例，光学有源材料包括以下所列项目中的至少一种:II1-V材料系统、I1-VI材料系统及其包括砷化镓、锑化镓、氮化镓、磷化铟、铟铝砷化物、铟砷磷化物、铟镓磷化物、磷化镓、铟镓砷化物、铟镓砷磷化物至少之一的异质结构。希望地，光学有源材料包括晶体、多晶或非晶材料。本发明的实施例不限于用于光学有源材料的特定材料/材料系统，实际上，光学有源材料可采用不同的且广泛范围的材料，该特征可根据其中可采用本发明实施例的装置和/或光学系统/应用而提供增加功能性的优点。适当的材料堆叠和/或量子点包括在本发明用于光学有源材料的范围内。
[0032]优选的，光子结构包括至少一个光波导。通过该特征，光可从预限定结构传输和/或耦合至希望的位置。
[0033]希望的，光学有源材料具有与光子结构的传输范围实质上相匹配的发射波长(emiss1n wavelength)。在本发明的一个实施例中，这个特征可有利于提高和/或希望的光学親合/光传输。
[0034]根据一个实施例，结晶籽晶层包括结晶晶片。根据另一个实施例，所述结晶籽晶层包括结晶氧化层。在本发明的一个实施例中，所述结晶籽晶层为所述光学有源材料在预限定结构中成长提供结晶模板，从而延伸了对于本发明实施例的改进光学耦合和/或装置性能的优点。希望的，所述结晶籽晶层包括以下所列项目中的至少一个:硅，锗，硅锗，II1-V化合物半导体，结晶氧化物以及钛酸锶钡。与包括结晶氧化物层的结晶籽晶层相关联的优点包括下列功能的任意组合:作为绝缘层，提供与下面的在本发明的一个典型实施例中所提供的宿主基底的绝缘，其中结晶籽晶层包括结晶氧化物层，它可被用于相对于被成型为包括波导结构的光学无源组件的较低覆层(cladding layer)，它还被用作可调折射率的材料。进而，并且与先前提出的装置相比，结晶氧化物层不必与光学有源材料的晶格兼容。
[0035]优选的，本发明的实施例包括通过光学有源材料的交替层实施的至少一个垂直腔表面发射激光器。该特征包括用于通过垂直腔特征光学耦合光学有源材料与光学无源组件的耦合方案。具体而言，建议垂直腔表面发射激光器具有形成电介质的布拉格反射器(Bragg reflectors)的光学有源材料的交替层。该特征的优点可为可按希望通过改变镜反射性(即，采用更多或更少的光学有源材料的交替层，或通过改变光学有源材料层堆叠的构成)而调整耦合特性。该特征的进一步优点可以是:在希望节省横向平面中的空间的光学系统/应用中易于本发明实施例的集成/实施。在此方面，且希望地，垂直腔表面发射激光器的至少一个发射区域相对于光学无源组件定位成使得垂直腔表面发射激光器产生的光实质上耦合在以下所列项目中的至少一个中:相对于光学无源组件的表面的垂直平面以及横向在光学无源组件的面内方向上。通过该特征，光可从垂直腔表面发射激光器耦合在希望的平面中或相对于光学无源组件的平面中，并且因此可扩展其中可采用本发明实施例的应用/光学系统的范围加宽的优点。
[0036]优选的，有关于本发明实施例中的具有横向腔特征的第一耦合方案，通过对接耦合将光学有源材料生成的光耦合至光子结构中。与本发明实施例中的这个特征相关的优点包括:大体横向的减轻了从光学有源材料到光子结构的光学耦合，减轻了制造和/或集成，特别是当光子结构包括硅时，因为这样的结构可通过确立的互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺制造。希望的，在本发明的实施例中，光子结构包括实施为电介质的布拉格反射器的线腔，除了上面描述的关于对接耦合的优点，该特征提供了便于激光源以及激发发射的进一步优点。
