平码五不中公式规律
  • / 9
  • 下载费用:30 金币  

SION波导与光纤耦合结构及其制作方法.pdf

关 键 ?#21097;?/dt>
SION 波导 光纤 耦合 结构 及其 制作方法
  专利查询网所有资源均是用户自行上传分享,仅供网友学习交流,未经上传用户书面授权,请勿作他用。
摘要
申请专利号:

CN201910014594

申请日:

20190114

公开号:

CN109445032A

公开日:

20190308

当前法律状态:

实质审查的生效

有效性:

审中

法?#19978;?#24773;: 实质审查的生效
IPC分类号: G02B6/26;G02B6/138;G02B6/136;G02B6/132 主分类号: G02B6/26;G02B6/138;G02B6/136;G02B6/132
申请人: 科新网通科技有限公司
发明人: 袁晓君;耿凯鸽
地址: 471000 河南省洛阳市伊滨区科技大厦A座6007室
优先权:
专利代理机构: 11471 代理人: 葛钟
PDF完整版下载: PDF下载
法律状态
申请(专利)号:

CN201910014594

授权公告号:

法律状态公告日:

20190402

法律状态类型:

实质审查的生效

摘要

本发明提供了一种SiON波导与光纤耦合结构,包括SiON波导,为输入波导;二氧化硅波导,包覆于SiON波导的外侧;锥形SiON波导,被包覆于二氧化硅波导内侧,且处于SiON波导水平面?#21335;?#26041;,且横截面尺寸小于SiON波导的横截面尺寸,横截面尺寸沿着光传输的方向渐扩;SiON输出波导,与锥形SiON波导连接。以及制作SiON波导与光纤耦合结构的方法。本发明在SiON波导上包覆一层SiO2,使这个结构与空气隔开并起到保护作用,SiON波导与锥形SiON波导的折射率不同,SiON波导能够与光纤匹配,锥形SiON波导又能够做到小尺寸,通过该种耦合结构,可以把器件做小,且减小了能耗。

权利要求书

1.一种SiON波导与光纤耦合结构,其特征在于,包括: SiON波导,为输入波导; 二氧化硅波导,包覆于所述SiON波导的外侧; 锥形SiON波导,被包覆于所述二氧化硅波导内侧,且处于所述SiON波导水平面?#21335;?#26041;,且横截面尺寸小于所述SiON波导的横截面尺寸,横截面尺寸沿着光传输的方向渐扩; SiON输出波导,与所述锥形SiON波导连接。 2.根据权利要求1所述的一种SiON波导与光纤耦合结构,其特征在于,所述SiON波导位于所述二氧化硅波导的对称轴所在位置。 3.根据权利要求1所述的一种SiON波导与光纤耦合结构,其特征在于,所述锥形SiON波导位于所述二氧化硅波导的对称轴所在位置。 4.根据权利要求1所述的一种SiON波导与光纤耦合结构,其特征在于,所述二氧化硅波导的横截面为长方形结构,由埋氧层和二氧化硅覆盖层共同组成,其中,埋氧层的厚度与二氧化硅覆盖层的厚度相等。 5.根据权利要求1所述的一种SiON波导与光纤耦合结构,其特征在于,还包括衬底,所述衬底为SOI基片的部分硅衬底,该SOI基片的顶层材料为亚微米厚度的硅,埋氧层的材料为二氧化硅,背衬底的材料为纯净的硅材料。 6.一种SiON波导与光纤耦合结构的制作方法,包括以下步骤: S1:经过RCA工艺,处理干净SOI晶圆; S3?#27827;肦aith150电子束曝光机,并经过显影定影,制作出锥形结构、波导结构以及普通光刻套刻所要用到的对准标记的掩膜图形; S4:利用ICP刻蚀技术,将掩膜图形转移到SOI晶圆上,shallow2LR3刻蚀条件下,刻蚀10s~60s; S6?#27827;肞ECVD覆盖一层SiON覆盖层; S7:将光刻胶旋涂在有SiON覆盖层的SOI晶圆上; S8:利用紫外光刻,套刻出SiON波导的的掩膜结构; S9:ICP刻蚀出SiON波导结构; S11?#27827;肞ECVD在制作完SiON波导结构的SOI晶圆上,再覆盖一层SiO2保护层。 7.根据权利要求6所述的制作方法,其中:步骤S1与步骤S3之间还包括步骤S2,所述步骤S2为将PMMA光刻胶旋涂在SOI晶圆上。 8.根据权利要求6所述的制作方法,其中:步骤S4与步骤S6之间还包括步骤S5,所述步骤S5为利用等离子体打胶机去掉残胶,RCA清洗处理干净SOI晶圆。 9.根据权利要求6所述的制作方法,其中:步骤S9与步骤S11之间还包括步骤S10,所述步骤S10为利用等离子体打胶机去掉残胶,RCA清洗处理干净SOI晶圆。 10.根据权利要求6所述的制作方法,其中:步骤S11之后还包括步骤S12,所述步骤S12为划片,将反向锥?#25991;?#26001;变换器的输入端面露出。

