時，這個問題變得顯著。
[0053]如上所述，當在用于干法蝕刻相關半導體電子電路的步驟中使用的虛擬圖案布置被原樣地應用于制造硅光波導的過程時，實現具有反映設計的期望性質的硅光波導是不可能的。
[0054]作為對照，在這個示例性實施例中，如上所述，即使在光波導附近的區(qū)域中仍然保持了虛擬圖案的對稱布置。換言之，在硅光波導結構中包括的光波導圖案具有線對稱軸，并且虛擬圖案關于光波導圖案被線對稱地布置。相應地，使用用于制造半導體電子電路的過程，即使對于其中要求高加工精度的區(qū)域寬的光波導，并且對于其中有必要以高精度控制傳播光的光學相位的光波導，仍然能夠實現期望的性質。如上所述，與相關技術相比，這個示例性實施例具有優(yōu)良的效果。
[0055](第二示例性實施例)
[0056]圖2是示意根據本發(fā)明第二示例性實施例的半導體光波導的配置的平面視圖。鑒于帶布置在有所保持的對稱性的區(qū)域中的虛擬圖案的形狀，在圖2中示意的平面視圖的配置和在圖1A中示意的平面視圖的配置是相互不同的。換言之，在圖2中，布置在硅光波導結構40的附近的區(qū)域中的多個虛擬圖案具有部分地切削的形狀，由此形成偽格子形虛擬結構32。其它配置以與在圖1A的半導體光波導中相同的方式形成。
[0057]換言之，如在圖2中所示意地，具有部分地切削的形狀的虛擬圖案關于硅光波導結構40的核芯圖案的中心線被線對稱地布置。在這個示例性實施例中，還通過在光波導核芯附近的區(qū)域中線對稱地布置虛擬圖案實現了蝕刻的均勻性。
[0058]如上所述，布置在光波導附近的區(qū)域中的虛擬圖案可以具有部分地切削的圖案形狀。由于這種虛擬圖案的形狀和布置，在用于蝕刻光波導核芯的過程中，保持了以高精度形成光波導。換言之，能夠使用用于制造半導體電子電路的過程形成具有期望性質的半導體光波導。
[0059](第三示例性實施例)
[0060]圖3是示意根據本發(fā)明第三示例性實施例的半導體光波導的配置的平面視圖。鑒于布置在硅光波導結構40附近的區(qū)域中的虛擬圖案的形狀，在圖3中示意的平面視圖的配置和在圖1A中示意的平面視圖的配置是相互不同的。換言之，在圖3中，形成虛擬結構的虛擬圖案沿著半導體光波導的核芯中心線的延長方向連續(xù)，并且不被分離。關于硅光波導結構40的核芯圖案的中心線，長的虛擬結構33被線對稱地布置。其它配置與在圖1A中示意的配置相同。
[0061]例如，在光波導的小型化和集成設計中，產生了光波導的很多彎曲圖案。當在弧形光波導圖案的右側和左側附近布置格子形虛擬圖案時，在制造過程中可以發(fā)生諸如小的圖案保留的問題。以格子形狀布置正方形虛擬圖案是不必要的。在具有其中虛擬圖案和波導圖案彼此重迭的復雜形狀的區(qū)域中，能夠以與在波導圖案的情形中類似地將虛擬圖案形成為長的、并且虛擬圖案的密度是恒定的這樣的方式布置虛擬圖案。
[0062]如上所述，在靠近波導圖案的核芯中心的距離處的虛擬圖案更加強烈地影響光波導的蝕刻狀態(tài)。因此，例如，長的虛擬圖案還能夠被布置在距波導核芯中心高達大約60μπι的距離內，并且格子形虛擬圖案還能夠被布置于在不小于60μπι的距離處的區(qū)域中。關于核芯中心線線對稱地在外部區(qū)域中布置格子形虛擬圖案是不必要的。
[0063]通過布置長的虛擬圖案，即使在以復雜形狀諸如、例如三角函數或者克羅梭曲線設計的彎曲波導中，仍然能夠確保關于虛擬圖案的核芯中心的線對稱性，并且受引導光的光學相位的控制能夠得以穩(wěn)定。
