[发明专利]一种硅基楔形波导微环腔及其制备方法

权利要求书

1.一种硅基楔形波导微环腔，其特征在于，包括直波导(a)、波导微环腔(b)，所述波导微环腔(b)横截面为等腰梯形，所述波导微环腔(b)中心设置有边缘为楔形的圆形微盘(c)，所述波导微环腔(b)与所述圆形微盘(c)间设置有环形窗口(d)，所述波导微环腔(b)下方开设有空腔(e)，所述空腔(e)使波导微环腔(b)为悬空状态，使所述圆形微盘(c)为部分悬空状态；所述直波导(a)为埋入式条形波导，所述直波导(a)与所述波导微环腔(b)相互侧向耦合。

2.根据权利要求1所述的硅基楔形波导微环腔，其特征在于，所述圆形微盘(c)直径L1为1mm-40mm，所述圆形微盘(c)边缘楔形的角度为30°-75°，所述环形窗口(d)的环形宽度L2为6μm-8μm；所述等腰梯形下底长5μm±10%，高度为5μm-8μm，所述等腰梯形腰与下底夹角为30°-50°；所述直波导(a)宽度为900nm±10%。

3.根据权利要求1-2任一项所述的硅基楔形波导微环腔，其特征在于，包括硅衬底(1)、设置在所述硅衬底(1)上的第一二氧化硅层(2)和第二二氧化硅层(3)，所述第一二氧化硅层(2)设置在硅衬底(1)中心的圆形区域，所述第二二氧化硅层(3)设置在所述圆形区域之外的区域，所述第一二氧化硅层(2)和第二二氧化硅层(3)表面还设置有第三二氧化硅层(5)，所述波导微环腔(b)和圆形微盘(c)设置在第一二氧化硅层(2)；所述直波导(a)包括波导介质层和包覆层，所述波导介质层埋填在第三二氧化硅层(5)中，所述空腔(e)设置在硅衬底(1)上。

4.根据权利要求1-2任一项所述的硅基楔形波导微环腔，其特征在于，所述波导介质层为氮化硅。

5.根据权利要求1-2任一项所述的硅基楔形波导微环腔，其特征在于，所述波导微环腔(b)侧壁粗糙度为±120nm。

6.一种权利要求1~5任一项所述的硅基楔形波导微环腔制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.第一次热氧化；

利用硅基热氧化工艺在硅衬底(1)上生成一层厚度为5μm~7μm第一二氧化硅层(2)；

S2.第一次各向同性湿法腐蚀；

S21.在步骤S1制备的所述第一二氧化硅层(2)表面依次涂覆粘附剂和光刻胶制备圆形掩膜；

S22.用氢氟酸缓冲液在第一二氧化硅层(2)上刻蚀出边缘为楔形的圆盘；

S23.清除光刻胶；

S3.第二次热氧化；

对经步骤S2处理后的硅衬底(1)进行第二次热氧化工艺处理，在硅衬底(1)表面生长第二二氧化硅层(3)，所述第二二氧化硅层(3)的厚度为2μm~3μm；

S4.等离子体增强化学气相沉积法在第一二氧化硅层(2)和第二二氧化硅层(3)表面沉积一层氮化硅层(4)；

S5.反应离子刻蚀出氮化硅直波导(a)；

S51.通过涂覆正光刻胶制备待刻蚀的直波导(a)的掩膜；

S52.用反应离子刻蚀机刻蚀出氮化硅直波导介质层；

S53.用磷酸湿法腐蚀工艺去除残余氮化硅；

S54.清除正光刻胶；

S55.在经步骤S54处理后的第一二氧化硅层(2)和第二二氧化硅层(3)表面通过原子沉积生长一层厚度为200nm的第三二氧化硅层(5)，作为直波导(a)包覆层；

S6.第二次各向同性湿法腐蚀；

S61.在所述圆盘上制作环形窗口(d)的掩膜；

S62.用氢氟酸缓冲液在圆盘上刻蚀出环形窗口(d)；

S63.清除光刻胶，制备出波导微环腔(b)与圆形微盘(c)；

S7.气相刻蚀环形窗口(d)下的硅层，制备出空腔(e)；

氟化氙气相刻蚀所述环形窗口（d）下的硅层，在第一二氧化硅层(2)和第二二氧化硅层(3)下方形成空腔(e)，完成刻蚀后即可得到圆形微盘(c)和空气包层的楔形波导微环腔(b)。