说明书


SiON波导与光纤耦合结构及其制作方法
技术领域


本发明涉及光纤通信技术领域,尤其是涉及一种SiON波导与光纤耦合结构及其制
作方法。


背景技术


随着硅基光?#26377;?#29255;集成技术的不断迅速发展,利用光?#26377;?#29255;实现如芯片与芯片间
或者芯片内的短距离光通信越来越接近现实。绝缘体上硅(SilicononInsulator,SOI)在光
学上具有很好的特性,而且因为硅与SiO
2或者空气具有非常大的折射率差,硅基的光波导
具有很强的限制光场的能力,所以硅基的光波导可以制作成非常小的尺寸,通常其横截面
尺寸小于1μm。非常小尺寸的硅波导带来高的器件集成度的同?#20445;?#20063;带了一个?#29616;?#30340;问
题——硅波导与光纤的耦?#32420;?#32791;非常大。一般来说,单模光纤的芯径尺寸约为8~10μm,远
远大于横截面尺寸通常小于1μm的SOI光波导,光从光纤101进入这?#20013;?#23610;寸的硅波导102会
带来很大的损耗,光纤与硅波导的耦合示意图如图1所示。因此,如何实现光纤与硅波导的
高效耦合是硅基光互连亟需解决的一个关键问题。


如果想要实现光纤与硅波导的高效耦合,需要借助特殊的模斑变换器来实现。模
斑变换器按照耦合方式可以分为两类:垂直耦合和端面耦合。垂直耦合型的模斑变换器主
要指的是光栅耦合器。近年来,?#33455;空?#30340;广泛关注使得光栅耦合器的性能不断提高,耦合器
的结构也层出不穷,从普通的光栅耦合器,发展了带衬底反射镜的光栅耦合器、带DBR反射
镜的光栅耦合器、具有覆盖层的光栅耦合器、闪耀型光栅耦合器、聚焦光栅耦合器、二维光
栅耦合器等等。


端面耦合比平面耦合更?#36164;?#29616;高的耦合效率,器件的封装工艺也相对简单,应用
也更广泛。端面耦合型的模斑变换器,主要有锥?#25991;?#26001;变换器、透镜耦合器、棱镜耦合器、水
平双光栅耦合器等。在集成光子波导器件里,通常利用锥形波导结构作为模斑变换器来实
现波导器件与光纤的连接。锥?#25991;?#26001;变换器可以克服单模光纤和波导在有效折射?#30465;?#33455;径
尺寸等方面差异过大的问题,提高光纤和波导的模场匹配程度,将光纤中的模式转化为光
波导中的模式,从而实现高效的耦合。锥?#25991;?#26001;变换器的结构通常分为正向锥形和反向锥
形两种。正向锥形结构是一种比?#29616;?#35266;的结构,其与光纤连接的一端扩展为光纤芯径尺寸
大小,向与波导连接的一端逐渐缩小形成锥形,光纤中的模场通过锥形结构转换为波导中
的模场。反向锥形结构是将波导与光纤连接的一端逐渐减小到甚至几十纳米并覆盖包层,
使原本被限制在波导中的模场泄漏到包层中从而扩大模场,实现和光纤模场的匹配。


硅波导与光纤通过耦合结构损耗能够减少到一定程度,但是对于光纤与SiON波导
的耦?#32420;?#32791;还是很大,本发明旨在提出一种全新的实现光纤与SiON波导的耦合结构。


发明内容


本发明的目的之一在于提供一种SiON波导与光纤耦合结构,以解决现有技术中存
在的SiON波导与光纤耦?#32420;?#32791;大的技术问题。


本发明的目的之二在于提供一种SiON波导与光纤耦合结构的制作方法。


为实现上述目的,本发明提供了以下技术方案:


