[发明专利]一种PLC波导与红外接受器垂直集成的晶圆加工工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种PLC波导与红外接受器垂直集成的晶圆加工工艺，属于波导器件制备领域。

背景技术

随着PLC平面波导芯片器件的应用从广域网到城际网和接入网的扩展，越来越多的光学组件需要与PLC芯片集成以实现应用模块的高集成度和高性能。更小更密的指标要求会要求在一些模块上实现，这些模块如TOSA(光发射子组装模块)和ROSA(光接收子组装模块)。过去在广域网的应用模块中，激光器，波导芯片，光接收器通常用的是分离组件。在现有技术中将分离的光器件组装到一起的方法，一般是通过一个反光镜将光反射到光敏二极管上去，需要相应的对准和封装技术。目前在100G数据网络要求的趋势作用下，插入城际网络设备中的发射接受模块被要求做得更小。将分离器件组装在一起很难满足电信商对小尺寸的要求，而且此方法也是一种昂贵的加工方法。因模块是由反光镜、光敏二极管和波导器件封装而成，体积很难再减少。

发明内容

针对现有技术中的光学组件和PLC芯片集成模块存在加工成本高、操作复杂，且集成模块器件体积大，无法适应现有应用要求，本发明的目的是在于提供一种操作简单、成本低，可以实现红外光感应器件与PLC波导的紧密集成的晶圆加工工艺。

为了实现本发明的技术目的，本发明提供了一种PLC波导与红外接受器垂直集成的晶圆加工工艺，包括以下步骤：

(1)在PLC波导靠近输出端的覆盖层表面加工凹槽I，凹槽I位于波导芯正上方；

(2)在凹槽I底部沉积光感应层；

(3)在光感应层及覆盖层表面沉积保护层I，并在凹槽I底部两端的保护层I表面各加工一个凹槽II；

(4)在凹槽II底部及保护层I表面沉积金属层，并将金属层加工成电极金属引线；

(5)在电极金属引线及保护层I表面沉积保护层II，并加工接线口。

本发明的技术方案通过在波导输出端覆盖层位于波导芯正上方加工凹槽，并沉积锗复晶光感应层，实现锗复晶与波导为基础的感光器垂直耦合，在晶圆上紧密集成，具有体积小的特点，能为数组波导光栅在和ROSA(光接收子组装模块)上的应用提供方便，并且操作简便，避免了现有技术中在后端封装工艺中消耗大量劳动力(譬如封装工艺里的单个光器件的耦合对中)。

本发明的PLC波导与红外接受器垂直集成的晶圆加工工艺还包括以下优选方案：

优选的方案中PLC波导衬底厚度为15～20微米，覆盖层厚度为15～20微米，波导芯宽度为5～8微米，厚度为5～7微米。

优选的方案中PLC波导具有至少8个输出通道(即波导芯个数)。可以具有8、16、40、100或者更多输出通道。

优选的方案中凹槽I底部与波导芯的垂直距离为1～2微米。通过调节凹槽I的深度可以控制光感应层与波导的垂直耦合距离，有利于获得最好的光信号输出效果。

优选的方案中凹槽I底部与波导平行，凹槽I底部宽度为25～35微米，长度为100～150微米。通过调节加工的凹槽I的长度，可以控制光感应层沿波导平行方向的长度在100～150微米范围内。凹槽I最优选为倒梯形状凹槽。

优选的方案中光感应层厚度为0.1～1微米。

优选的方案中光感应层由红外光敏材料锗复晶构成。本发明通过高纯度的锗复晶来加工低压CVD，锗复晶制作的光感应层带宽能量小于0.77电子伏特。

优选的方案中保护层I厚度为0.5～1微米。

优选的方案中保护层II厚度为0.5～1微米。

较优选的方案中保护层I和保护层II各自独立地选自SiO₂或SiN材料。

优选的方案中金属层由铝构成。

较优选的方案中金属层厚度为2000～2500埃。

优选的方案中凹槽II底部为暴露的光感应层。金属层直接沉积在光感应层上，再加工成光感应层的金属导线。

优选的方案中通过光刻工艺和干蚀法在PLC波导靠近输出端的覆盖层上加工凹槽I。

优选的方案中通过光刻和腐蚀工艺在凹槽I底部的两端保护层I表面各加工一个凹槽II。

本发明的方案中通过光刻和腐蚀工艺加工接线口，以便实现COG或者SOG即芯片与玻璃的贴合封装。

本发明的方案中每一条波导芯正上方各加工一个凹槽I，并加工红外光敏材料锗复晶作为光感应器，这样来监控波导里传输的光强度。