[发明专利]硅基光波导结构及其制作方法

权利要求书

1.一种硅基光波导结构的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括：

步骤1)，提供一SOI衬底，所述SOI衬底包括硅衬底、埋氧层以及顶层硅；

步骤2)，于所述顶层硅表面形成间隔排列的两个带状金属层；

步骤3)，于所述顶层硅及所述两个带状金属层上形成上包层，且所述上包层的折射率小于所述顶层硅的折射率；

在纵向上，高折射率的顶层硅夹于低折射率的埋氧层与上包层之间，形成纵向的光场限制；在横向上，带状金属层区域具有强烈的光吸收，其等效折射率低于两个带状金属层之间的区域，形成横向的光场限制，最终实现纵向及横向上的光场限制，以形成光场限制区域，所述光场限制区域位于两个所述带状金属层之间的所述区域的顶层硅中，以使光波局限在所述光场限制区域里，并沿着所述带状金属层的延伸方向传播，形成硅基光波导结构。

2.根据权利要求1所述的硅基光波导结构的制作方法，其特征在于：所述硅基光波导结构为单模传输的硅基光波导结构。

3.根据权利要求2所述的硅基光波导结构的制作方法，其特征在于：通过调整顶层硅的厚度、两个带状金属层之间的距离以及两个带状金属层的宽度，实现硅基光波导结构的单模传输。

4.根据权利要求1所述的硅基光波导结构的制作方法，其特征在于：步骤2)包括：

步骤2-1)，通过溅射或蒸镀工艺于所述顶层硅表面形成金属层；

步骤2-2)，于所述金属层表面旋涂光刻胶，并通过曝光工艺形成带状掩膜图形；

步骤2-3)，通过刻蚀工艺刻蚀所述金属层，以制备出所述两个带状金属层。

5.根据权利要求1所述的硅基光波导结构的制作方法，其特征在于：步骤2)包括：

步骤2-1)，于所述顶层硅表面旋涂光刻胶，并通过曝光工艺形成带状掩膜窗口；

步骤2-2)，通过溅射或蒸镀工艺于所述光刻胶及带状掩膜窗口内的顶层硅表面形成金属层；

步骤2-3)，剥离去除所述光刻胶以及光刻胶上的金属层，以制备出所述两个带状金属层。

6.根据权利要求1所述的硅基光波导结构的制作方法，其特征在于：所述带状金属层包括结合于所述顶层硅表面的种子层及结合于所述种子层上的金属顶层，所述种子层包括Ti层，所述金属顶层包括Au层、以及Au层及Pt层的叠层中的一种。

7.根据权利要求1所述的硅基光波导结构的制作方法，其特征在于：所述上包层包括二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、有机聚合物材料及空气中的一种。

8.一种硅基光波导结构，其特征在于，包括：

SOI衬底，所述SOI衬底包括硅衬底、埋氧层以及顶层硅；

两个带状金属层，间隔排列于所述顶层硅表面；

上包层，覆盖于所述顶层硅及所述两个带状金属层上，且所述上包层的折射率低于所述顶层硅的折射率；

在纵向上，高折射率的顶层硅夹于低折射率的埋氧层与上包层之间，形成纵向的光场限制；在横向上，带状金属层区域具有强烈的光吸收，其等效折射率低于两个带状金属层之间的区域，形成横向的光场限制，最终实现纵向及横向上的光场限制，以形成光场限制区域，所述光场限制区域位于两个所述带状金属层之间的所述区域的顶层硅中，以使光波局限在所述光场限制区域里，并沿着所述带状金属层的延伸方向传播，形成硅基光波导结构。

9.根据权利要求8所述的硅基光波导结构，其特征在于：所述硅基光波导结构为单模传输的硅基光波导结构。

10.根据权利要求8所述的硅基光波导结构，其特征在于：通过调整顶层硅的厚度、两个带状金属层之间的距离以及两个带状金属层的宽度，实现硅基光波导结构的单模传输。