[發(fā)明專利]一種鈮酸鋰薄膜光波導結構、芯片及其制備方法

在審

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• 申請日: 2020-05-12
• 公開（公告）號: CN113655564A
• 公開（公告）日: 2021-11-16
• 發(fā)明（設計）人: 李萍
• 申請（專利權）人: 天津領芯科技發(fā)展有限公司
• 主分類號: G02B6/122
• 分類號: G02B6/122;G02B6/13
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明公開了一種鈮酸鋰薄膜光波導結構、芯片及其制備方法，其中，鈮酸鋰薄膜光波導結構，包括下包層、薄膜基板和上包層，下包層形成于基底晶片的上方，薄膜基板放置于下包層的上方；還包括下述結構中的一種：第一：薄膜基板的上表面形成有脊形結構，脊形結構為在薄膜基板的上表面形成得到的凸起結構；上包層由形成于脊形結構的左側、右側以及上方的介質材料構成；第二：薄膜基板進行完全的刻蝕處理，形成獨立的薄膜基板芯層，薄膜基板芯層放置于下包層的上方，上包層由形成于薄膜基板芯層的左側、右側以及上方的介質材料構成。本申請結構能夠降低光波導的折射率差，減少高階光波模式在鈮酸鋰薄膜光波導中的存在，并增大光波模式的空間分布尺寸。

技術領域

本發(fā)明應用于光纖通信、光纖傳感、量子通信等技術領域，尤其涉及一種鈮酸鋰薄膜光波導結構、芯片及其制備方法。

背景技術

近年來，隨著大尺寸鈮酸鋰薄膜鍵合晶圓的制備技術的成熟，基于鈮酸鋰薄膜材料制備的各種無源光器件和有源光電器件，如光分路器、電光調制器、聲光調制器等，體現(xiàn)出了明顯優(yōu)于鈮酸鋰塊狀材料的性能，如光波導彎曲半徑更小、光調制驅動電壓更低、光電集成度更高等，可以制作出體積更小、功耗更低、集成度更高的新型鈮酸鋰光電器件。

基于鈮酸鋰薄膜材料制備所得的光波導的顯著特征之一是較大的折射率差。例如，對于上包層為空氣、下包層為二氧化硅的鈮酸鋰薄膜基板，其與上包層材料之間的折射率差在1.1～1.2，其與下包層材料之間的折射率差在0.6～0.8。相比之下，在鈮酸鋰塊狀材料中制備所得的光波導的折射率差一般在0.01的水平，遠小于鈮酸鋰薄膜光波導。因此，鈮酸鋰薄膜光波導對光波有著很強的束縛性，可以制作出尺寸更小、彎曲半徑更小的光器件。

但是，鈮酸鋰薄膜基板與上包層、下包層之間較大的折射率差以及不對稱的折射率差分布，容易導致如下問題的出現(xiàn)：

(1)對于較大空間尺寸的鈮酸鋰薄膜光波導，容易激發(fā)出高階光波模式，會導致光波導插入損耗的增加以及基于此光波導而形成的電光調制器的調制相位的混亂。減小光波導空間尺寸可以有效地減少高階光波模式的出現(xiàn)，但也不可避免地會降低光波導模場的空間分布尺寸，引起其與光纖之間由于光波導模式匹配程度的下降而引起的耦合損耗的增大；

(2)鈮酸鋰薄膜基板與包層介質之間不對稱的折射率分布，會引起光波模式的空間分布呈橢圓形狀，而光纖的光波模式呈圓形分布，因此鈮酸鋰薄膜光波模式與光纖之間由于光波模式的不匹配會而引起二者間耦合損耗的增大。

發(fā)明內容

針對上述問題，本發(fā)明的第一目的在于，提出一種鈮酸鋰薄膜光波導結構，通過在鈮酸鋰薄膜基板的上方沉積非金屬介質材料薄膜作為上包層，降低光波導的折射率差，減少高階光波模式在鈮酸鋰薄膜光波導中的存在，并增大光波模式的空間分布尺寸。

本發(fā)明的第二目的在于，提出一種鈮酸鋰薄膜光波導芯片，使用上述第一目的所提出的鈮酸鋰薄膜光波導結構。

本發(fā)明的第三目的在于，提出一種鈮酸鋰薄膜光波導結構制備方法。

為實現(xiàn)本發(fā)明的第一目的，本發(fā)明提供了一種鈮酸鋰薄膜光波導結構，包括下包層、薄膜基板和上包層，所述下包層形成于基底晶片的上方，所述薄膜基板放置于所述下包層的上方；

還包括下述結構中的一種：

第一種：所述薄膜基板的上表面形成有脊形結構，所述脊形結構為在所述薄膜基板的上表面形成得到的凸起結構；所述上包層由形成于脊形結構的左側、右側以及上方的介質材料構成；

第二種：薄膜基板進行完全的刻蝕處理，形成獨立的薄膜基板芯層，所述薄膜基板芯層放置于下包層的上方，所述上包層由形成于薄膜基板芯層的左側、右側以及上方的介質材料構成。

進一步地，

在第二種結構中，在薄膜基板芯層兩側形成溝槽，所述溝槽的深度采用下述中的一種：