本发明提供的一种SiON波导与光纤耦合结构,包括:SiON波导,为输入波导;二氧
化硅波导,包覆于所述SiON波导的外侧;锥形SiON波导,被包覆于所述二氧化硅波导内侧,
且处于所述SiON波导水平面?#21335;?#26041;,且横截面尺寸小于所述SiON波导的横截面尺寸,横截
面尺寸沿着光传输的方向渐扩;SiON输出波导,与所述锥形SiON波导连接。


优选地,所述SiON波导位于所述二氧化硅波导的对称轴所在位置。


优选地,锥形SiON波导位于所述二氧化硅波导的对称轴所在位置。


优选地,所述二氧化硅波导的横截面为长方形结构,由埋氧层和二氧化硅覆盖层
共同组成,其中,埋氧层的厚度与二氧化硅覆盖层的厚度相等。


优选地,还包括衬底,所述衬底为SOI基片的部分硅衬底,该SOI基片的顶层材料为
亚微米厚度的硅,埋氧层的材料为二氧化硅,背衬底的材料为纯净的硅材料。


为了实现上述第二个目的,本发明提供了一种SiON波导与光纤耦合结构的制作方
法,


本发明提供的SiON波导与光纤耦合结构的制作方法,包括以下步骤:


S1:经过RCA工艺,处理干净SOI晶圆;


S3?#27827;肦aith150电子束曝光机,并经过显影定影,制作出锥形结构、波导结构以及
普通光刻套刻所要用到的对准标记的掩膜图形;


S4:利用ICP刻蚀技术,将掩膜图形转移到SOI晶圆上,shallow2LR3刻蚀条件下,刻
蚀10s~60s;


S6?#27827;肞ECVD覆盖一层SiON覆盖层;


S7:将光刻胶旋涂在有SiON覆盖层的SOI晶圆上;


S8:利用紫外光刻,套刻出SiON波导的的掩膜结构;


S9:ICP刻蚀出SiON波导结构;


S11?#27827;肞ECVD在制作完SiON波导结构的SOI晶圆上,再覆盖一层SiO2保护层。


优选地,其中:步骤S1与步骤S3之间还包括步骤S2,所述步骤S2为将PMMA光刻胶旋
涂在SOI晶圆上。


优选地,其中:步骤S4与步骤S6之间还包括步骤S5,所述步骤S5为利用等离子体打
胶机去掉残胶,RCA清洗处理干净SOI晶圆。


优选地,其中:步骤S9与步骤S11之间还包括步骤S10,所述步骤S10为利用等离子
体打胶机去掉残胶,RCA清洗处理干净SOI晶圆。


优选地,其中:步骤S11之后还包括步骤S12,所述步骤S12为划片,将反向锥?#25991;?#26001;
变换器的输入端面露出。


本发明的提供的SiON波导与光纤耦合结构,具有以下技术效果:


锥形波导结构包裹在一低折射率的波导之中,从锥形波导中泄漏出来的光场,可
以限制在低折射率的波导中继续传播,这样锥形波导的尖?#21496;?#31163;端面可以有一定的距离,
而模斑尺寸不会随着这个距离改变而变化。本发明在SiON波导上包覆一层SiO
2,使这个结
构与空气隔开并起到保护作用。SiON波导与锥形SiON波导的折射率不同,SiON波导能够与
光纤匹配,锥形SiON波导又能够做到小尺寸,大尺寸的SiON波导套设于小尺寸的锥形SiON
波导的外侧,通过该种耦合结构,可以把器件做小,且减小了能耗。


通过SiON波导与光纤耦合结构的制作方法得到SiO
2包覆的SiON波导,消除了光场
向衬底扩散的泄漏损耗,有效提高了耦合结构对光场的限制能力,扩展了光模场大小,?#26723;?br>了倒锥形耦合结构端头的弥散损耗以及光纤与亚微米尺寸波导耦合时的模场失配损耗和
反射损耗。


附图说明


为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现
有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而?#20934;?#22320;,下面描述中的附图仅仅是本
发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以
根据这些附图获得其他的附图。


图1是光纤和硅波导的耦合结构示意图;


图2是SiON波导与光纤耦合结构的立体结构示意图;


图3是SiON波导与光纤耦合结构的侧视图。


图中:


