[發明專利]硅基二氧化硅波導和探測器垂直耦合結構及其制備方法

有效

• 申請號: 201410717896.5
• 申請日: 2014-12-01
• 公開（公告）號: CN104330858A
• 公開（公告）日: 2015-02-04
• 發明（設計）人: 李巖;張巖;康佳
• 申請（專利權）人: 中國航天科工集團第三研究院第八三五八研究所
• 主分類號: G02B6/42
• 分類號: G02B6/42
• 代理公司: 中國兵器工業集團公司專利中心 11011
• 代理人: 劉東升;張宏亮

技術領域

本發明屬于光電集成以及光電探測技術領域，涉及一種硅基二氧化硅波導和探測器垂直耦合結構及其制備方法。

背景技術

集成光路在光通訊領域有廣泛應用。通常情況下，為對波導內光強進行探測，需要利用光纖或透鏡等結構，從波導出光面處耦合出光信號并使其進入探測器組件。

使用分立波導與探測器的方法集成度低，容易帶來可靠性問題和體積問題。為解決上述問題，有相關的光電集成方法面世。如專利200410040306.6，給出了一種單片集成光電回路的制作方法，該方法在同一基片上同時制作光回路與探測器部分，再利用有機材料填充方法將光信號引出到探測器端。專利200910147801.X給出了一種利用絕緣體上硅制作相似光電集成結構的技術。上述光電集成方法解決了分立探測元件的可靠性問題，但成本較高，生產效率低。

上述光電集成方法將光從波導出光面耦合，該類方法存在如下不足：1.出光面端連接的光纖或者透鏡增大了器件體積；2.出光面只能作為波導終端，使用該類耦合方法無法探測波導中傳輸光的信號。

發明內容

(一)要解決的技術問題

本發明要解決的技術問題是：提供一種硅基二氧化硅波導和探測器垂直耦合結構及其制備方法，實現耦合結構的體積較小，且其出光面不僅能夠作為波導終端，還能夠探測波導中傳輸光的信號。

(二)技術方案

為了解決上述技術問題，本發明提供一種硅基二氧化硅波導和探測器垂直耦合結構，其包括：襯底1、波導2、上包層3和探測器4；所述襯底1為硅襯底，其上形成波導2，波導2上形成上包層3，上包層3上待形成探測器4的位置通過去薄上包層3而形成凹陷，凹陷內形成波導本體電極5，探測器4光敏面使用導光樹脂層6與波導2耦合，波導2中光的傳輸方向與探測器4光的引出方向垂直，探測器電極與波導本體電極5通過導電樹脂層7相連。

其中，所述波導本體電極5上通過金絲壓焊將探測器探測信號引出到管腳或者放大電路。

其中，所述波導2和探測器4分別獨立制作，通過導光樹脂和導電樹脂實現耦合。

其中，所述襯底1包括硅襯底和形成在硅襯底上方的二氧化硅緩沖層，波導2形成在二氧化硅緩沖層上方。

其中，所述上包層3去薄需滿足：當需要將光全部引出時，則將上包層去除至波導深度，如需要部分光引出時，則去除上包層的部分厚度。

本發明還提供了一種硅基二氧化硅波導和探測器垂直耦合結構的制備方法，其包括以下步驟：

步驟一：制作硅基二氧化硅波導；

步驟二：制作光電探測器；

步驟三：在波導本體上需要耦合探測器的位置局部去除波導上包層，形成凹陷；

步驟四：在去除上包層后形成的凹陷中制作波導本體電極；

步驟五：在波導本體的波導位置涂覆導光樹脂層，在電極位置涂覆導電樹脂層，放置探測器，使導光樹脂層與光敏區相連，導電樹脂層與探測器電極相連；

步驟六：固化導光樹脂層與導電樹脂層，完成整個垂直耦合結構的制作。

其中，所述步驟一中，制作硅基二氧化硅波導的過程為：先制作硅襯底，再在硅襯底上方制作二氧化硅緩沖層，隨后沉積波導，波導上方沉積上包層。

其中，所述步驟三中，去除波導上包層的厚度需滿足：需要將光全部引出時，則將上包層去除至波導深度，如需要部分光引出，則只去除上包層的部分厚度。

(三)有益效果

上述技術方案所提供的硅基二氧化硅波導和探測器垂直耦合結構及其制備方法，通過采用樹脂粘接的方式，替代了傳統光電集成方法所使用的半導體工藝，制作成本降低；同時垂直耦合方法使用波導上表面探測光強，探測距離長，耦合精度要求較小；相對于出光面探測的的方案，將光電子集成器件從平面結構升級為三維結構，并且耦合可靠性更高。

附圖說明

圖1為本發明實施例硅基二氧化硅波導和探測器垂直耦合結構的整體結構示意圖；

圖2為本發明實施例硅基二氧化硅波導和探測器垂直耦合結構的中心部位剖面圖；

圖3為本發明實施例硅基二氧化硅波導和探測器垂直耦合結構的中心部位剖面圖局部放大圖；

圖4為本發明實施例硅基二氧化硅波導和探測器垂直耦合結構在耦合探測器前的波導本體部分。

圖中：1-襯底；2-波導；3-上包層；4-探測器；5-波導本體電極；6-導光樹脂層；7-導電樹脂層。

具體實施方式

為使本發明的目的、內容和優點更加清楚，下面結合附圖和實施例，對本發明的具體實施方式作進一步詳細描述。