[0064]如上所述，能夠通過在核芯中心線的方向上連續(xù)地布置各個圖案而形成在光波導附近的區(qū)域中布置的虛擬圖案。通過布置這種長的虛擬圖案，能夠在蝕刻過程中保持具有高精度的設計。換言之，能夠使用用于制造半導體電子電路的過程實現具有期望性質的半導體光波導。
[0065](第四示例性實施例)
[0066]圖4是示意根據本發(fā)明第四示例性實施例的半導體光波導的配置的平面視圖。鑒于光波導的數目和用于布置光波導的形式，在圖4中示意的平面視圖的配置和在圖1A中示意的平面視圖的配置是相互不同的。換言之，在圖4的硅光波導結構中，在彼此相鄰的兩個硅光波導圖案40A和40B之間的距離改變。在圖4中，正方形虛擬圖案被布置于在彼此相鄰的該兩個光波導圖案40A和40B之間的區(qū)域中。其它配置與在圖1A中示意的配置相同。
[0067]當平行地布置多個光波導圖案時，可能要求在光波導之間不引起任何光學相差的、高精度的光學相位設計。然而，當在兩個光波導之間的距離是短的時，在各個光波導中關于核芯中心線對稱地布置虛擬圖案是不可能的。因此，該多個光波導圖案被視為一組，并且關于該組的中心線(在下文中稱作“圖案中心線”)，虛擬圖案被布置成是線對稱的。雖然與如在圖1A中實現關于核芯中心線的對稱性的情形相比，這種布置允許改變各個光波導的核芯形狀，但是核芯形狀關于圖案中心線對稱地在兩個光波導中類似地改變，并且光學相位的改變是相同的。換言之，由于對稱性，在該多個光波導之間光學相位的改變量變得相等，并且在光學相位之間無任何差異發(fā)生。相應地，在使用相對相差的光學回路諸如非對稱馬赫一策德爾(Mach-Zehnder)干涉儀中，能夠防止性能劣化。
[0068]如上所述，在將該兩個光波導40A和40B分組的情形中，在硅光波導結構之間的區(qū)域中形成虛擬結構35的多個虛擬圖案關于中心線(圖案中心)也被線對稱地布置。結果，保持了關于光波導核芯的虛擬圖案布置的對稱性，并且在蝕刻時保持了面內分布。
[0069]如上所述，在改變在該兩個彼此相鄰的光波導圖案之間的間隔時在該區(qū)域附近的區(qū)域中保持了關于分組的光波導圖案的中心線的對稱性。結果，在用于蝕刻光波導核芯的過程中能夠保持帶有高精度的設計。另外，能夠使用用于制造半導體電子電路的過程實現具有期望性質的半導體光波導。
[0070](第五示例性實施例)
[0071]圖5A是示意根據本發(fā)明第五示例性實施例的硅光波導的配置的平面視圖，并且圖5B是硅光波導的截面視圖。在圖5A中示意的配置不同于在圖1A中示意的配置之處在于，硅光波導不是脊型的而是溝道型的。換言之，在沿著圖5A的線B-B’截取的圖5B的截面視圖中，光波導核芯20的截面形狀不是脊形光波導的凸起形狀而是溝道光波導的矩形形狀。換言之，在圖5B中，存在這樣的區(qū)域，其中下氧化硅層11和上氧化硅層13彼此相互接觸。其它配置與圖1的配置相同。
[0072]在圖5A和圖5B中，形成格子形虛擬結構的多個虛擬圖案關于娃光波導結構40的核芯中心線也被線對稱地布置。如上所述，在該示例中，通過保持虛擬圖案關于光波導核芯的布置對稱性，還施加了降低波導核芯的布置位置的影響和降低蝕刻的局部面內分布的效果O
