[发明专利]硅基光耦合结构、硅基单片集成光器件及其制造方法

权利要求书

1.一种硅基光耦合结构，包括：

形成于绝缘体上的硅(SOI)衬底的顶层硅中的第一光栅结构和第一光波导结构，所述第一光栅结构的条形刻痕分布于横向上，并且，所述第一光栅结构和所述第一光波导结构在横向上连接；

位于所述第一光栅结构的上方的第二光栅结构，所述第二光栅结构的条形刻痕分布于横向上，并且，所述第二光栅结构与所述第一光栅结构在纵向上对置；

与所述第二光栅结构在横向上连接的第二光波导结构；以及

覆盖所述第一光栅结构、所述第一光波导结构、所述第二光栅结构以及所述第二光波导结构的外包层，

其中，所述外包层的材料的折射率低于所述第一光栅结构的材料、所述第一光波导结构的材料、所述第二光栅结构的材料以及所述第二光波导结构的材料的折射率。

2.如权利要求1所述的硅基光耦合结构，其中，

所述第一光栅结构的条形刻痕位于所述顶层硅的上表面，并且，所述第一光栅结构的条形刻痕在纵向上不穿透所述顶层硅。

3.如权利要求1所述的硅基光耦合结构，其中，

所述第二光栅结构的条形刻痕位于所述第二光栅结构的下表面，并且，所述第二光栅结构的条形刻痕在纵向上不穿透所述第二光栅结构。

4.如权利要求1所述的硅基光耦合结构，其中，

所述第二光栅结构的材料和所述第二光波导结构的材料为氮化硅(SiN)、氮氧化硅(SiON)、多晶硅(Poly Silicon)或者非晶硅(Amorphous Silicon)。

5.如权利要求1所述的硅基光耦合结构，其中，

所述外包层的材料为二氧化硅(SiO₂)。

6.如权利要求1所述的硅基光耦合结构，其中，

所述第一光栅结构的横向的中心与所述第二光栅结构的横向的中心在横向上位置相同。

7.一种硅基单片集成光器件，具有：

如权利要求1～6中任一项所述的硅基光耦合结构；以及

形成于所述绝缘体上的硅(SOI)衬底的所述顶层硅表面的激光器，和/或形成于所述绝缘体上的硅(SOI)衬底的所述顶层硅中的硅光芯片，

其中，

所述激光器的发光层与所述第二光波导结构高度相同，并在横向上朝向所述第二光波导结构，所述发光层被所述外包层覆盖，

所述硅光芯片的受光部在横向上朝向所述第一光波导结构，所述受光部被所述外包层覆盖。

8.一种硅基光耦合结构的制造方法，包括：

在绝缘体上的硅(SOI)衬底的顶层硅中形成第一光栅结构和第一光波导结构，所述第一光栅结构的条形刻痕分布于横向上，并且，所述第一光栅结构和所述第一光波导结构在横向上连接；

形成覆盖所述第一光栅结构和所述第一光波导结构的第一外包层；

在所述第一外包层表面形成第二光栅结构和第二光波导结构，所述第二光栅结构的条形刻痕分布于横向上，并且，所述第二光栅结构与所述第一光栅结构在纵向上对置，所述第二光波导结构与所述第二光栅结构在横向上连接；以及

形成覆盖所述第二光栅结构以及所述第二光波导结构的第二外包层，

其中，所述第一外包层和所述第二外包层的材料的折射率低于所述第一光栅结构的材料、所述第一光波导结构的材料、所述第二光栅结构的材料以及所述第二光波导结构的材料的折射率。

9.如权利要求8所述的硅基光耦合结构的制造方法，其中，

所述第一光栅结构的横向的中心与所述第二光栅结构的横向的中心在横向上位置相同。

10.一种硅基单片集成光器件的制造方法，所述方法具有如权利要求8～9中任一项所述的硅基光耦合结构的制造方法，

所述方法还具有：

在形成所述第二外包层之后，刻蚀所述第二外包层的一部分区域直至露出绝缘体上的硅(SOI)衬底的所述顶层硅，并在所述顶层硅表面外延生长激光器材料堆栈，并制备激光器，以及形成第三外包层覆盖所述激光器的发光层，其中，所述激光器的发光层与所述第二光波导结构高度相同，并在横向上朝向所述第二光波导结构；和/或

在形成所述第一光栅结构和所述第一光波导结构之前，在所述顶层硅中形成硅光芯片，所述硅光芯片的受光部在横向上朝向所述第一光波导结构，所述受光部被所述第一外包层覆盖。