[0037]优选的，关于具有横向腔特征的第二耦合方案，本发明的一个实施例包括至少一个一维光子晶体腔，其中周期性的孔形成在光子结构的面内方向上并且在光子结构的一区域中，在该区域中光学有源材料产生的光实质上光学耦合到光子结构。因为实施为一维光子晶体腔的横向腔的模态体积和/或品质因数可更好地控制，所以对应的优点通过前述特征延伸至本发明实施例。就此而言，周期性孔的孔尺寸希望的向至少一个朝着光子结构的方向锥形的渐渐增加。该渐渐增加的锥形孔延伸了本发明实施例的腔模的模式塑造、较高品质因子以及改善的品质因数与模态体积的比等优点。
[0038]优选的，关于具有横向腔特征的第三耦合方案，本发明的实施包括至少一个二维光子晶体腔，在二维光子晶体腔中，周期性的孔形成在光子结构的两个面内方向上。利用实施为二维光子晶体腔的横向腔可实现甚至更好地控制两个面内方向上的模态体积、品质因数和/或改进的品质因数与模态体积的比，并且因此对应的优点可延伸至本发明的实施例。在本发明的实施例中，该二维光子晶体腔希望的包括至少以光子结构和光学有源材料实施的混合材料腔。这个特征给予了本发明实施例以易于实施的优点，这是因为腔并不限于形成在光学有源材料中或是光子结构中。进而，这样的实施可适于特定装置和/或应用，并且因此可给予本发明实施例以多功能的优点。可替代的，该二维腔优选的实质上实施在光学有源材料中，就本申请的实施例而言，该特征可被用于瞄准特定设备和/或应用。关于第三耦合方案，在此，希望地，提供至少一个光子晶体波导，光子晶体波导构造为将光学有源材料产生的光耦合到至少一个希望的位置，该特征可提供光学有源材料产生的光到所希望位置的改善的光学耦合，并且因此有助于改善本发明实施例的装置性能。关于包括二维光子晶体腔的本发明实施例，优选地，周期性的孔实质上具有相同的尺寸。该特征具有有关易于制造和/或实施的优点，并且因此给予本发明实施例以这样的对应优点。
[0039]希望的，并且关于具有横向腔特征的第四耦合方案，本发明的实施例包括至少两种材料的交替层的至少一个环形光栅(circular grating)，该两种材料之一的折射率低于该两种材料中的另一个。这样的横向腔设计可提供方位对称，导致实质上对于所有面内k向量的带隙。此外，这样的腔设计可有助于实现较高的品质因数值，例如，106。关于第四耦合方案，光子结构优选的包括线波导，该特征的优势延伸了本发明实施例的一下优点:易于从光学有源材料到光子结构的实质横向的光学耦合，易于制造和/或集成。关于第四耦合方案，希望的，光子结构包括至少一个位于环形光栅和其一个区域之间的锥形区域，由该光学有源材料生成的光实质上耦合进入该区域。锥形特征可被用来利于匹配基于光学有源材料以及光学无源组件的光源的各自模尺寸，例如，其中的光源是II1-V族材料系统，以及光学无源组件包括硅光波导。这样，本发明实施例中的模增益可进一步得到改善。
[0040]还提供对应的方法，并且因此根据本发明第二方面的实施例，提供制造在至少一个光学应用中使用的半导体装置的方法包括:
[0041]-在结晶籽晶层形成预限定结构，其中结晶籽晶层可提供为光学无源组件的一部分。光学无源组件可实质上操作于光学无源模式。结晶籽晶层可包括或可以是结晶晶片。
[0042]所述方法进一步包括步骤:
[0043]-在预限定结构中生长光学有源材料，其中所述光学有源材料包括或由以下所列项目组成:II1-V材料以及I1-VI材料。光学有源材料可实质上操作于光学有源模式。
[0044]所述方法进一步包括步骤:
[0045]-构成包括至少一个无源光子结构的光学无源组件。
[0046]根据所述方法的进一步实施例，继在预限定结构中外延生长光学有源材料之后执行构造包括光子结构的光学无源组件。
[0047]根据进一步的实施例，提供了去除多余光学有源材料的清除步骤。所述多余光学有源材料可以是任何位于预限定结构周围和/或位于光学无源组件之上的光学有源材料。可通过湿法化学蚀刻、化学机械抛光或任何适合该目的的方法完成多余光学有源材料的去除。优选的，在构成包括无源光子结构的无源组件之前实施所述清除步骤。
