[發明專利]基于襯底SiON波導鍵合實現模斑轉換的方法及模斑轉換器

有效

• 申請號: 202010187478.5
• 申請日: 2020-03-17
• 公開（公告）號: CN111239899B
• 公開（公告）日: 2022-08-09
• 發明（設計）人: 胡志朋;邵斯竹;吳月;肖志雄;朱興國;馮俊波;郭進
• 申請（專利權）人: 聯合微電子中心有限責任公司
• 主分類號: G02B6/14
• 分類號: G02B6/14;G02B6/13;G02B6/136;G02B6/122;G02B6/12
• 代理公司: 重慶中之信知識產權代理事務所(普通合伙) 50213
• 代理人: 霍維英

本發明公開了基于襯底SiON波導鍵合實現模斑轉換的方法及模斑轉換器，包括：準備硅襯底和SOI晶圓，在所述硅襯底上制作第一凹槽；制作SiO₂下包層以填充所述第一凹槽；在所述SiO₂下包層內制作第二凹槽；制作第一SiON波導層以填充所述第二凹槽，進行平坦化處理；將所述SOI晶圓的頂層硅鍵合到所述硅襯底表面，并去除所述SOI晶圓的襯底硅層和埋氧層；刻蝕所述頂層硅，形成所述第一SiON波導層上的硅波導；在所述第一SiON波導層上制作第二SiON波導層以形成SiON波導；制作SiO₂上包層以包覆所述SiON波導。本發明能防止模場泄露，可實現非氣密性封裝，耦合效率高，兼容CMOS工藝。

技術領域

本發明屬于硅光技術領域，具體涉及基于襯底SiON波導鍵合實現模斑轉換的方法及模斑轉換器。

背景技術

硅光芯片中端面耦合波導的模斑轉換技術一直是硅光芯片商用化的核心技術難點，硅波導的模斑尺寸的直徑在0.5um附近，而與之耦合的單模光纖模斑尺寸約10um，巨大的模式失配造成了很大的端面耦合損耗。

現有技術中通過Inverse Taper的結構可以把硅光波導的模斑尺寸擴展到3um左右，但是由于襯底SiO₂埋氧層(Box)和上包層(Cladding)厚度的限制，模斑尺寸很難進一步增加，同時由于襯底硅的存在，模式容易擴散到襯底硅中。基于懸臂梁的結構的端面耦合波導雖然能夠將模斑尺寸進一步增加，但是其懸空的物理結構難以保證器件結構的穩定性，同時也不適合非氣密的封裝。

發明內容

針對現有技術中所存在的不足，本發明提供一種能防止模場泄露、可實現非氣密性封裝的基于襯底SiON波導鍵合實現模斑轉換的方法及模斑轉換器。

本發明的一個方面，基于襯底SiON波導鍵合實現模斑轉換的方法，包括如下步驟：

準備硅襯底和SOI晶圓，在所述硅襯底上制作第一凹槽；

制作SiO₂下包層以填充所述第一凹槽；

在所述SiO₂下包層內制作第二凹槽；

制作第一SiON波導層以填充所述第二凹槽，進行平坦化處理；

將所述SOI晶圓的頂層硅鍵合到所述硅襯底表面，并去除所述SOI晶圓的襯底硅層和埋氧層；

刻蝕所述頂層硅，形成所述第一SiON波導層上的硅波導；

在所述第一SiON波導層上制作第二SiON波導層以形成SiON波導；

制作SiO₂上包層以包覆所述SiON波導。

進一步地，所述制作SiO₂下包層以填充所述第一凹槽，具體包括：在所述硅襯底上生長SiO₂材料以填充所述第一凹槽，并進行平坦化處理，形成SiO₂下包層。

進一步地，所述制作第一SiON波導層以填充所述第二凹槽，具體包括：在所述硅襯底上生長SiON材料以填充所述第二凹槽，并進行平坦化處理，形成第一SiON波導層。

進一步地，在所述第一SiON波導層上制作第二SiON波導層以形成SiON波導，具體包括：在所述硅襯底、SiO₂下包層、第一SiON波導層和硅波導的表面生長第二SiON波導層，并進行平坦化處理；刻蝕所述第二SiON波導層以形成SiON波導。

進一步地，所述硅波導為寬度漸變的倒錐形結構。

進一步地，所述硅波導位于所述SiON波導的中心位置。

進一步地，所述平坦化處理的方式包括化學機械研磨處理。