[发明专利]光学器件及其制造方法

权利要求书

1.一种光学器件，包括：

设置在半导体衬底中的沟槽；

设置在所述沟槽中的第一包层；以及

设置在所述第一包层之上的至少一个芯区。

2.如权利要求1所述的光学器件，其中所述半导体衬底包括体单晶硅，所述沟槽包括与所述半导体衬底的表面基本垂直的侧壁。

3.如权利要求2所述的光学器件，其中所述光学器件包括至少一个波导结构和至少一个光耦合器结构，所述芯区的第一侧壁离所述沟槽的第一侧壁距离d1，所述芯区的第二侧壁离所述沟槽的第二侧壁距离d2。

4.如权利要求3所述的光学器件，其中距离d1和d2大于约0.27μm，所述波导中的泄漏损失小于1dB/mm。

5.如权利要求3所述的光学器件，其中所述第一包层的顶表面低于所述半导体衬底的顶表面，距离d1和d2大于约0.35μm，所述波导中的泄漏损失小于1dB/mm。

6.如权利要求3所述的光学器件，其中：

所述波导结构耦合到所述光耦合器结构，所述光耦合器结构包括以下中的至少一个：设置在所述第一包层的一部分顶表面中的光栅，垂直光栅耦合器，光束方向改变器件，光收发器和光-电转换器件；且

所述光耦合器结构包括与所述波导结构的顶表面基本共平面设置的顶表面。

7.如权利要求1所述的光学器件，还包括反射构件，该反射构件是邻近所述第一包层设置和设置在所述第一包层中的至少一种情况，该反射构件包括以下中的至少一种：金属反射器、布拉格反射器、分布式布拉格反射器、以及至少包括第一材料层和第二材料层且第一和第二材料层每个都接触第三材料层的结构，第三材料层具有与第一和第二材料层不同的折射率。

8.如权利要求1所述的光学器件，还包括第二包层，设置为覆盖所述芯区的顶表面和侧壁的至少一部分。

9.如权利要求1所述的光学器件，其中所述芯区包括以下中的至少一种：有缺陷单晶硅、单晶硅、大晶粒多晶硅、以及晶化非晶硅。

10.一种光学器件，包括：

设置在体单晶硅中的沟槽，该沟槽的侧壁基本垂直于所述硅衬底的表面或者向外倾斜以使得在沟槽的表面处的沟槽宽度大于在沟槽的底部处的沟槽宽度；

设置在所述沟槽中并具有顶表面的的第一包层，该顶表面是以下情况中的一种：与所述硅衬底的表面基本共平面、在所述硅衬底的表面之下、在所述硅衬底的表面之上；

设置在该第一包层之上的芯区，包括有缺陷单晶硅、单晶硅、大晶粒多晶硅和晶化非晶硅中的至少一种，其中所述芯区设置来提供至少一个波导，该波导耦合到至少一个垂直光耦合器，该垂直光耦合器的顶表面与所述波导的顶表面基本共平面；以及

第二包层，设置来覆盖所述芯区的顶表面和侧壁的至少一部分。

11.一种制造光学器件的方法，包括：

在硅衬底中形成沟槽；

基本在所述沟槽内形成第一包层；以及

在所述第一包层上形成芯区。

12.如权利要求11所述的方法，其中：

所述第一包层由具有通式Si_xN_yO_z的电介质材料形成；

所述第一包层的顶表面与所述硅衬底的顶表面基本共平面或者低于所述硅衬底的顶表面；且

所述硅衬底包括体单晶硅。

13.如权利要求11所述的方法，还包括利用所述芯区形成至少一个波导和至少一个光耦合器。

14.如权利要求13所述的方法，还包括形成反射层，该反射层设置为以下之一：在所述第一包层之下，在所述第一包层之上，以及在所述第一包层内，且该反射层邻近以下中至少一个的至少一部分设置：波导、光耦合器、以及将所述波导耦合到所述光耦合器的区域。

15.如权利要求11所述的方法，还包括形成第二包层，该第二包层覆盖所述芯区的顶表面和侧表面的至少一部分。

16.如权利要求11所述的方法，其中形成所述芯区还包括形成有缺陷单晶硅、单晶硅、大晶粒多晶硅、晶化多晶硅和晶化非晶硅中的至少一种的层。