[發明專利]硅基光波導結構及其制作方法

有效

• 申請號: 201710340735.2
• 申請日: 2017-05-15
• 公開（公告）號: CN108873161B
• 公開（公告）日: 2020-06-05
• 發明（設計）人: 盛振;武愛民;仇超;趙瑛璇;高騰;甘甫烷;王曦
• 申請（專利權）人: 上海新微科技服務有限公司
• 主分類號: G02B6/122
• 分類號: G02B6/122;G02B6/136
• 代理公司: 上海光華專利事務所(普通合伙) 31219
• 代理人: 羅泳文

1.一種硅基光波導結構的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括：

步驟1)，提供一SOI襯底，所述SOI襯底包括硅襯底、埋氧層以及頂層硅；

步驟2)，于所述頂層硅表面形成間隔排列的兩個帶狀金屬層；

步驟3)，于所述頂層硅及所述兩個帶狀金屬層上形成上包層，且所述上包層的折射率小于所述頂層硅的折射率；

在縱向上，高折射率的頂層硅夾于低折射率的埋氧層與上包層之間，形成縱向的光場限制；在橫向上，帶狀金屬層區域具有強烈的光吸收，其等效折射率低于兩個帶狀金屬層之間的區域，形成橫向的光場限制，最終實現縱向及橫向上的光場限制，以形成光場限制區域，所述光場限制區域位于兩個所述帶狀金屬層之間的所述區域的頂層硅中，以使光波局限在所述光場限制區域里，并沿著所述帶狀金屬層的延伸方向傳播，形成硅基光波導結構。

2.根據權利要求1所述的硅基光波導結構的制作方法，其特征在于：所述硅基光波導結構為單模傳輸的硅基光波導結構。

3.根據權利要求2所述的硅基光波導結構的制作方法，其特征在于：通過調整頂層硅的厚度、兩個帶狀金屬層之間的距離以及兩個帶狀金屬層的寬度，實現硅基光波導結構的單模傳輸。

4.根據權利要求1所述的硅基光波導結構的制作方法，其特征在于：步驟2)包括：

步驟2-1)，通過濺射或蒸鍍工藝于所述頂層硅表面形成金屬層；

步驟2-2)，于所述金屬層表面旋涂光刻膠，并通過曝光工藝形成帶狀掩膜圖形；

步驟2-3)，通過刻蝕工藝刻蝕所述金屬層，以制備出所述兩個帶狀金屬層。

5.根據權利要求1所述的硅基光波導結構的制作方法，其特征在于：步驟2)包括：

步驟2-1)，于所述頂層硅表面旋涂光刻膠，并通過曝光工藝形成帶狀掩膜窗口；

步驟2-2)，通過濺射或蒸鍍工藝于所述光刻膠及帶狀掩膜窗口內的頂層硅表面形成金屬層；

步驟2-3)，剝離去除所述光刻膠以及光刻膠上的金屬層，以制備出所述兩個帶狀金屬層。

6.根據權利要求1所述的硅基光波導結構的制作方法，其特征在于：所述帶狀金屬層包括結合于所述頂層硅表面的種子層及結合于所述種子層上的金屬頂層，所述種子層包括Ti層，所述金屬頂層包括Au層、以及Au層及Pt層的疊層中的一種。

7.根據權利要求1所述的硅基光波導結構的制作方法，其特征在于：所述上包層包括二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、有機聚合物材料及空氣中的一種。

8.一種硅基光波導結構，其特征在于，包括：

SOI襯底，所述SOI襯底包括硅襯底、埋氧層以及頂層硅；

兩個帶狀金屬層，間隔排列于所述頂層硅表面；

上包層，覆蓋于所述頂層硅及所述兩個帶狀金屬層上，且所述上包層的折射率低于所述頂層硅的折射率；

在縱向上，高折射率的頂層硅夾于低折射率的埋氧層與上包層之間，形成縱向的光場限制；在橫向上，帶狀金屬層區域具有強烈的光吸收，其等效折射率低于兩個帶狀金屬層之間的區域，形成橫向的光場限制，最終實現縱向及橫向上的光場限制，以形成光場限制區域，所述光場限制區域位于兩個所述帶狀金屬層之間的所述區域的頂層硅中，以使光波局限在所述光場限制區域里，并沿著所述帶狀金屬層的延伸方向傳播，形成硅基光波導結構。

9.根據權利要求8所述的硅基光波導結構，其特征在于：所述硅基光波導結構為單模傳輸的硅基光波導結構。

10.根據權利要求8所述的硅基光波導結構，其特征在于：通過調整頂層硅的厚度、兩個帶狀金屬層之間的距離以及兩個帶狀金屬層的寬度，實現硅基光波導結構的單模傳輸。