[发明专利]一种新型绝缘体上硅晶圆及其制造方法

说明书

本发明公开了一种新型绝缘体上硅晶圆及其制造方法，其自下往上包括：第一衬底，其为绝缘体上硅晶圆的最下层，材料组分为硅或二氧化硅；第一埋氧层，其为绝缘体上硅晶圆的第二层，材料组分为二氧化硅；第二埋氧层，其为绝缘体上硅晶圆的第三层，材料组分为二氧化硅；第二衬底，其为绝缘体上硅晶圆的最上层，材料组分为硅。该新型绝缘体上硅晶元可作为硅基光子器件和PLC光波导器件的集成材料，兼具高折射率、高光场限制的特性，使得硅基光子器件和PLC光波导器件能够进行单片集成，并且提高芯片和光纤的耦合效率。所述新型绝缘体上硅晶圆避免了硅基光子器件和PLC光波导器件分立使用时体积大、集成度低、耦合效率低、使用不方便的弊端。

技术领域

本公开涉及光纤通信与集成光学领域，尤其涉及应用于硅基光子器件与PLC光波导器件集成的光波导材料绝缘体上硅晶圆及其制造方法。

背景技术

在光纤通信与集成光学领域，绝缘体上硅晶圆(SOI)是近年来应用于硅基光子器件及PLC光波导器件中的一种重要的光波导材料。现有硅基光子器件常用绝缘体上硅晶圆包括：硅衬底层、一层中间二氧化硅埋氧层以及顶部薄层硅。所述结构一般通过背面腐蚀法、智能剥离技术和注氧隔离法形成；而PLC光波导器件常用绝缘体上硅晶圆则是在石英衬底上通过沉积或掺杂产生高折射率的二氧化硅制作而成。

由于上述现有绝缘体上硅晶圆材料的光耦合效率低等限制，使得硅基光子器件和PLC光波导器件通常分立使用，二者通常采用光纤等方式连接，此种使用模式增加了硅基光子器件和PLC光波导器件的耦合损耗，且耦合效率低，并且器件体积大、集成度低、使用不方便。

因此，有必要提出一种新型绝缘体上硅晶圆及其制造方法，使得硅基光子器件和PLC光波导器件单片集成以解决现有技术中存在的问题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明公开了一种新型绝缘体上硅晶圆及其制造方法，至少解决了以上部分问题。

由于现有硅基光子器件和PLC光波导器件的分立器件体积较大，一般为厘米量级，若将其集成则可以实现毫米量级甚至更小，并且由于工艺兼容，具有与微电子器件再进一步集成的可能性，进而具有促成光电子和微电子技术融合的潜在可能性。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种新型绝缘体上硅晶圆及其制造方法，包括：第一衬底，其材料组分为硅或二氧化硅；第一埋氧层，生长在所述第一衬底上，所述第一埋氧层材料组分为二氧化硅；第二埋氧层，生长在所述第一埋氧层上，所述第二埋氧层材料组分为二氧化硅；第二衬底，生长在所述第二埋氧层上，所述第二衬底材料组分为硅。

所述第一埋氧层的材料组分为折射率可调的二氧化硅。

可选地，第一埋氧层的二氧化硅材料的折射率范围是1.4～1.6，该二氧化硅厚度为5μm～20μm。

所述第二埋氧层的材料组分为折射率可调的二氧化硅。

可选地，第二埋氧层的二氧化硅材料的折射率范围是1.4～1.6，该二氧化硅厚度为2μm～6μm。

所述第二埋氧层在第一埋氧层上方并且第二埋氧层折射率大于第一埋氧层折射率。

此外，本发明还提供了一种新型绝缘体上硅晶圆的制造方法，包括：准备第一衬底；在所述第一衬底上表面制造第一埋氧层；准备第二衬底；在所述第二衬底上表面制造第二埋氧层；通过键合工艺，将所述第一衬底上覆盖第一埋氧层的一侧与第二衬底上覆盖第二埋氧层的一侧连接，形成绝缘体上硅晶圆雏形；通过减薄工艺，在所述绝缘体上硅晶圆雏形的第二衬底的一侧形成薄层硅，该薄层硅的厚度为0.1μm～1μm，得到所述新型绝缘体上硅晶圆。

可选地，在所述第一衬底上表面制造第一埋氧层的步骤包括，采用沉积或掺杂工艺制造所述第一埋氧层。