光学模组及形成光学模组的方法与流程

本发明是有关于一种光学模组及形成光学模组的方法。

背景技术：

1、随着工艺技术进步，对数据传输与计算速率的要求提高，半导体工艺面临着将更复杂的电路整合到单位面积中的挑战。硅光子（silicon photonics）技术因具备高频宽、低功耗以及可与cmos工艺相容等优势，成为光电整合领域的焦点。然而，硅光子电路与光纤所传输的光束大小与分布存在明显差异，导致直接耦合时产生极高的光学损耗。

2、为了提升耦合效率，具备次波长结构的超颖透镜（meta-lens）被用于光束聚焦。其中，具有高深宽比（high aspect ratio）的超颖透镜结构设计可进一步扩展相位调控范围，并提升光学效率。然而，超颖透镜与硅光子晶片或光纤阵列单元（fiber array unit, fau）之间的整合需达到次微米级对准精度，且工艺公差与封装位移都可能引起光轴偏移，进而降低光学模组的良率。因此，如何稳定产出具有高深宽比的超颖透镜结构，并将其精确地对准与耦合至硅光子晶片或光纤阵列单元上，逐渐成为业界亟欲投入研发资源的重点。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提出一种光学模组及形成光学模组的方法。

2、本发明的一方面是有关于一种光学模组包括基材结构与超颖透镜。基材结构包括光波导。超颖透镜位于基材结构上方。超颖透镜包括介电结构与多个超颖原子。介电结构位于基材结构上方。所述多个超颖原子位于介电结构中且分别包括第一部位与位于第一部位上方的第二部位。第二部位在基材结构上的正投影区域至少部分地重叠于第一部位在基材结构上的正投影区域。超颖透镜用以接收来自于光波导的光信号。

3、在一些实施方式中，介电结构包括第一介电层与位于第一介电层上方的第二介电层。第一介电层的顶表面实质上齐平于第一部位的顶表面。第二介电层的顶表面实质上齐平于第二部位的顶表面。

4、在一些实施方式中，第一介电层与第二介电层包括不同材料。

5、在一些实施方式中，第一介电层的折射率小于第一部位的折射率。第二介电层的折射率小于第二部位的折射率。

6、在一些实施方式中，所述多个超颖原子中的一者还包括残留物。残留物位于第一部位与第二部位之间。残留物包括与第一介电层相同的材料。

7、在一些实施方式中，第二部位的正投影区域重叠于第一部位的正投影区域的比值在0.3与1之间。

8、在一些实施方式中，第二部位与第一部位包括的材料具有介于1.2至4之间的折射率。

9、在一些实施方式中，第二部位与第一部位中的一者的截面积沿着垂直于基材结构的方向向上递减。

10、在一些实施方式中，基材结构包括硅光子晶片。硅光子晶片具有光波导，用以耦合光信号至超颖透镜。光波导的核心宽度小于150微米。超颖透镜还包括反射结构。反射结构位于基材结构上方且配置以反射光信号。

11、在一些实施方式中，基材结构包括光纤阵列单元。光纤阵列单元具有光波导，用以耦合光信号至超颖透镜。光波导的核心直径小于150微米。超颖透镜还包括反射结构。反射结构位于基材结构上方且配置以反射光信号。

12、在一些实施方式中，超颖透镜还包括反射结构。反射结构位于所述多个超颖原子中的一者的第一部位与第二部位之间。

13、在一些实施方式中，第一部位与第二部位中的至少一者的侧向特征尺寸介于30纳米至450纳米之间。

14、在一些实施方式中，所述多个超颖原子中的一者的第二部位上方还包括第三部位。第三部位在基材结构上的正投影区域至少部分地重叠于第二部位在基材结构上的正投影区域。

15、本发明的另一方面是有关于一种形成光学模组的方法包括：沉积第一超材料层于基材结构上方；图案化第一超材料层，直到暴露基材结构，以形成彼此分离的多个第一部位，并使得所述多个第一部位形成多个次波长结构；沉积介电材料覆盖所述多个第一部位与基材结构，其中介电材料的折射率小于第一超材料层的折射率；对介电材料执行平坦化工艺，以使经平坦化的介电材料的顶表面实质上齐平于所述多个第一部位的多个顶表面；沉积第二超材料层于经平坦化的介电材料上方；图案化第二超材料层，直到暴露介电材料，以形成彼此分离的多个第二部位，并使得所述多个第二部位形成多个次波长结构，其中所述多个第二部位中的每一者至少部分地重叠于所述多个第一部位中的对应者；以及设置光波导，其中所述多个第一部位与所述多个第二部位用以接收来自光波导的光信号。

16、在一些实施方式中，所述多个第二部位与所述多个第一部位包括的材料具有介于1.2至4之间的折射率。

17、在一些实施方式中，所述多个第二部位中的每一者在基材结构上的正投影区域重叠于所述多个第一部位中的所述对应者在基材结构上的正投影区域。重叠的比值在0.3与1之间。

18、在一些实施方式中，方法还包括形成反射结构于所述多个第二部位中的一者上方。

19、本发明的又另一方面是有关于一种形成光学模组的方法包括：沉积第一介电材料于基材结构上方；图案化第一介电材料，以形成多个第一沟槽暴露基材结构；沉积第一超材料层覆盖经图案化的第一介电材料并填充所述多个第一沟槽；对第一超材料层执行第一平坦化工艺，以形成彼此分离的多个第一部位于所述多个第一沟槽中，并使得所述多个第一部位形成多个次波长结构，其中所述多个第一部位的多个顶表面实质上齐平于经图案化的第一介电材料的顶表面；沉积第二介电材料于经图案化的第一介电材料与所述多个第一部位上方；图案化第二介电材料，以形成多个第二沟槽；沉积第二超材料层覆盖经图案化的第二介电材料并填充所述多个第二沟槽；对第二超材料层执行第二平坦化工艺，以形成彼此分离的多个第二部位于所述多个第二沟槽中，并使得所述多个第二部位形成多个次波长结构，且所述多个第二部位至少部分地重叠于所述多个第一部位；以及设置光波导，其中所述多个第一部位与所述多个第二部位用以接收来自光波导的光信号。

20、在一些实施方式中，第一介电材料与第二介电材料包括不同材料。

21、在一些实施方式中，方法还包括：在形成所述多个第一部位后，形成反射结构于所述多个第一部位中的至少一者上方，其中沉积第二介电材料，使得第二介电材料覆盖反射结构。

22、综上所述，于本发明的一些实施方式的光学模组及形成光学模组的方法中，通过分层堆叠形成具有高深宽比的超颖原子，可以提供更大的相位调控范围与更高的光学效率。此外，在超颖透镜阵列中同时配置具有反射功能与具有透射功能的超颖透镜，可以在对准过程中，利用具有反射功能的超颖透镜将来自硅光子晶片或光纤阵列单元的部分光信号反射，并利用光侦测器测量回返光强度，借此精确判断光轴对准状态。如此一来，可以在封装过程中达成自动化的次微米级对准精度，而无需借助外部显微镜或人工调整。同时，形成光学模组所采用的方法可采用标准薄膜沉积与光刻工艺，具备高度量产潜力，且能有效提升光学模组的耦合效率与封装可靠度。

23、本发明的这些与其他方面通过结合附图对优选实施例进行以下的描述，本发明的实施例将变得显而易见，但在不脱离本发明的新颖概念的精神和范围的情况下，可以进行其中的变化和修改。