[0073]根據這個示例性實施例的布置圖案不僅能夠應用于線性光波導圖案而且還能夠應用于在非對稱馬赫一策德爾干涉儀、陣列波導光柵(AWG)、光學延遲回路、光柵、環(huán)形諧振器、光學90度混合式混頻器等中的圖案。應用于其中受引導光的相態(tài)重要的光波導的設計是可能的，并且能夠預期呈現類似的效果。
[0074]硅光波導可以不是脊型的，而是溝道型的。虛擬圖案的截面形狀可以不是凸起形狀而是矩形形狀。如上所述，通過關于光波導圖案的核芯中心線或者圖案中心線線對稱地布置虛擬圖案，使得能夠在蝕刻過程中保持帶有高精度的設計。結果，能夠使用用于制造半導體電子電路的過程實現具有期望性質的半導體光波導。
[0075]上述某些或者所有的示例性實施例能夠被描述為以下補充性注解，但是不限于以下注解。
[0076](補充性注解I)
[0077]—種半導體光波導，包括:
[0078]襯底；
[0079]布置在襯底上的半導體光波導結構；以及
[0080]在襯底上與半導體光波導結構分開布置的半導體虛擬結構，
[0081]其中該半導體光波導結構包括在平行于襯底的平面上的線對稱圖案;并且
[0082]半導體虛擬結構包括其中在平行于襯底的平面上的圖案形狀關于線對稱圖案的對稱軸對稱的區(qū)域。
[0083](補充性注解2)
[0084]根據補充性注解I的半導體光波導，
[0085]其中圖案形狀包括周期結構。
[0086](補充性注解3)
[0087]根據補充性注解2的半導體光波導，
[0088]其中圖案形狀處于其中在半導體光波導結構的附近形成圖案形狀的每一個圖案的一部分或者整體被切削的狀態(tài)中。
[0089](補充性注解4)
[0090]根據補充性注解3的半導體光波導，其中所述附近包括其中存在通過半導體光波導結構傳播的受引導光的場分布的區(qū)域。
[0091](補充性注解5)
[0092]根據補充性注解I到4中的任何一項的半導體光波導，
[0093]其中形成半導體虛擬結構的每一個圖案形狀是矩形形狀。
[0094](補充性注解6)
[0095]根據補充性注解I到4中的任何一項的半導體光波導，
[0096]其中圖案形狀包括其中形成圖案形狀的每一個圖案形狀在沿著對稱軸的方向上連續(xù)的區(qū)域。
[0097](補充性注解7)
[0098]根據補充性注解I到6中的任何一項的半導體光波導，
[0099]其中在半導體光波導結構的形狀是單一線性形狀的情形中，對稱軸是該線性形狀的中心線。
[0100](補充性注解8)
[0101]根據補充性注解3到5中的任何一項的半導體光波導，
[0102]其中半導體光波導結構包括多個光波導結構;并且
[0103]在該多個光波導結構之間的區(qū)域附近的圖案形狀包括形成圖案形狀的至少一個單元圖案。
[0104](補充性注解9)
[0105]—種光學通信裝置，包括根據補充性注解I到8中的任何一項的半導體光波導。
[0106](補充性注解10)
[0107]—種用于制造半導體光波導的方法，包括:
[0108]形成當半導體層被蝕刻加工時使用的掩膜圖案的步驟;并且
[0109]通過使用掩膜圖案蝕刻加工半導體層而形成半導體光波導結構的步驟，
[0110]其中形成掩膜圖案的步驟包括以下步驟:
[0111]在所要蝕刻加工的目標區(qū)域的整個表面上布置帶有周期結構的虛擬結構圖案；
[0112]在目標區(qū)域上形成帶有線對稱軸的光波導結構圖案；
[0113]允許虛擬結構圖案以虛擬結構圖案關于線對稱軸是對稱的方式與光波導結構圖案重迭;并且
[0114]移除光波導結構圖案附近的虛擬結構圖案。
