[发明专利]一种条形中红外波导结构

说明书

本发明的目的是提供一种条形中红外波导结构，包括Si衬底层，Si衬底层的顶部设置有相互间隔的条形SiO₂埋氧层，条形SiO₂埋氧层顶部中间位置处设置有条形Si波导层，条形Si波导层与条形SiO₂埋氧层均垂直设置。本发明结构通过刻蚀部分埋氧层，从而形成以空气为部分下包层的中红外低损耗悬浮条形波导结构，有效减小了其SiO₂埋氧层与条形Si波导层的接触面积，可以有效减小SiO₂埋氧层的吸收损耗，从而降低波导的整体传输损耗，而且通过调节Si波导下方的条形SiO₂埋氧层间距，可以对条形Si波导进行良好的支撑，防止波导塌陷。

技术领域

本发明属于硅基光子器件技术领域，具体涉及一种条形中红外波导结构。

背景技术

光通信技术具有大带宽、低损耗等优势，是现代通信的重要基础。随着网络强国战略、宽带中国战略等的深入实施，我国的光通信产业正在迅速发展。

光通信的核心是光子芯片，由大量的无源器件和有源器件共同构成光互连，光波导是光互连的基本器件，也是构成无源器件和有源器件的基本单元，光波导结构的好坏直接影响着光子芯片的性能。

中红外波段的光子芯片不仅可用于分子含量的检测和分子类型的鉴定，还可以实现分子的成像等，从而在军事、环境监测、医学治疗以及基础研究等领域具有广泛的应用。

随着工艺的进步，器件尺寸逐渐减小，光波导的尺寸已进入百纳米量级，绝缘体上硅(Silicon-On-Insulator,SOI)材料由于其自身良好的波导特性，以及与传统微电子工艺的高度兼容性、成熟的制备工艺、低廉的成本等众多优点，使其逐渐进入光器件领域。利用SOI材料制作的光波导，具有折射率差大，对光场的限制作用强，吸收损耗低，器件尺寸小，可增大光子回路的集成度等优点。然而，适用于中红外光子回路的成熟的SOI材料在中红外波段(3.5～8μm)光波导器件中的应用却受到埋氧层的限制，这是由于二氧化硅在波长大于3.5微米的中红外波段存在很大的吸收损耗。为了将硅基光波导推向中红外波段，设计具有低吸收损耗下包层的中红外硅基光波导结构显得越来越重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种条形中红外波导结构，该结构通过刻蚀部分埋氧层，从而形成以空气为部分下包层的中红外低损耗悬浮条形波导结构。

本发明所采用的技术方案是，一种条形中红外波导结构，包括Si衬底层，Si衬底层的顶部设置有相互间隔的条形SiO₂埋氧层，条形SiO₂埋氧层顶部中间位置处设置有条形Si波导层，条形Si波导层与条形SiO₂埋氧层均垂直设置。

本发明的特点还在于，

Si衬底层掺杂浓度为1×10¹³cm^-3～1×10¹⁵cm^-3，掺杂剂为P离子。

Si衬底层厚度为100μm～300μm，宽度为100μm～1000μm。

条形SiO₂埋氧层厚度为0.5μm～1μm，宽度为100μm～1000μm，深度为1μm～5μm，深度方向上间隔距离为10μm～30μm。

条形Si波导层掺杂浓度为1×10¹³cm^-3～1×10¹⁵cm^-3，掺杂剂为P离子。

条形Si波导层高度为0.22μm～0.5μm，宽度为0.5μm～5μm。