CN103293597B - 一种无掺杂硅基二氧化硅波导 - Google Patents

一种无掺杂硅基二氧化硅波导 Download PDF

Info

Publication number
CN103293597B
CN103293597B CN201310176143.3A CN201310176143A CN103293597B CN 103293597 B CN103293597 B CN 103293597B CN 201310176143 A CN201310176143 A CN 201310176143A CN 103293597 B CN103293597 B CN 103293597B
Authority
CN
China
Prior art keywords
silicon dioxide
layer
impurity
wave
dioxide layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201310176143.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103293597A (zh
Inventor
冯丽爽
王俊杰
刘惠兰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beihang University
Original Assignee
Beihang University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beihang University filed Critical Beihang University
Priority to CN201310176143.3A priority Critical patent/CN103293597B/zh
Publication of CN103293597A publication Critical patent/CN103293597A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103293597B publication Critical patent/CN103293597B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Optical Integrated Circuits (AREA)

Abstract

本发明公开了一种无掺杂硅基二氧化硅波导，包括：硅片经热氧化而形成的二氧化硅层B，采用化学气相沉积法（包括但不限于等离子体增强化学气相沉积法PECVD和低压化学气相沉积法LPCVD）形成的二氧化硅层C，采用沉积非晶硅薄膜后经完全热氧化形成的二氧化硅层T。所述二氧化硅层B用作所述无掺杂硅基二氧化硅波导的下包层；所述二氧化硅层C用作所述无掺杂硅基二氧化硅波导的芯层，该层可以作为平板波导结构的芯层，也可以经刻蚀形成条状波导结构的芯层；所述二氧化硅层T用作所述无掺杂硅基二氧化硅波导的上包层。由于采用了无掺杂设计，所述硅基二氧化硅波导具有抗辐照能力强，缺陷少，损耗低的特点。

Description

一种无掺杂硅基二氧化硅波导
技术领域
本发明涉及微纳光子学和导波光学技术领域，尤其涉及光波导设计及制造技术，具体地说，是指一种无掺杂硅基二氧化硅波导。
背景技术
光波导的设计及制造一直是集成光学、光通讯和光传感领域的基础研究热点，光波导的性能从根本上决定了其所应用系统的性能。光波导是利用光的全反射原理进行传光的，只要波导结构有正的有效折射率差，波导中就能够存在导模，从而形成光波导。二氧化硅由于在从紫外到红外的波段都有较低的损耗，并且其制造工艺与成熟的IC工艺兼容，因而是理想的光波导材料。
目前的硅基二氧化硅波导的芯层一般采用二氧化硅掺杂的方式使折射率变高，而上包层一般采用二氧化硅掺杂的方式使折射率与下包层一致。硅基二氧化硅波导掺杂工艺是较为成熟的制造工艺，但其缺点也是明显的。一、掺杂工艺所使用的硼烷、磷烷、锗烷等属于有毒易燃易爆的危险物品。二、使用掺杂工艺制作的波导在强辐照条件下会失效，不能应用于航天领域。三、现有掺杂工艺引入的杂质组分是造成波导损耗较大的原因之一。
发明内容
本发明的目的是提供一种无掺杂硅基二氧化硅波导，包括：
硅片经热氧化而形成的二氧化硅层B；
采用化学气相沉积法（包括但不限于等离子体增强化学气相沉积法PECVD和低压化学气相沉积法LPCVD）形成的二氧化硅层C；
采用沉积非晶硅薄膜后经完全热氧化形成的二氧化硅层T。
其中二氧化硅层B用作无掺杂硅基二氧化硅波导的下包层；二氧化硅层C用作芯层，该层可以作为平板波导结构的芯层，也可以经刻蚀形成条状波导结构的芯层；二氧化硅层T用作上包层。由于下包层和上包层具有比芯层小的折射率，因此满足形成光学波导的导波条件。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明提供的无掺杂硅基二氧化硅波导，由于采用了无掺杂设计，因而所述无掺杂硅基二氧化硅波导具有抗辐照能力强，缺陷少，损耗低的特点。
附图说明
图1为本发明实施例提供的无掺杂硅基二氧化硅波导结构示意图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
下面将结合附图和实施例对本发明作进一步地详细描述。
所述无掺杂硅基二氧化硅波导的结构示意图如附图1所示。附图1中，下包层是由表面抛光的硅片经热氧化工艺形成一层致密的二氧化硅层B，其厚度与工艺条件和工艺时间有关，为6～15um不等。芯层为二氧化硅层C1或C2，是由气相沉积法（包括但不限于等离子体增强化学气相沉积法PECVD和低压化学气相沉积法LPCVD）形成的，厚度依具体情况而定；所述的二氧化硅层C1为平板波导结构的芯层，二氧化硅层C2为条状波导结构的芯层。条状波导结构的芯层是由干法刻蚀或者湿法刻蚀加工而成的。上包层为二氧化硅层T，是采用沉积非晶硅薄膜后经完全热氧化形成的。出于消应力和减少缺陷的目的，二氧化硅层T一般经过重复沉积和热氧化步骤多次而达到所需的厚度，为6～15um不等。
本发明实施例提供一种无掺杂硅基二氧化硅波导的制造方法，包括如下操作：
(a)、硅片经热氧化处理形成厚度为6～15um的二氧化硅层B，作为下包层。
(b)、在所述二氧化硅层B上采用化学气相沉积法（包括但不限于等离子体增强化学气相沉积法PECVD和低压化学气相沉积法LPCVD，形成一层二氧化硅层C，厚度为3～9um不等，用于制备芯层。可以参见参考文献[1]：吕文龙，罗仲梓，何熙，张春权，PECVD淀积SiO2的应用，功能材料与器件学报，2008年2月第14卷第1期；参考文献[2]王俭峰，佟丽英，李亚光，李秀强，LPCVD制备二氧化硅薄膜工艺研究，电子工业专用设备，2011年第06期；参考文献[3]：刘欢，王健，李金凤，基于氧化工艺的二氧化硅层厚度的研究，价值工程，2011年第30卷第16期。
(c)、在所述二氧化硅层C上制作掩模。
(d)、刻蚀所述二氧化硅层C形成波导结构，即二氧化硅层C1或C2，作为芯层。刻蚀方法有干法刻蚀或者湿法刻蚀。
(e)、在刻蚀后的所述二氧化硅层C上沉积非晶硅薄膜，然后经热氧化处理使非晶硅薄膜被氧化形成二氧化硅薄膜。
(f)、重复步骤(e)，使非晶硅薄膜热氧化形成二氧化硅薄膜的速度加快，使二氧化硅薄膜的厚度达到6～15um，同时使应力得以减小，得到二氧化硅层T，作为上包层。
最后制备得到的波导结构中，上包层和下包层的折射率小于芯层的折射率。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (2)

