光电集成芯片、具有光电集成芯片的光学部件和用于生产该光电集成芯片的方法与流程

文档序号:12512033阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种光电集成芯片(2),所述光电集成芯片具有:

基板(20);

多个材料层,所述多个材料层布置在所述基板(20)的上侧(21);

光波导,所述光波导集成在所述芯片(2)的一个或多个波导材料层中;以及

光栅耦合器(60),所述光栅耦合器形成在所述光波导中,并且在所述波导材料层的出层平面方向上引起在所述波导中引导的辐射的光束偏转,或者在所述波导材料层的入层平面方向上使辐射的光束偏转以耦合到所述波导中;

其特征在于:

光学衍射和折射结构(100、100a)被集成在所述光栅耦合器(60)上方或下方的所述芯片(2)的材料层中,或者集成在所述光栅耦合器(60)上方或下方的多个材料层中,或者集成在所述基板(20)的后侧,并且在所述辐射被耦合入所述波导中之前或者所述辐射被耦合出所述波导外之后执行所述辐射的光束整形。

2.根据权利要求1所述的光电集成芯片(2),其特征在于:

所述光学衍射和折射结构(100、100a)形成透镜、分束器或者偏振分离器。

3.根据前述权利要求中的任一项所述的光电集成芯片(2),其特征在于:

所述光学衍射和折射结构(100、100a)利用在所述光栅耦合器(60)上方或者下方的所述芯片(2)的一个或多个材料层中的台阶形成,或者所述光学衍射和折射结构(100、100a)至少还包括这样的台阶。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的光电集成芯片(2),其特征在于:

所述波导是脊形波导(50),所述脊形波导包括在所述芯片(2)的波导材料层中形成的脊,以及

所述光学衍射和折射结构(100、100a)被集成在所述脊上方或者下方的所述芯片(2)的一个或多个层中。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的光电集成芯片(2),其特征在于:

所述脊形波导(50)被形成在SOI材料的硅覆盖层中,以及

所述光学衍射和折射结构(100、100a)被集成在所述硅覆盖层上方的所述芯片(2)的一个或多个层中。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的光电集成芯片(2),其特征在于:

所述衍射和折射结构(100)是二维的并且处于与所述波导材料层(40)平行的平面中,以及

所述衍射和折射结构(100)在两个维度上与位置相关,具体是:沿着所述波导的纵向的维度与位置相关;以及沿着与该维度垂直的维度即垂直于所述波导的纵向的维度与位置相关。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的光电集成芯片(2),其特征在于:

所述衍射和折射结构(100)形成二维Fresnel透镜。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的光电集成芯片(2),其特征在于:

所述波导是具有脊(51)的SOI脊形波导(50),所述脊(51)形成在二氧化硅层(30)上的SOI材料的波导硅层(40)中,并且所述脊(51)的纵向沿着在所述SOI脊形波导中引导的辐射的传播方向延伸,以及

所述衍射和折射结构(100)是二维的并且处于与所述波导硅层(40)平行的平面中,所述衍射和折射结构(100)在两个维度上与位置相关,具体是:沿着所述SOI波导的脊的纵向的维度与位置相关;以及,沿着与该维度垂直的维度即垂直于所述SOI波导的脊的纵向的维度与位置相关。

9.根据权利要求8所述的光电集成芯片(2),其特征在于:

网(52、53)位于所述脊(51)旁边,所述网的层高低于所述脊(51)的层高。

10.根据权利要求8至9中的任一项所述的光电集成芯片(2),

其特征在于:

至少部分所述波导硅层(40)从所述脊(51)的旁边移除。

11.根据前述权利要求中的任一项所述的光电集成芯片(2),其特征在于:

所述光栅耦合器(60)是一维或者二维光栅耦合器(60)。

12.一种具有根据前述权利要求1至11中的任一项所述的光电集成芯片(2)的元件。

13.根据权利要求12所述的元件(1),其特征在于:

所述光学元件(1)包括纤维,所述纤维的纤维端在所述光学衍射和折射结构(100、100a)的背离所述光栅耦合器(60)的一侧耦合至所述光学衍射和折射结构(100、100a),

所述纤维的纵向在所述纤维端所在的区域中与所述芯片(2)的所述波导层几乎垂直地定向。

14.根据权利要求12或者13所述的元件(1),其特征在于:

所述光学元件(1)包括辐射发射器,所述辐射发射器在所述光学衍射和折射结构(100、100a)的背离所述光栅耦合器(60)的一侧耦合至所述光学衍射和折射结构(100、100a),

所述辐射发射器的辐射方向与所述芯片(2)的所述波导层几乎垂直地定向。

15.根据前述权利要求12至14中的任一项所述的元件(1),

其特征在于:

所述光学元件(1)包括辐射检测器,所述辐射检测器在所述光学衍射和折射结构(100、100a)的背离所述光栅耦合器(60)的一侧耦合至所述光学衍射和折射结构(100、100a),

所述辐射检测器的主动接收表面与所述芯片(2)的所述波导层平行地定向。

16.一种用于生产光电集成芯片(2)的方法,所述光电集成芯片包括基板(20)和涂覆在所述基板(20)的上侧(21)的多个材料层,其中,在所述方法中:

把光波导集成在所述芯片(2)的一个或者多个波导材料层中;以及

把光栅耦合器形成在所述光波导中并且所述光栅耦合器在所述波导材料层的出层平面方向上引起在所述波导中引导的辐射的光束偏转,或者在所述波导材料层的入层平面方向上使辐射的光束偏转以耦合到所述波导中;

其特征在于:

光学衍射和折射结构(100、100a)被集成在所述波导上方或下方的材料层中,或者集成在所述波导上方或下方的所述芯片(2)的多个材料层中,或者集成在所述基板(20)的后侧,并且,在所述辐射被耦合入所述光栅耦合器(60)中之前或者所述辐射被耦合出所述光栅耦合器(60)外之后,执行所述辐射的光束整形。

17.根据权利要求16所述的方法,其特征在于:

生产透镜、分束器或者偏振分离器以作为所述光学衍射和折射结构(100、100a)。

18.根据前述权利要求16至17中的任一项所述的方法,其特征在于:

所述光学衍射和折射结构(100、100a)的生产还至少包括至少一个光刻步骤和至少一个蚀刻步骤,所述至少一个蚀刻步骤用于在所述光栅耦合器(60)上方或下方的所述芯片(2)的一个或者多个材料层中蚀刻台阶。

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