101、光纤;102、硅波导;201、SiON波导;202、二氧化硅波导;203、锥形SiON波导;
204、SiON输出波导;205、衬底。


具体实施方式


为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将对本发明的技术方?#38468;?#34892;
详细的描述。显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基
于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提?#28388;?#24471;到的所有
其它实施方式,都属于本发明所保护的范围。


在本发明的描述中,需要理解的是,术语“中心?#34180;ⅰ?#38271;度?#34180;ⅰ?#23485;度?#34180;ⅰ?#39640;度?#34180;ⅰ?#19978;?#34180;?br>“下?#34180;ⅰ?#21069;?#34180;ⅰ?#21518;?#34180;ⅰ?#24038;?#34180;ⅰ?#21491;?#34180;ⅰ?#31446;直?#34180;ⅰ?#27700;平?#34180;ⅰ?#39030;?#34180;ⅰ?#24213;?#34180;ⅰ?#20869;?#34180;ⅰ?#22806;?#34180;ⅰ?#20391;”等指?#38236;?#26041;位或
位置关系为基于附图1所?#38236;?#26041;位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不
是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不
能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中,除非另有说明,“多个”的含义是两个或两个
以上。


SOI基片是指硅纳米线波导,通常采用绝缘体上的硅SOI(Silicon on insulator,
SOI)基片制作,其芯层与包层的折射率相差很大,可以对光场形成很强的限制,从而实现超
小的波导尺寸和弯曲半径,而且其制作工艺与已经成熟的CMOS工艺技术相兼容,为大规模
光电集成芯片的?#33455;?#19982;应用奠定了良好的基础。


PECVD是指离子体增强化学气相沉积技术,其应用范围最普遍,因为其具有较低的
工艺温度、高的淀积速?#30465;?#23569;的针孔和空洞缺陷、高的薄膜致密度等优点。等离子体增强化
学气相沉积技术是将含有构成薄膜元素的几?#21046;?#20307;供给衬底,气体在反应腔室中射频电源
产生的电磁场作用下发生化学反应,将薄膜淀积在样品表面。


刻蚀技术是半导体制造工艺的关键技术,其目的是尽可能精确的实现从掩膜到刻
蚀材料的图形转移。刻蚀一般分为液态的湿法腐蚀和气态的干法刻蚀两种。湿法腐蚀通过
液体化学?#32422;?如HF、KOH等)与材料发生化学反应来去除材料,一般用于图形尺寸较大的情
况下。干法刻蚀是制作亚微米器件的主要刻蚀方法,和湿法刻蚀相比,干法刻蚀有许多优
点:精细图形加工能力、高各向异性刻蚀、无废?#20309;廴镜取?#24863;应耦合离子体(ICP)刻蚀是现在
使用较多干法刻蚀技术,它具有仪器结构简单、性价比高、良好的大腔室均匀性、操作简便
等优点。对硅、SiO2、III-V族化合物和金属等多种材料的刻蚀均可以获得非常好的刻蚀效
果,因此,ICP刻蚀技术广?#27827;?#29992;于微电子、光电子以及MEMS等器件的制备工艺。


图2是SiON波导与光纤耦合结构的立体结构示意图,图3是SiON波导与光纤耦合结
构的侧视图。其中,图中的x方向即为光传输的方向,x、y所在平面即为水平面,y、z所在平面
为横截面。


实施例1:


本发明的SiON波导与光纤耦合结构,如图2和图3所示,包括SiON波导201,为输入
波导;二氧化硅波导202,包覆于SiON波导201的外侧;锥形SiON波导203201,被包覆于二氧
化硅波导202内侧,且处于SiON波导201水平面?#21335;?#26041;,且横截面尺寸小于SiON波导201的横
截面尺寸,横截面尺寸沿着光传输的方向渐扩;SiON输出波导204,与锥形SiON波导203201
连接。


其中,SiON波导201位于二氧化硅波导202的对称轴所在位置。锥形SiON波导
203201位于二氧化硅波导202的对称轴所在位置。二氧化硅波导202的横截面为长方形结
构,由埋氧层和二氧化硅覆盖层共同组成,其中,埋氧层的厚度与二氧化硅覆盖层的厚度相
等。


以及还包括衬底205,衬底205为SOI基片的部分硅衬底205,该SOI基片的顶层材料
为亚微米厚度的硅,埋氧层的材料为二氧化硅,背衬底205的材料为纯净的硅材料。