1.一种无掺杂硅基二氧化硅波导，其特征在于，包括：
硅片经热氧化而形成的二氧化硅层B，采用气相沉积法形成二氧化硅层C，采用沉积非晶硅薄膜后经完全热氧化形成的二氧化硅层T；
所述二氧化硅层B用作所述无掺杂硅基二氧化硅波导的下包层；
所述二氧化硅层C用作所述无掺杂硅基二氧化硅波导的芯层；对所述的芯层采用干法刻蚀或者湿法刻蚀方法，作为平板波导结构的芯层或条状波导结构的芯层；
所述二氧化硅层T用作所述无掺杂硅基二氧化硅波导的上包层；
所述二氧化硅层B和所述二氧化硅层T具有比所述二氧化硅层C小的折射率，满足形成光学波导的导波条件；所述的上包层和下包层的厚度均为6～15um；所述的上包层经过重复沉积和热氧化步骤多次而达到所需的厚度。
2.根据权利要求1所述的一种无掺杂硅基二氧化硅波导，其特征在于：所述的气相沉积法包括等离子体增强化学气相沉积法和低压化学气相沉积法。
CN201310176143.3A 2013-05-14 2013-05-14 一种无掺杂硅基二氧化硅波导 Active CN103293597B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310176143.3A CN103293597B (zh) 2013-05-14 2013-05-14 一种无掺杂硅基二氧化硅波导

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310176143.3A CN103293597B (zh) 2013-05-14 2013-05-14 一种无掺杂硅基二氧化硅波导

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103293597A CN103293597A (zh) 2013-09-11
CN103293597B true CN103293597B (zh) 2015-11-18

Family

ID=49094783

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310176143.3A Active CN103293597B (zh) 2013-05-14 2013-05-14 一种无掺杂硅基二氧化硅波导