[0115]該申請要求基于在2013年12月18日提交的日本專利申請N0.2013_261096的優(yōu)先權，并且其全部公開在此并入本文。
[0116]工業(yè)適用性
[0117]根據本發(fā)明的半導體光波導能夠應用于對其要求更高的集成度、小型化、更高的功能、更低的成本等的光學通信裝置。
[0118]附圖標記列表
[0119]10硅襯底
[0120]11下氧化硅層
[0121]12 硅層
[0122]13上氧化硅層
[0123]20 核芯
[0124]21 平板
[0125]30虛擬結構
[0126]31虛擬結構
[0127]32具有偽格子形狀的虛擬結構
[0128]33長的虛擬結構
[0129]34格子形虛擬結構的移除痕跡
[0130]35在硅光波導結構之間的區(qū)域中的虛擬結構
[0131]40娃光波導結構
[0132]40A、40B、40C、40D 硅光波導圖案
【主權項】
1.一種半導體光波導，包括: 襯底； 半導體光波導結構，在所述襯底上布置； 平面區(qū)域，在所述襯底上的所述半導體光波導結構的周圍形成；以及 半導體虛擬結構，在所述襯底上的所述平面區(qū)域的周圍布置，并且由多個虛擬圖案形成， 其中所述半導體光波導結構包括在平行于所述襯底的平面上的線對稱圖案;并且 所述多個虛擬圖案關于所述線對稱圖案的對稱軸被對稱地布置。2.根據權利要求1所述的半導體光波導，其中所述平面區(qū)域包括在所述半導體光波導中傳播的受引導光的場分布。3.根據權利要求1或者2所述的半導體光波導，其中所述多個虛擬圖案被周期性地布置。4.根據權利要求3所述的半導體光波導，其中通過以格子形狀布置帶有矩形形狀的多個虛擬圖案而形成所述半導體虛擬結構。5.根據權利要求3所述的半導體光波導，其中通過以條紋形狀布置在所述對稱軸的縱向方向上延伸的多個長的虛擬圖案而形成所述半導體虛擬結構。6.根據權利要求1到5中任何一項所述的半導體光波導，其中與所述平面區(qū)域相接觸的虛擬圖案包括不與所述平面區(qū)域相接觸的部分地切削的虛擬圖案的形狀。7.根據權利要求1到6中任何一項所述的半導體光波導，包括多個半導體光波導和平面區(qū)域， 其中所述多個虛擬圖案關于取決于所述多個半導體光波導的中心線被對稱地布置。8.根據權利要求1到7中任何一項所述的半導體光波導，進一步包括第二半導體虛擬結構，所述第二半導體虛擬結構在所述襯底上的所述半導體虛擬結構的外側布置，并且由以預定密度布置的多個虛擬圖案形成。9.一種光學通信裝置，包括根據權利要求1到8中任何一項所述的半導體光波導。10.—種用于制造半導體光波導的方法，包括: 在襯底上布置第一覆層和核芯層； 通過使用預定掩膜對所述核芯層進行光刻和蝕刻而形成核芯圖案;并且 在所形成的核芯圖案上布置第二覆層， 其中如下形成所述掩膜: 周期性地布置多個虛擬圖案； 移除以預定中心軸作為中心的安全距離范圍中的虛擬圖案； 關于所述中心軸，線對稱地重新布置與所述安全距離范圍的外側相鄰近的控制區(qū)域中的虛擬圖案;并且 以所述中心軸和光波導結構圖案的中心線相互一致的方式，在所述安全距離范圍中形成所述光波導結構圖案。
【文檔編號】G02B6/136GK105829932SQ201480069140
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2014年12月12日
【發(fā)明人】高橋森生
【申請人】日本電氣株式會社