[发明专利]一种平面光波导及其制备方法

权利要求书

1.一种平面光波导，其特征在于，包括：下包层、波导芯层、隔离层和上包层，所述上包层和所述下包层的折射率相等且高于所述隔离层的折射率，所述隔离层形成在所述下包层上，所述波导芯层被完全包覆在所述隔离层中，所述上包层形成在所述隔离层上；所述隔离层的熔点低于所述波导芯层的熔点，且填充所述波导芯层的各个间隙；所述上包层的熔点低于所述波导芯层的熔点；

所述波导芯层的材料为掺杂锗的二氧化硅，所述下包层的材料为二氧化硅；

所述隔离层的材料为掺杂有氟和锗的二氧化硅，其中所述氟的掺杂质量为所述二氧化硅质量的1-2％，所述锗的掺杂质量为所述二氧化硅质量的3-6％，且所述氟和锗的掺杂质量比大于1:3；

所述上包层的材料为掺杂有氟和锗的二氧化硅，其中所述氟的掺杂质量为所述二氧化硅质量的1-3％，所述锗的掺杂质量为所述二氧化硅质量的3-6％，且所述氟和锗的掺杂质量比为1:3。

2.如权利要求1所述的平面光波导，其特征在于：所述隔离层的厚度为1-10μm。

3.如权利要求1所述的平面光波导，其特征在于：所述隔离层与所述上包层或所述下包层的相对折射率差Δ为0.1％-0.3％。

4.如权利要求1所述的平面光波导，其特征在于：所述下包层还作为衬底；或者所述平面光波导还包括衬底，所述衬底的材料为硅或者二氧化硅。

5.一种权利要求1-4任一所述的平面光波导的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)在所述下包层上形成隔离层的第一部分；

(2)在所述隔离层的第一部分上形成芯层；

(3)刻蚀所述芯层，形成具有预设结构的所述波导芯层；

(4)在所述波导芯层和所述隔离层的第一部分上形成隔离层的第二部分，所述隔离层的第二部分完全填充所述预设结构的间隙，所述隔离层的第一部分和第二部分组成所述隔离层，并将所述波导芯层完全包覆；

(5)在所述隔离层的第二部分上形成所述上包层。

6.如权利要求5所述的平面光波导的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)包括如下步骤：

(3.1)在所述芯层上涂覆一层光刻胶，并通过光刻工艺形成具有预设图案的光掩膜；

(3.2)刻蚀所述芯层，得到具有预设结构的所述波导芯层；

(3.3)去除所述光掩膜。

7.如权利要求5所述的平面光波导的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中和/或步骤(4)中采用等离子增强化学气相沉积工艺，然后进行高温退火处理后形成；所述等离子增强化学气相沉积工艺为：在生长温度为250-360℃，气体流量比10-15％GeH₄:C₂F₆:SiH₄:N₂O为15-22:9-13:15-20:1800-2400sccm，射频输入功率为600-750W，沉积腔压强为350-400mTorr的条件下沉积10-15分钟；所述高温退火处理的工艺条件为：在氧气和惰性气体的气氛下，升温50-150分钟，在900-1000℃内恒温20-40分钟，然后自然冷却至20-30℃。

8.如权利要求5所述的平面光波导的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)包括如下步骤：

(5.1)利用氢氧气燃烧器，采用火焰水解法在所述隔离层的第二部分上形成疏松的上包层，所述火焰水解法的工艺条件为：H₂:3-6slm；O₂:6-12slm；Ar:3-6slm；SiCl₄:60-100sccm；GeCl₄:8-16sccm；SiF₄ 5-10sccm；

(5.2)将所述疏松的上包层进行高温致密硬化处理，然后自然降温至20-30℃，所述高温致密硬化处理的工艺条件为：在氧气和惰性气体的气氛下，升温30-120分钟，在900-1100℃内恒温20-40分钟。