下面对本实施例SiON波导201与光纤耦合结构的各个部分进行详细介绍。


二氧化硅波导202的横截面为对称结构,优选既是轴对称又是中心对称的结构,本
实施例中,二氧化硅波导202的横截面为长方形结构,由埋氧层和二氧化硅覆盖层共同组
成,其中,埋氧层的厚度与二氧化硅覆盖层的厚度相等,因而该二氧化硅波导202对称的模
场与光纤中的圆?#25991;?#22330;可以实?#32440;?#22909;的匹配,从而减小模式失配损耗。光纤中的光从二氧
化硅波导202的输入端输入,如图2所示。


参照图2所示,本实施例中,SiON波导201沿着光传输的方向,厚度保持一致,?#39135;?br>条形被包覆于二氧化硅的内部,锥形SiON波导203201沿着光传输的方向,厚度保持一致,其
沿着水平面剖开的截面呈现锥形的结构,输入端窄,输出端宽,即横截面尺寸沿着光传输的
方向渐扩;包覆于二氧化硅波导202中的SiON波导201和锥形SiON波导203201,其中SiON波
导201位于锥形SiON波导203201的上方,且SiON波导201和锥形SiON波导203201的折射?#23460;?br>不相同。经过锥形SiON波导203201压缩后的光进入SiON输出波导204,然后在SiON输出波导
204逐步实现耦合,从而实现光的输出。光场经过锥形SiON波导203201和SiON输出波导204
的耦合作用,连接的各种功能器件能够更?#26377;?#22411;化。


衬底205为SOI基片中的部分硅衬底205,该SOI基片的顶层硅是亚微米厚度的硅,
埋氧层是二氧化硅,背衬底205是纯净的硅。


其中,锥形SiON波导203201端头的宽度由于受到工艺精度的限制,一般不会?#29031;?br>至零,该宽度越小,对提高耦合效率越有利。


实施例2:


反向锥?#25991;?#26001;变换器的制作,我们用到了顶层硅为340nm厚、BOX层为2μm厚的SOI
晶圆。制作的整个工艺流程如下:


S1:经过RCA工艺,处理干净SOI晶圆;


S2:将PMMA光刻胶旋涂在SOI晶圆上,转速为4000转/min,厚?#20219;?20nm;


S3?#27827;肦aith150电子束曝光机,并经过显影定影,制作出锥形结构、波导结构以及
普通光刻套刻所要用到的对准标记的掩膜图形;


S4:利用ICP刻蚀技术,将掩膜图形转移到SOI晶圆上,shallow2LR3刻蚀条件下,刻
蚀50s;


S5:利用等离子体打胶机去掉残胶,RCA清洗处理干净SOI晶圆;


S6?#27827;肞ECVD覆盖一层SiON覆盖层,折射率为1.7,厚度3μm;


S7:将光刻胶旋涂在有SiON覆盖层的SOI晶圆上,胶厚约2.5μm;


S8:利用紫外光刻,套刻出SiON波导的的掩膜结构;


S9:ICP刻蚀出SiON波导结构;


S10:利用等离子体打胶机去掉残胶,RCA清洗处理干净SOI晶圆;


S11?#27827;肞ECVD在制作完SiON波导结构的SOI晶圆上,再覆盖一层厚2μm,折射率为
1.47的SiO2保护层;


S12:划片,将反向锥?#25991;?#26001;变换器的输入端面露出。


以?#32420;?#36848;,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何
熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻?#32043;?#21040;变化或替换,?#21152;?#28085;
盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应?#36816;?#36848;权利要求的保护范围为准。


关于本文
本文标题:SION波导与光纤耦合结构及其制作方法.pdf
链接地址:http://www.pqiex.tw/p-6153288.html
关于我们 - 网站声明 - 网站地图 - 资源地图 - ?#20122;?#38142;接 - 网站客服 - 联系我们

[email protected] 2017-2018 zhuanlichaxun.net网站版权所有
经营许可证编号:粤ICP备17046363号-1 
 


收起
展开
平码五不中公式规律 大乐透大复式与小复式公式 亚冠规则 双色球基本走势图表 白山视频游戏视频 长投股票分析师 广东十一选五推荐 谁有易发棋牌下载地址 合买 广西11选5历史开奖 最好的股票行情软件