[发明专利]带有微反射镜的硅基V型槽制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种硅的湿法刻蚀及原子层沉积技术应用于VCSEL模块耦合封装定位槽的制备方法。

背景技术

随着科技的进步，在雷达信号传输，高清音视频光传输等领域都需要高频、高速率的信号传输。高频信号在电缆传输中会存在衰减与信号之间的窜扰等不可避免的问题，由此发展光纤通信势在必行。在发光模块的制作过程中，当光纤与波导器件耦合时，波导的横截面与光纤芯面的匹配情况一般是固定的，将光纤与波导准确对准是实际工作中的最大问题。因为单模光纤的芯径和波导端面的尺寸都在微米量级，所以精确对准是很困难的。如果能够实现精密对准则可实现高效耦合。因此，设计并制造出质量很好的具有高精度定位功能的硅V型槽及其阵列将十分重要，用它制成的光纤阵列成为重要的光无源器件。而用硅V型槽阵列研制成的光纤阵列，成为与多通道波导型器件耦合的最佳器件。

现有硅基V型槽设计原理是利用硅上原子排列的不同展现出在KOH水溶液中的各向异性，在硅的（100）面上腐蚀，沿（111）面形成夹角为54.74^o的V型槽。

1979年，东京工业大学的Iga提出了垂直腔面发射激光器的思想，并于1988年研制出首枚VCSEL器件。自诞生之日起，其优异的性能就获得了人们的青睐。与传统边发射激光器不同的结构带来了许多优势：小的发散角和圆形对称的远、近场分布使其与光纤的耦合效率大大提高；光腔长度极短，导致其纵模间距拉大，可在较宽的温度范围内实现单纵模工作，动态调制频率高；腔体积减小使得其自发辐射因子较普通端面发射激光器高几个数量级，这导致许多物理特性大为改善；可以在片测试，极大地降低了开发成本；出光方向垂直衬底，可以很容易地实现高密度二维面阵的集成，实现更高功率输出，并且因为在垂直于衬底的方向上可并行排列着多个激光器，所以非常适合应用在并行光传输以及并行光互连等领域。

由于结构的差异导致出光方向的不同情况下原有的V型槽在耦合时会造成光纤的弯曲，从而导致光损耗较大。根据硅的原子排列差异及添加IPA入KOH溶液中时由于各晶面吸附程度的差异调节（100）和（110）面的刻蚀速率使其达到速率比为1形成45^o面的微反射镜，同时由（101）及（10-1）形成与（100）面夹角为45^o的V型槽。

磁控溅射镀膜利用带电荷的粒子在电场中加速后具有一定动能的特点，将离子引向欲被溅射的物质制成的靶电极（阴极），并将靶材原子溅射出来使其沿着一定的方向运动到衬底并最终在衬底上沉积成膜的方法。磁控溅射是把磁控原理与普通溅射技术相结合利用磁场的特殊分布控制电场中的电子运动轨迹，以此改进溅射的工艺，使得镀膜厚度及均匀性可控，且制备的薄膜致密性好、粘结力强及纯净度高、沉积速度快、基材温升低、对膜层的损伤小等优点。

在波长为850nm时硅的折射率n为3.6780，二氧化硅的折射率n为1.4721，其折射率的特性与材料本身价格低廉容易成膜特点，以及考虑V型槽基底为硅材料，所以在高反膜系的设定上取Si/SiO₂膜系。

本发明涉及一种硅基V型槽制备方法，该方法包括：模拟：根据硅在KOH刻蚀液中的各向异性特征使用Anisotropiccrystallineetchingsimulation（ACES）软件进行模拟找出了产生V型槽及微反射镜的特定刻蚀晶向；硅刻蚀：根据Si、SiO2在KOH刻蚀液中的选择比及它们的热膨胀系数确定了实用的掩膜，调整KOH、IPA、水的配比及刻蚀反映温度刻蚀出V型槽及45o的微反射镜；镀膜：使用镀膜软件TFC找到经济实用的Si/SiO2高反膜，利用PECVD沉积薄膜，减少刻蚀形成的损伤提高微反射镜的反射率。本发明可适用于垂直腔面激光器（VCSEL）与尾纤的耦合，或者其他需要折转光路的耦合情形，有效的提高了激光器与光线的耦合效率。

发明内容

本发明要解决垂直强激光器（VCSEL）阵列与光纤阵列的耦合问题，提出了一种带有45^o微反射镜的硅基V型槽，采用了热氧化、快速热退火、硅的各向异性刻蚀、PECVD镀膜等技术制备出带有极高反射率的反射镜的硅基V型槽，有效的提高了VCSEL阵列与光纤阵列的耦合效率。

热氧化产生致密度高，平整的二氧化硅。

快速热退火可以有效热氧化过程中材料表面产生的损伤缺陷，同时，退火过程中硅表面覆盖的多余杂质层挥发，或被氮气带出退火炉。