[发明专利]一种光波导及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光波导及其制作方法。

背景技术

集成光子技术是光子技术的重要发展方向。集成光子器件由于具有易集成化、规模化等优势，在光通信、光信息处理、光传感等应用领域有着重要的应用。光波导是各种集成光子器件中最重要的基础性部件。目前的光波导包括硅基光波导、二氧化硅光波导、聚合物光波导、硫系玻璃光波导、铌酸锂光波导和III-V族光波导等。材料特性的不同使这些光波导有各自不同的应用，如二氧化硅光波导主要应用于在无源光波导器件中，聚合物光波导主要应用于一些低成本的光子器件中，铌酸锂光波导则主要应用于光调制器中。

硫系玻璃是由元素周期表中第VIA族的S、Se、Te三种主要元素与Ge、Ga、As、Sb等其他金属元素形成的一种具有极宽透明窗口的红外玻璃(透过范围从可见至20μm)。硫系玻璃还具有高折射率，高稀土掺杂能力，极大的光学非线性和光敏特性，这些特点使硫系玻璃光波导成为集成光子领域重要的发展方向。

目前硫系玻璃光波导主要通过标准的光刻和干法刻蚀方法制备得到。这种传统的光波导制备方法存在的不足主要是由于硫系玻璃在显影和刻蚀过程中会受到碱性显影液和等离子体气体的化学腐蚀，在制备过程中，往往需要通过悬涂光刻胶保护薄膜、优化刻蚀前的退火条件以及对复杂的等离子刻蚀参数进行精心调节等手段来保证制备得到的硫系玻璃光波导的性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种表面平整的光波导以及该光波导的制作方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种光波导，包括SOI基片，其特征在于：所述SOI基片的顶层硅上设有一层掩膜层，所述掩膜层呈现光波导的掩膜图案，所述掩膜层的上方设有一层薄膜层，所述薄膜层与所述掩膜层相接触的面相互匹配，并且所述薄膜层的顶部为光滑平整的表面。

优选地，所述薄膜层为硫系玻璃材料。

一种上述光波导的制作方法，其特征在于：包括以下步骤，

1)在SOI基片的顶层硅上生长一层掩膜层；

2)对掩膜层依次进行光刻和刻蚀，使得该掩膜层呈现需要制作的光波导的掩膜图案；

3)在呈现掩膜图案的掩膜层上形成一层薄膜层，该薄膜层与掩膜层相接触的面的形状相互匹配；

4)对薄膜层的顶部表面进行加热磨平工艺使其形成光滑平整的表面。

为了去除杂质的污染，在上述步骤前对所述SOI基片进行清洗。

优选地，具体的清洗步骤为,1)、将上述SOI基片浸入丙酮中，并用超声波清洗15-25分钟，2)、在第一次清洗完成后，从丙酮中取出SOI基片然后浸入甲醇中，并用超声波清洗3-7分钟，3)、在第二次清洗完后，从甲醇中取出SOI基片然后浸入异丙醇中，并用超声波清洗3-7分钟，4)、将清洗干净的SOI基片用氮气吹干。

为了使掩膜层的厚度达到纳米量级并且提高膜层的质量，步骤1)中生长掩膜层采用氧化法，所述掩膜层为二氧化硅膜层或者氮化硅膜层，所述掩膜层的厚度为纳米量级。

优选地，步骤2)中的光刻步骤中，先在掩膜层上涂覆光刻胶，匀胶机的工作参数为慢转转速为1500rpm-2000rpm，慢转时间为3s-5s，快转转速为5000rpm-6000rpm，快转时间为25s-30s；然后进行对准曝光，所述的曝光是利用接触式系统进行曝光，曝光时间为10s；最后进行显影，所述的显影为在氢氧化钠碱性显影液中显影，显影时间为45s-60s，使得光刻胶呈现该掩膜图案。

优选地，步骤2)中的刻蚀步骤，为利用电感耦合等离子体(ICP)进行蚀刻，刻蚀中采用的刻蚀气体四氟化碳的流量为15sccm-25sccm，保护气体三氟甲烷的流量为20sccm-40sccm，平板功率为50W，刻蚀时间为2-3分钟，腔体压强为3mTorr，蚀刻后用丙酮清洗剩余光刻胶图像，清洗时间是1-5分钟。

优选地，步骤3)中形成薄膜层的方法为磁控溅射，其中采用的腔内压强为1.0×10-4Pa-2.0×10-4Pa，起辉气压为3Pa，溅射气压为0.2Pa-0.4Pa，溅射功率为25W-30W，溅射时间为1.5小时-3小时，气体Ar的流量采用的是40sccm-50sccm。

与现有技术相比，本发明的优点在于本发明同时利用硅的热氧化特点和硫系玻璃的热塑性，将两者结合，可避免硫系玻璃显影、刻蚀过程中的一系列问题，获得性能良好的硫系玻璃光波导。

附图说明

图1为本发明实施例的光波导的结构示意图。