[发明专利]基于铬掩膜的铌酸锂薄膜亚微米线宽脊型光波导制备方法

说明书

本发明公开了一种基于铬掩膜的铌酸锂薄膜亚微米线宽脊型光波导制备方法，包括以下步骤：获取待加工的铌酸锂薄膜样品；使用电子束蒸发镀膜系统在所述铌酸锂薄膜样品表面沉积铝膜，在铝膜表面旋涂光刻胶，用电子束曝光光刻机将掩膜图案刻在样品上；将样品放置于显影液中进行显影，用电子束蒸发镀膜系统在样品表面沉积铬膜；将样品放入剥离液中，去除光刻胶，留下铬掩膜图形；利用电感耦合等离子体对样品进行刻蚀，得到铌酸锂薄膜亚微米线宽脊型光波导。该方法可以制备获得亚微米级线宽的脊型光波导，且光波导的侧壁垂直度高，基于此工艺加工的铌酸锂光波导器件体积小，易集成，具有良好的光约束条件。

技术领域

本发明属于微纳光子器件加工技术领域，尤其涉及一种铌酸锂薄膜亚微米线宽脊型光波导制备方法。

背景技术

铌酸锂(LiNbO₃,LN)是一种重要的光学晶体材料，在光电领域有很广泛的应用。现有的成熟铌酸锂光波导制备方法主要是采用质子交换法和钛扩散法在铌酸锂晶体上制作光波导，这种方法制备的光波导线宽较宽，使得器件存在体积大，难集成的问题。在单晶铌酸锂薄膜上采用光刻、刻蚀制作光波导的方法近年来成为研究的热点，该种方法可以加工线宽更窄、尺寸更小的光波导器件，同时也可以提供更好的光约束条件，得到更易集成、性能更好的光波导器件。

发明内容

本发明提出了一种基于铬掩膜的铌酸锂薄膜亚微米线宽脊型光波导制备方法，通过电子束蒸发镀膜、电子束曝光光刻、电感耦合等离子体刻蚀等工艺流程加工出的光波导线宽可达到亚微米量级，波导侧壁倾角可以达到71°。本发明具体采用以下技术方案：

一种基于铬掩膜的铌酸锂薄膜亚微米线宽脊型光波导制备方法，包括以下步骤：

S1，获取待加工的铌酸锂薄膜样品，所述铌酸锂薄膜包括铌酸锂层、二氧化硅层以及硅基底，其中铌酸锂层厚度为600nm，二氧化硅层厚度为4μm，硅基地厚度约为0.5mm；

S2，清洗并烘干所述铌酸锂薄膜样品；

S3，使用电子束蒸发镀膜系统在所述铌酸锂薄膜样品表面沉积铝膜，铝膜厚度为10～20nm；

S4，在铝膜表面旋涂光刻胶，光刻胶型号为电子束正胶UV135，匀胶转速为3000r/min，匀胶时间为1min；

S5，烘干步骤S4得到的样品，130℃烘1min；

S6，用电子束曝光光刻机将掩膜图案刻在步骤S5得到的样品上；

S7，光刻曝光完成后，烘干样品，130℃烘1.5min；

S8，将样品放置于MF319显影液中进行显影，显影时间1.5min；

S9，用电子束蒸发镀膜系统在样品表面沉积铬膜，束流大小为40～100mA，控制镀膜速率在0.05～0.1nm/s，所镀铬膜厚度为150nm；

S10，将样品放入剥离液中，去除光刻胶，留下铬掩膜图形；

S11，利用电感耦合等离子体对样品进行刻蚀，刻蚀气体为氩气和全氟丁烯，流速为20～25sccm，射频功率为50～250W，铌酸锂的刻蚀速率为30～60nm/min；

S12，采用铬刻蚀溶液清洗样品上残留的铬掩膜和铝膜，得到铌酸锂薄膜亚微米线宽脊型光波导。

进一步的，所述铌酸锂薄膜亚微米线宽脊型光波导的线宽为0.6～1.5μm，深度为200～500nm，侧壁倾角为64～71°。

进一步的，所述步骤S2具体为，将铌酸锂薄膜样品放入丙酮溶液超声处理3～5min，取出样品在去离子水下冲10～20s，放在无尘纸上用气吹吹干表面水分；放置在热板上，在100℃下烘1min。

进一步的，所述步骤S10，所述剥离液为丙酮或异丙醇或无水乙醇。