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103293597B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110286440B (zh) * 2019-05-20 2021-06-11 武汉光迅科技股份有限公司 平面光波导芯片的制作方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1333468A (zh) * 2001-07-19 2002-01-30 上海交通大学 微型液芯集成光波导结构及其制造方法
CN1664632A (zh) * 2004-03-01 2005-09-07 中国科学院半导体研究所 用于实现光波导制备的方法
CN1743880A (zh) * 2005-08-04 2006-03-08 浙江大学 一种深刻蚀二氧化硅脊型波导及其制备工艺
CN1746705A (zh) * 2004-09-06 2006-03-15 中国科学院半导体研究所 紫外激光写入制备高折射率差二氧化硅波导的方法
CN1967301A (zh) * 2005-11-17 2007-05-23 中国科学院半导体研究所 用标准工艺制作金属间氧化层光波导的方法
CN101055338A (zh) * 2006-04-13 2007-10-17 中国科学院半导体研究所 一种集成有光场模斑变换器的波导光开关阵列及其方法
EP2110694A1 (en) * 2008-04-18 2009-10-21 Sony DADC Austria AG Method for manufacturing an optical waveguide, optical waveguide, and sensor arrangement

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1333468A (zh) * 2001-07-19 2002-01-30 上海交通大学 微型液芯集成光波导结构及其制造方法
CN1664632A (zh) * 2004-03-01 2005-09-07 中国科学院半导体研究所 用于实现光波导制备的方法
CN1746705A (zh) * 2004-09-06 2006-03-15 中国科学院半导体研究所 紫外激光写入制备高折射率差二氧化硅波导的方法
CN1743880A (zh) * 2005-08-04 2006-03-08 浙江大学 一种深刻蚀二氧化硅脊型波导及其制备工艺
CN1967301A (zh) * 2005-11-17 2007-05-23 中国科学院半导体研究所 用标准工艺制作金属间氧化层光波导的方法
CN101055338A (zh) * 2006-04-13 2007-10-17 中国科学院半导体研究所 一种集成有光场模斑变换器的波导光开关阵列及其方法
EP2110694A1 (en) * 2008-04-18 2009-10-21 Sony DADC Austria AG Method for manufacturing an optical waveguide, optical waveguide, and sensor arrangement

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
一种硅基SiO2波导耦合器的设计与分析;冯丽爽，等;《光学技术》;20070331;第33卷(第2期);全文 *
二氧化硅基波导薄膜的制备方法综述;朱晓辉;《现代技术陶瓷》;20061231(第2期);全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN103293597A (zh) 2013-09-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Lunt et al. Hollow ARROW waveguides on self-aligned pedestals for improved geometry and transmission
US8718432B1 (en) Method for forming a spotsize converter
US9939582B2 (en) Layer having a non-linear taper and method of fabrication
WO2014130950A1 (en) On-chip optical polarization controller
EP3296693A1 (en) Double-layer high-confinement acousto-optic waveguide
CN101334502A (zh) 硅结构及其制造方法
US6832034B2 (en) Optical waveguide
EP2720073A2 (en) Surface waveguide having a tapered region and method of forming
CN110780381B (zh) 非对称三波导结构的偏振分束器及其制备方法
CN103293597B (zh) 一种无掺杂硅基二氧化硅波导
Wang et al. Experimental realization of a low-loss nano-scale Si hybrid plasmonic waveguide
CN103605216A (zh) 光开关
CN101718890B (zh) 基于注氧技术的十字狭缝波导的制备方法
Xiao et al. Design and characterization of a top cladding for silicon-on-insulator grating coupler
Huang Metal nanoridges in hollow Si-loaded plasmonic waveguides for optimal mode properties and ultra-compact photonic devices
CN102866458A (zh) 刻蚀高深度光波导的制备工艺
Xiong et al. Broadband two-mode multiplexer with taper-etched directional coupler on SOI platform
Chuang et al. Long-period waveguide gratings with amorphous silicon cladding layer on silicon-on-insulator substrates realized by anisotropic wet etching
Ou Trenches for building blocks of advanced planar components
CN110749955A (zh) 光波模式转换装置及其制造方法
JP6212006B2 (ja) 光導波路の作製方法
Shoman et al. Electrically-actuated cantilever for planar evanescent tuning of microring resonators in SOI platforms
Kanamori et al. Fabrication of silicon microdisk resonators with movable waveguides for control of power coupling ratio
Qiu et al. Polarization beam splitter based on strong anti-symmetric multimode Bragg gratings
Sun et al. Highly-efficient graphene-based silicon hybrid plasmonic waveguide modulator

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant