[发明专利]平滑波导结构和制造方法

权利要求书

1.一种光子集成电路PIC结构，包括：

绝缘体上半导体衬底，包括半导体器件层；

线波导，被形成在所述半导体器件层中，所述线波导具有顶表面和侧壁，并且包括在宽度上朝着窄端减小的渐小的区域；以及

第二波导，在所述窄端处被设置在所述线波导的所述渐小的区域的上面或下面，所述第二波导由与所述线波导不同的材料制成，并且所述第二波导和所述线波导一起形成光学模式转换器，

其中所述侧壁沿着在所述渐小的区域中的所述线波导的长度未横向延伸超过所述线波导的所述顶表面，并且基本上由与所述线波导的结晶平面一致的侧壁部分组成。

2.根据权利要求1所述的PIC结构，其中所述线波导具有底表面，所述底表面被形成在与所述绝缘体上半导体衬底的绝缘体层的接口处。

3.根据权利要求1所述的PIC结构，其中所述侧壁部分包括沿着在所述渐小的区域中的所述线波导的所述长度的一个或多个基本上平面上部以及一个或多个基本上平面下部，所述一个或多个基本上平面上部以相对于所述线波导的所述顶表面的锐角从所述线波导的顶边缘延伸，并且所述一个或多个基本上平面下部以相对于所述线波导的底表面的锐角从所述线波导的底边缘延伸，所述上部和所述下部在所述线波导的中间水平面处相接。

4.根据权利要求1所述的PIC结构，其中所述线波导的截面具有沙漏形状。

5.根据权利要求1所述的PIC结构，其中所述侧壁沿着所述渐小的区域中的所述长度具有亚纳米表面粗糙度。

6.根据权利要求1所述的PIC结构，其中所述侧壁部分是原子级平滑的。

7.根据权利要求1所述的PIC结构，其中所述衬底是绝缘体上硅衬底。

8.根据权利要求1所述的PIC结构，还包括：脊形波导，被形成在所述半导体器件层中、在所述线波导之上并且平行于所述线波导。

9.根据权利要求8所述的PIC结构，其中所述脊形波导在如下方向上在宽度和高度中至少一者方面被渐小：在沿着所述脊形波导的长度与在所述线波导相同方向上。

10.根据权利要求9所述的PIC结构，其中所述脊形波导被垂直地渐小到消失。

11.根据权利要求1所述的PIC结构，其中所述线波导的材料的折射率大于所述第二波导的所述材料的折射率。

12.根据权利要求11所述的PIC结构，其中所述线波导由硅制成，并且所述第二波导由氮化硅制成。

13.根据权利要求12所述的PIC结构，还包括：被耦合到所述第二波导的氮化硅光栅耦合器、以及被耦合到所述线波导的一个或多个硅器件。

14.根据权利要求1所述的PIC结构，其中所述侧壁部分是由对初始线波导结构的暴露的垂直侧壁的结晶湿式蚀刻到所述半导体器件层中而产生的。

15.根据权利要求1所述的PIC结构，其中所述半导体器件层和被形成在所述半导体器件层中的所述线波导由硅材料制成，并且其中所述线波导具有平行于所述半导体器件层的(011)晶面的截面。

16.根据权利要求1所述的PIC结构，其中所述线波导的所述渐小的区域的有效折射率与在所述渐小的区域上面或下面的所述第二波导的有效折射率匹配。

17.根据权利要求1所述的PIC结构，其中所述模式转换器被包括在有限脉冲响应滤波器中。