[發(fā)明專(zhuān)利]基于飛秒激光直寫(xiě)的可調(diào)諧波導(dǎo)光柵濾波器及其制造方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010315538.7
• 申請(qǐng)日: 2020-04-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113534341B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-10-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 訾幸壯;尹小杰;楊堃;趙青;李彩云;孫靜雯;常夏森
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 河南仕佳光子科技股份有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): G02B6/124
• 分類(lèi)號(hào): G02B6/124;G02B6/136;G02B6/13;G02B6/132;G02B6/12;G02F1/01
• 代理公司: 鄭州優(yōu)盾知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 41125
• 代理人: 鄭園

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于飛秒激光直寫(xiě)的可調(diào)諧波導(dǎo)光柵濾波器及其制造方法，包括晶圓基底，所述晶圓基底的上部設(shè)有上包層，上包層的上部依次設(shè)有電極層和引線(xiàn)層，且電極層和引線(xiàn)層的寬度均小于上包層的寬度；所述上包層內(nèi)設(shè)有波導(dǎo)芯層，且波導(dǎo)芯層上設(shè)有采用飛秒激光直寫(xiě)的波導(dǎo)光柵。本發(fā)明采用石英基PLC光波導(dǎo)技術(shù)與飛秒激光直寫(xiě)相結(jié)合，對(duì)現(xiàn)有的工藝進(jìn)行了改進(jìn)，降低了開(kāi)發(fā)和工藝成本；實(shí)現(xiàn)了在晶圓上制作各種類(lèi)型的光柵濾波器，通過(guò)電極層可以實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)可調(diào)諧，增加了光學(xué)芯片系統(tǒng)的靈活性；通過(guò)控制飛秒激光的功率、掃描區(qū)域?qū)挾取⒅貜?fù)掃描次數(shù)等，可以控制折射率變化的大小，實(shí)現(xiàn)了對(duì)光柵參數(shù)的精準(zhǔn)控制。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于集成光電子技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于飛秒激光直寫(xiě)的可調(diào)諧波導(dǎo)光柵濾波器及其制造方法。

背景技術(shù)

隨著5G技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)+、人工智能、云計(jì)算等業(yè)務(wù)的迅速發(fā)展，這些業(yè)務(wù)對(duì)傳輸網(wǎng)絡(luò)帶寬容量的需求極大增加，大力推動(dòng)了光通信和光傳感技術(shù)的發(fā)展。在光通信和光傳感領(lǐng)域的一個(gè)重要器件就是光纖光柵濾波器。在波分復(fù)用系統(tǒng)中，光濾波器是處理某個(gè)特定信道光信號(hào)的關(guān)鍵器件，一般要求低插損和高帶外抑制比。在光纖傳感系統(tǒng)中，光纖光柵受到外場(chǎng)（如溫度或應(yīng)力等）影響，光柵周期或光纖模式的有效折射率會(huì)發(fā)生變化，這將改變光柵的諧振波長(zhǎng)。另外，由于光纖光柵體積小、抗腐蝕、抗電磁干擾等的優(yōu)點(diǎn)的，使得光纖光柵得到了廣泛應(yīng)用。

然而，通信網(wǎng)絡(luò)已發(fā)展到以數(shù)據(jù)中心為核心的時(shí)代，光互連已經(jīng)是必然的趨勢(shì)。半導(dǎo)體制程正在漸漸接近物理極限，芯片內(nèi)部及外部的短距離通信中傳輸電阻增大；同時(shí)，電互連間距減小極容易產(chǎn)生寄生電容。對(duì)于光互連而言，光信號(hào)可以實(shí)現(xiàn)無(wú)干擾和更高速率的傳輸。與集成電路類(lèi)似，集成光路也是由多種基本光學(xué)單元組成。相比由分立光學(xué)元件組成的光學(xué)系統(tǒng)，集成光路系統(tǒng)具有更小的尺寸和穩(wěn)定性，光濾波器是集成光路系統(tǒng)的關(guān)鍵單元，而可調(diào)諧的光柵濾波器能給光學(xué)系統(tǒng)帶來(lái)更大的靈活性。由于半導(dǎo)體技術(shù)的快速發(fā)展，光刻、離子束刻蝕、等離子體增強(qiáng)化學(xué)的氣相沉積法（PECVD）等微電子技術(shù)取得了巨大進(jìn)步，產(chǎn)生了新穎的基于平面光波導(dǎo)技術(shù)（PLC：Planar Lightwave Circuit）的波導(dǎo)光柵的制作工藝。

目前在晶圓上制作光柵的方法主要有兩種：

刻蝕：采用刻蝕方法時(shí)，目前的極限刻蝕寬度為1um（刻蝕深度為4um），而且成品率極低，無(wú)法制作出低階布拉格光柵來(lái)滿(mǎn)足某些特殊需求；

紫外曝光：雖然通過(guò)載氫等方法可以增強(qiáng)光波導(dǎo)（晶圓）的光敏性，但是光敏性提高非常有限，雖然制作光柵的精度非常高，但是，光柵的制作成本高和調(diào)制深度（折射率變化量）非常小，因此無(wú)法制作出高反射率的光柵。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有石英基PLC晶圓上制作波導(dǎo)光柵技術(shù)中工藝精度低、成本高和產(chǎn)品一致性差而產(chǎn)生的良品率低的問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種基于飛秒激光直寫(xiě)的可調(diào)諧波導(dǎo)光柵濾波器及其制造方法，解決了現(xiàn)有的在晶圓上無(wú)法制作出低階布拉格光柵或高反射率光柵的問(wèn)題。

為解決以上技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：

一種基于飛秒激光直寫(xiě)的可調(diào)諧波導(dǎo)光柵濾波器，包括晶圓基底，所述晶圓基底的上部設(shè)有上包層，上包層的上部依次設(shè)有電極層和引線(xiàn)層，且電極層和引線(xiàn)層的寬度均小于上包層的寬度；所述上包層內(nèi)設(shè)有波導(dǎo)芯層，且波導(dǎo)芯層上設(shè)有采用飛秒激光直寫(xiě)的波導(dǎo)光柵。

所述晶圓基底的材料為石英玻璃；所述波導(dǎo)芯層的材料為摻鍺的二氧化硅；所述上包層的材料為摻雜硼和磷的二氧化硅；所述電極層的材料為鉻和金；所述引線(xiàn)層的材料為鈦和鎢。

所述晶圓基底和上包層的折射率均小于波導(dǎo)芯層的折射率，且波導(dǎo)光柵的折射率周期性變化。

所述波導(dǎo)芯層設(shè)置在上包層的中部，且電極層和引線(xiàn)層均設(shè)置在波導(dǎo)芯層的正上方。

所述波導(dǎo)光柵是布拉格光柵或者長(zhǎng)周期光柵。