[发明专利]包括掩埋式光波导和输出耦合器的光学器件

权利要求书

1.一种光学装置，包括：

光波导，其用于将光导引到光纤，其中，所述光波导包括第一端和第二端，其中，所述第一端用于接收从光源输入的光，并且所述第二端包括锥形段，所述锥形段将所接收的光传播到所述光纤；以及

半导体衬底，其中，所述锥形段被掩埋在所述半导体衬底的表面下方，以将所述半导体衬底内的所接收的光从第一光模式转变为第二光模式，以减少在所接收的光从所述光波导到所述光纤的传播期间的光损失。

2.根据权利要求1所述的光学装置，其中，所述半导体衬底的所述表面包括硅光子芯片的底表面，并且其中，所述硅光子芯片包括无源或有源光子部件中的至少一个或多个，所述无源或有源光子部件包括但不限于波导、激光器、光电检测器、调制器或分束器。

3.根据权利要求1所述的光学装置，其中，所述第一光模式包括在所述光波导的所述第一端处接收的光的光模式，并且所述第二光模式包括所述光纤的光模式。

4.根据权利要求1所述的光学装置，其中，所述锥形段的横截面尺寸具有的数值孔径(NA)接近或基本匹配所述光纤的所述NA。

5.根据权利要求1所述的光学装置，其中，所述锥形段在所述光波导的所述第二端处的横截面尺寸具有大约10微米的厚度。

6.根据权利要求1所述的光学装置，其中，所述半导体衬底是硅衬底，并且光波导由被埋在所述硅衬底内的外延生长的单晶硅形成。

7.根据权利要求6所述的光学装置，其中，所述光波导的所述锥形段被耦合到输出小面以形成光耦合器，并且所述输出小面被蚀刻在所述硅衬底内。

8.根据权利要求7所述的光学装置，其中，所述光耦合器是光学边缘耦合器或背面光耦合器中的至少一个，以耦合至所述光纤。

9.根据权利要求8所述的光学装置，其中，所述光耦合器包括输出边缘耦合器，并且用于将所述光纤直接耦合到所述锥形段。

10.根据权利要求8所述的光学装置，其中，所述光耦合器包括背面光耦合器，并且包括被蚀刻在所述硅衬底内以接收从所述锥形段反射的光的硅透镜。

11.根据权利要求1-10中任一项所述的光学装置，其中，所述半导体衬底的所述表面包括硅光子器件的平面表面。

12.一种形成光学装置的光波导的方法，包括：

提供半导体衬底；以及

在所述半导体衬底内部设置沟槽，所述设置包括形成所述光波导的锥形段以将光传播到光纤，其中，所述锥形段将被掩埋在所述半导体衬底的表面下方以将在所述半导体衬底内传播的光转变为所述光纤的光模式，以减少在所述光从所述光波导到所述光纤的传播期间的光损失。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，设置所述沟槽包括在所述半导体衬底内沿着所述沟槽的底部蚀刻所述锥形段的斜坡。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，设置所述沟槽还包括：

沿着所述沟槽的侧壁和所述底部沉积绝缘体层；

从所述沟槽的所述底部去除所述绝缘体层；以及

执行热氧化以在所述沟槽的所述底部形成氧化物层，以形成所述光波导的包覆层。

15.根据权利要求14所述的方法，还包括：

外延生长单晶硅以形成所述锥形段的主体；以及

抛光所述单晶硅以平坦化所述半导体衬底。

16.根据权利要求12所述的方法，还包括蚀刻出输出小面以接收所传播的光，以帮助将所述光波导耦合到所述光纤。