[0048]根据所述方法的进一步实施例，所述预限定结构被形成并且延伸至结晶晶片中。
[0049]根据所述方法的进一步实施例，所述预限定结构被形成并具有大于I的纵横比(即，高度与其宽度/直径之比)，更优选的，可大于3。
【附图说明】
[0050]现在将参考示例性的附图，其中:
[0051]图1a示出了本发明的实施例的侧视图；
[0052]图1b示出了本发明的另一个实施例的侧视图；
[0053]图2a至2d示出了本发明实施例的对应于制造本发明一个实施例的流程的各个阶段的顶部视图；
[0054]图3a和3b示出了本发明的实施例中具有横向腔特征的第一耦合方案；
[0055]图4示出了本发明的实施例中具有横向腔特征的第二耦合方案；
[0056]图5a至5c示出了本发明的实施例中具有横向腔特征的第三耦合方案；
[0057]图6a和图6b示出了本发明的实施例中具有横向腔特征的第四耦合方案；以及
[0058]图7a和7b示出了具有垂直腔特征的耦合方案。
【具体实施方式】
[0059]在说明书内，采用相同的附图标记或符号表示相同的部件等。
[0060]现在参见图la，图1示出了根据本发明第一方面的实施例的半导体装置1，其包括至少一个光学无源组件或区域2，当半导体装置I处于使用中时，其实质上以光学无源模式可操作，光学无源模式用于传输和/或耦合来自给定位置的光到所希望的位置，而不是用于产生、放大、探测和/或调制光。光学无源组件2构造为包括至少一个预限定结构5，其延伸至在光学无源组件2中提供的结晶籽晶层4的至少一个上表面4’，或者，如图1a中所示的本发明的一个给定实施例，甚至延伸进入结晶籽晶层4。还提供至少一种光学有源材料3，包括至少一种实质上以光学有源模式可操作的材料，其选择为适合于光的产生、放大、探测和/或调制。光学有源是指光学有源材料3具有促进光发射和/或通过提供光学增益的光放大特性，使得其适合于光源，例如激光器和诸如半导体光学放大器的光放大器，和/或相对高的非线性，使得它适合于调制器的制造，或具有用于制造探测器的相当高的吸收特性。使其适合用于制造调制器，或者具有相对高的吸收属性使其适合用于制造探测器。光学有源材料3生长在预限定结构5中，在此之后，光学无源组件2被构成为包括至少一个光子结构6。因此，光学有源材料3至少在一横向平面中与光学无源组件2 (特别是其诸如光子结构6的特征)光学耦合。
[0061]在本发明的一个实施例中，光学无源组件2 (optically passive aspect 2)包括提供在结晶籽晶层(crystalline seed layer)上表面4’上的多层结构6’，6”。在一个优选实施例中，包括光波导的光子结构6 (photonic structure)被图案化在多层结构6’，6”的至少一个层6”中。就此而言，选择多层结构6’，6”的材料以支持光学有源材料3所生成的光到光子结构的光学耦合，以及支持光子结构6的波导特性。在一个优选实施例中，多层结构6’，6”的材料成份选择为一个层比另一个层具有较高的折射率。因此，通过示例的方式，可为多层结构6’中的一个作为核心层的层6”选择硅，而为另一个层选择硅氧化物，从而6”用于覆层，同时在多层结构6’，6”的核心硅层6”中图案化包括光波导的光子结构6。在本发明的一个优选实施例中，多层结构6’，6”包括上覆层6’，核心层6”以及毗邻结晶籽晶层4的上表面4’布置的下覆层6’。通常，选择多层结构6’，6”的材料以使得预限定结构5包括电介质孔(dielectric aperture)，在其中生长光学有源材料3。就此而言，选择多层结构6’，6”的材料以使得电介质孔包括以下所列项目中的至少一种:娃、锗、砷化镓、铺化镓、氮化镓、磷化铟、铟销砷化物、铟砷磷化物、铟镓磷化物、磷化镓、铟镓砷化物、铟镓砷磷化物、氧化铝、五氧化二钽、二氧化铪、二氧化钛、二氧化硅、氮化硅以