[发明专利]一种模斑转换器的制作方法及模斑转换器

说明书

本公开提供了一种模斑转换器的制作方法及模斑转换器，其中，模斑转换器的制作方法包括：提供一衬底；在上述衬底上生长保护层；在上述保护层上定义楔形结构区域；在上述楔形结构区域，通过一次接触式曝光得到光栅式结构；通过热熔上述光栅式结构，得到楔形结构；通过刻蚀，将上述楔形结构转移至上述衬底上；在上述楔形结构上制作脊波导结构，得到模斑转换器。

技术领域

本公开涉及光电子技术领域，具体涉及一种模斑转换器的制作方法及模斑转换器。

背景技术

近年来，随着光通信技术的发展，光电子器件的集成度越来越高。在光通信系统中，光在光子芯片中传输的模斑尺寸通常在几百纳米到二微米的范围，而光在光纤中的模斑尺寸则为十个微米左右，光在光纤和光子芯片中传输的模斑尺寸存在严重的尺寸失配，进一步导致光传输的模式失配，传输效率大大降低。

为了解决此问题，人们提出使用模斑转换器实现光子芯片与光纤的高效耦合。模斑转换器通常分为水平楔形模斑转换器和垂直楔形模斑转换器，水平方向上的楔形因其制作简单引起了广泛的关注，但转换效率仍受到垂直方向的限制。垂直楔形结构能够达到很高的转换效率，具有极大的使用价值，但因其工艺难度难以实现大规模生产。

对于垂直楔形模斑转换器，现有的制作工艺主要包括灰度曝光、干法刻蚀、移动掩模版和纳米压印等方案。灰度曝光方案需要制作灰度掩模版，这种方案设计难度较大、成本高昂且不适用于大尺寸的垂直楔形，无法有效转化为工业化方案。通过干法刻蚀制造垂直楔形结构难以保证楔形的尺寸，同样无法实现工业化生产。移动掩模版的方案相对简单，但此方案对高端半导体设备的依赖程度较高，普通的接触式光刻机无法实现此功能且每次曝光需要大量时间。纳米压印虽能得到很好的楔形结构，但增加了额外的工艺流程。

发明内容

有鉴于上述问题，本公开提供了一种模斑转换器的制作方法及模斑转换器，具体如下。

本公开的一方面提供了一种模斑转换器的制作方法，包括：提供一衬底；在上述衬底上生长保护层；在上述保护层上定义楔形结构区域；在上述楔形结构区域，通过一次接触式曝光得到光栅式结构；通过热熔上述光栅式结构，得到楔形结构；通过刻蚀，将上述楔形结构转移至上述衬底上；在上述楔形结构上制作脊波导结构，得到模斑转换器。

根据本公开的实施例，其中，上述保护层包括氧化硅层、氮化硅层的任意一种。

根据本公开的实施例，其中，上述在上述衬底上生长保护层包括通过等离子体增强化学气相沉积法，在上述衬底上生长上述保护层。

根据本公开的实施例，其中，上述光栅式结构包括间隔设置的曝光区条形结构和非曝光区条形结构。

根据本公开的实施例，其中，上述光栅式结构包括至少三个曝光区条形结构和两个非曝光区条形结构，且相邻上述非曝光区条形结构的宽度相等，相邻上述曝光区条形结构的宽度自左向右依次增大或减小。

根据本公开的实施例，其中，上述光栅式结构包括至少三个非曝光区条形结构和两个曝光区条形结构，且相邻上述曝光区条形结构的宽度相等，相邻上述非曝光区条形结构的宽度自左向右依次增大或减小。

根据本公开的实施例，其中，上述曝光区条形结构的宽度包括1～4μm。根据本公开的实施例，其中，上述光栅式结构的厚度包括3～6μm。

根据本公开的实施例，其中，上述通过刻蚀将上述楔形结构转移至上述衬底上，包括通过刻蚀选择比为1～2的刻蚀工艺将上述楔形结构转移至上述衬底上。

本公开的另一方面还提供了一种模斑转换器，包括，采用上述方法制备的模斑转换器。

本公开提供的模斑转换器制作方法通过一次接触式曝光得到光栅式的光刻胶结构，再通过热熔回流得到楔形结构，再将楔形结构转移至衬底上，并在楔形结构上制作脊波导，得到模斑转换器。该方法简单，快速，成本低，对高端半导体设备依赖程度低，能满足高速的工艺生产目标。