[發明專利]波導結構及其制造方法

在審

• 申請號: 202211307562.1
• 申請日: 2022-10-24
• 公開（公告）號: CN115576052A
• 公開（公告）日: 2023-01-06
• 發明（設計）人: 王乾;劉恩峰;張彥秀;胡磊;晉孟佳;馮興甲;郭艷華;邵華;王妍
• 申請（專利權）人: 北京燕東微電子股份有限公司
• 主分類號: G02B6/122
• 分類號: G02B6/122;G02B6/136
• 代理公司: 北京成創同維知識產權代理有限公司 11449
• 代理人: 蔡純;岳丹丹

本申請公開了一種波導結構及其制造方法，以解決現有技術中泄露損耗與彎曲損耗過大的問題。該波導結構包括：襯底；第一支撐層，位于襯底上；芯層，位于第一支撐層上方，光在芯層中傳播；第二支撐層，位于第一支撐層上，第二支撐層與第一支撐層鄰接的一側具有空腔；其中，芯層位于空腔中，芯層的部分表面被空腔包裹。芯層通過空腔將原包層介質替換為空氣，進而提升了芯層與包層的折射率差值，使得傳播光更容易實現全反射，進而降低泄露損耗和彎曲損耗，還可以更進一步減小波導的彎曲半徑，從而減小芯片尺寸，提高工藝集成度。該波導結構的制造方法所涉工藝也多為成熟工藝，簡單可靠且易于實現，具有很好的實用性。

技術領域

本發明涉及光波導技術領域，具體涉及一種波導結構及其制造方法，尤其涉及一種具有空氣包層的波導結構及其制造方法。

背景技術

光波導是約束光波傳輸的媒介。典型的光波導采用光疏介質包覆光密介質的“芯/包”結構。為實現全反射，并兼容半導體薄膜加工工藝，目前多采用SiO₂(折射率約為1.45)作為光波導的外包層，使用SiN(折射率約為2.01)、Si(折射率約為3.5)作為光波導的芯層。

但是由于SiO₂與SiN的折射率差值較小，故此考慮到傳輸過程中的泄露損耗(泄露損耗是由于光在波導中傳輸時會有一部分光散射出去，產生光泄露)與彎曲損耗(彎曲損耗為光在彎曲波導中傳輸時，由于入射角的變化，造成的光泄露)，在設計光波導時，其曲率半徑就受到限制。Si與SiO₂折射率差異雖較大，但是由于Si材料自身的限制，波導傳輸損耗很大。

因此在制作材料有限的情況下，找到一種可以同時兼容自身波導損耗、泄露損耗與彎曲損耗的方案是本領域技術人員需要解決的技術問題。

發明內容

鑒于上述問題，本發明的目的在于提供一種波導結構及其制造方法，該波導結構可具有空氣包層的同時還能較好的為芯層提供保護。

為實現上述目的，本發明的第一個方面提供一種波導結構，包括：襯底；第一支撐層，位于襯底上；芯層，位于第一支撐層上方，光在芯層中傳播；第二支撐層，位于第一支撐層上，第二支撐層與第一支撐層鄰接的一側具有空腔；其中，芯層位于空腔中，芯層的部分表面被空腔包裹。

進一步地，第一支撐層為芯層的下包層。

進一步地，第一支撐層包括至少一個支撐部，芯層的部分下表面與支撐部相連以使芯層懸空。

進一步地，第一支撐層和所述第二支撐層的材料包括二氧化硅，所述芯層的材料包括硅、氮化硅、鈮酸鋰中的至少一種。

進一步地，芯層包括一個或多個，單個芯層的截面獨立的選自凸字形或矩形。

進一步地，該波導結構還包括釋放孔，所述釋放孔貫穿第二支撐層并與空腔相連。

進一步地，芯層的表面與空腔內壁之間的距離不小于2μm。

進一步地，該波導結構還包括：光柵、光電探測器、調制器中的至少一種，光柵、光電探測器、調制器中的至少部分與芯層位于同一襯底上。

進一步地，該波導結構還包括電連接的第一金屬層和第二金屬層，第一金屬層和第二金屬層均位于第二支撐層上，第一金屬層為布線層，第二金屬層為電極引出端。

本發明的第二個方面是提供一種波導結構的制造方法，包括：在襯底上形成第一支撐層；在第一支撐層上形成芯層；在第一支撐層上形成犧牲層，并對犧牲層進行刻蝕，以保留待形成空腔的部分；在第一支撐層和犧牲層上形成第二支撐層；對第二支撐層進行刻蝕形成釋放孔，并通過釋放孔去除犧牲層，形成所述空腔。

進一步地，犧牲層的材料包括聚酰亞胺，在第一支撐層上形成犧牲層，并對犧牲層進行刻蝕后，犧牲層包繞芯層的厚度不小于2μm。