[实用新型]硅基光耦合结构、硅基单片集成光器件

说明书

本申请提供一种硅基光耦合结构、硅基单片集成光器件。该硅基光耦合结构包括：第一凹槽部，其形成于绝缘体上的硅(SOI)衬底的衬底硅中；第一光波导结构，其形成于所述绝缘体上的硅(SOI)衬底的顶层硅中；第二光波导结构，其在横向上与所述第一光波导结构连接，在横向的第一方向上延伸，并且，所述第二光波导结构位于所述第一凹槽部上方；以及贯通槽，其形成于所述第二光波导结构在横向的第二方向的两侧，所述第二方向与所述第一方向垂直，所述贯通槽与所述第一凹槽部连通，其中，所述第二光波导结构的材料的折射率低于所述第一光波导结构的材料的折射率。本申请能够提高光场的耦合效率。

技术领域

本申请涉及半导体技术领域，尤其涉及一种硅基光耦合结构，以及硅基单片集成光器件。

背景技术

硅光子实用化面临的一大技术难题在于光源，由于硅是间接带隙材料，发光效率低，带边吸收系数低，难以实现硅发光器件。

利用耦合器将外部光源的光引入芯片和采用Ⅲ-Ⅴ族混合集成激光器是目前最主流的引入光源的方法。

除去以上方法，以英特尔(Intel)为首研究的全硅拉曼激光器和以美国麻省理工学院、美国加州大学为首研究的硅上锗、III-V量子点单片集成激光器也在近年取得了一系列突破，激光器性能逐步达到实用要求，为未来实现完全CMOS工艺兼容的硅基光互连提供了技术储备。

应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本申请的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

实用新型内容

硅基单片集成激光器需要在硅或绝缘体上硅上外延生长锗、III-V等直接带隙材料，因为材料体系与材料高度的差异，实现激光器与硅光芯片的高效光场耦合极具挑战，是目前硅基单片集成激光器实用化面对的重要挑战之一。

本申请实施例提供一种硅基光耦合结构及其制造方法，以及硅基单片集成光器件及其制造方法，该硅基光耦合结构具有悬空的结构，由此，能够实现光场的高效耦合。

根据本申请实施例的一个方面，提供一种硅基光耦合结构，包括：

第一凹槽部，其形成于绝缘体上的硅(SOI)衬底的衬底硅中；

第一光波导结构，其形成于所述绝缘体上的硅(SOI)衬底的顶层硅中；

第二光波导结构，其在横向上与所述第一光波导结构连接，在横向的第一方向上延伸，并且，所述第二光波导结构位于所述第一凹槽部上方；以及

贯通槽，其形成于所述第二光波导结构在横向的第二方向的两侧，所述第二方向与所述第一方向垂直，所述贯通槽与所述第一凹槽部连通，其中，所述第二光波导结构的材料的折射率低于所述第一光波导结构的材料的折射率。

根据本申请实施例的另一方面，其中，所述硅基光耦合结构还具有：

支撑结构，其形成于所述贯通槽中，在第二方向上与所述贯通槽尺寸相同，从所述第二方向上支撑所述第二光波导结构。

根据本申请实施例的另一方面，其中，第二光波导结构具有：

矩形波导，其在横向上为矩形，沿所述第一方向延伸；

锥形波导，其在横向上为锥形，沿所述第一方向延伸，并且在第一方向上的两端部的宽度不同，其中，在所述第一方向上，所述矩形波导与所述锥形波导的较宽的端部连接。

根据本申请实施例的另一方面，其中，所述第二光波导结构的材料是氧化硅。

根据本申请实施例的另一方面，所述第一光波导结构在靠近所述第二光波导结构的一侧具有反锥形结构。

根据本申请实施例的另一方面，其中，