[发明专利]具有介质波导的化合物半导体光子集成电路

权利要求书

1.一种通过外延在衬底上生长的光子集成电路，该光子集成电路包括：

在衬底的第一部分之上形成的至少一个有源元件，其中使用III-V化合物半导体材料形成该至少一个有源元件和该衬底；

在衬底的第二部分之上形成III-V化合物半导体波导，其中该III-V化合物半导体波导是由III-V化合物半导体结构形成的，并且其中III-V化合物半导体结构是通过蚀刻衬底而形成的；以及

在衬底的第三蚀刻部分之上形成的介质波导，使得该介质波导通过III-V化合物半导体波导与至少一个有源元件光接触，并且邻接该III-V化合物半导体波导，其中该蚀刻部分与第一和第二部分分开。

2.根据权利要求1所述的光子集成电路，进一步包括沉积在介质波导内的抗反射层。

3.根据权利要求1所述的光子集成电路，其中介质波导中的模式的E_x和E_y场分布匹配III-V化合物半导体波导中的模式的E_x和E_y场分布。

4.根据权利要求3所述的光子集成电路，进一步包括：

形成在衬底之上且与介质波导光耦合的斑点大小转换器，其中该斑点大小转换器从介质波导接收第一光模式并且向III-V化合物半导体波导、多个输出波导、光电二极管、光放大器和光发射器中的至少一个提供第二光模式。

5.根据权利要求1所述的光子集成电路，进一步包括光栅元件，其光连接至III-V化合物半导体波导并且将III-V化合物半导体波导耦合至外部单模和多模光纤中的至少一个。

6.根据权利要求1所述的光子集成电路，进一步包括沉积在衬底上的金属层，其中在所述金属层上形成介质波导。

7.根据权利要求1所述的光子集成电路，其中该介质波导是以下各项中的一个：

i）与光子集成电路的III-V化合物半导体波导的脊结构相匹配的平板波导；

ii）与光子集成电路的III-V化合物半导体波导的脊结构相匹配的脊波导；

iii）使用光子集成电路中的凹入蚀刻的空间形成的平板波导；

iv）被形成为使得它能在有源波导和无源波导中的至少一个的选择性区域再生长中使用的平板波导；以及

v）掩埋波导结构。

8.根据权利要求1所述的光子集成电路，其中该光子集成电路包括InGaAsP、AlGaAs和InGaAlAs中的至少一个的合金。

9.根据权利要求1所述的光子集成电路，其中该至少一个有源元件包括光发射器和光接收器中的至少一个。

10.根据权利要求1所述的光子集成电路，其中介质波导由多个层形成，所述多个层包括：

在衬底和金属层中的至少一个上形成的二氧化硅层；

在二氧化硅层上形成的第一氮氧化硅层；

在第一氮氧化硅层上形成的第二氮氧化硅层；和

在第二氮氧化硅层上形成的第三氮氧化硅层。

11.根据权利要求1所述的光子集成电路，其中III-V化合物半导体结构包括：

在衬底之上形成的第一InGaAsP层，其中第一InGaAsP层是用于沉积介质波导的蚀刻停止层；

在第一InGaAsP层上形成的第二InGaAsP层；

在第二InGaAsP层上形成的第二蚀刻停止层；

和

在第二蚀刻停止层上形成的薄波导层，其中使用III-V化合物半导体材料形成该薄波导层，并且其中III-V化合物半导体材料是InGaAsP和InGaAlAs中的至少一个。