CN103885121B - 异质集成光波导可调波分复用/解复用器的制作方法 - Google Patents

异质集成光波导可调波分复用/解复用器的制作方法 Download PDF

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Abstract

一种异质集成光波导可调波分复用／解复用器的制作方法，包括：去掉S0I基片上的部分顶层硅；在暴露的二氧化硅层上淀积二氧化硅波导芯层；在二氧化硅波导芯层材料上制作二氧化硅阵列波导光栅；在制作有二氧化硅阵列波导光栅上淀积二氧化硅波导上包层；去掉可调光衰减器阵列区域部分顶层硅上的材料，暴露出顶层硅；在可调光衰减器阵列区域部分的顶层硅上制作脊型波导，该脊型波导的一侧为第一平板波导区，另一侧为第二平板波导区；掺杂，形成P型掺杂区和N型掺杂区；在可调光衰减器阵列区域上的脊型波导上淀积绝缘材料层；淀积金属电极，完成制备。本发明可以实现基于同一S0I基平台的低损耗、低功耗、高响应速度的二氧化硅阵列波导光栅和S0I可调光衰减器阵列的异质集成芯片的制作。

Description

异质集成光波导可调波分复用/解复用器的制作方法
技术领域
本发明涉及平面光波导集成芯片领域，尤其涉及一种异质集成光波导可调波分复用／解复用器的制作方法。
背景技术
随着因特网的出现和普及，人们对信息传输量的要求与日俱增，可重构光插分复用(ROADM)技术广泛应用于光网络中，可实现功率均衡波分复用／解复用功能的阵列波导光栅(AWG)与可调光衰减器(VOA)阵列集成芯片是ROADM系统中重要的组成元件。目前，已经报道过的实现这种功能的单片集成芯片方案有两种：一是二氧化硅基光波导可调波分复用／解复用器单片集成芯片，其中二氧化硅阵列波导光栅具有低插入损耗，低串扰、低成本的优势，但是由于材料特性的限制，二氧化硅可调光衰减器只能利用二氧化硅的热光效应，导致器件的响应速度较慢(毫秒量级)，功耗较大。另一种是绝缘体上硅(S0I)基光波导可调波分复用／解复用器单片集成芯片，其中SOI阵列波导光栅的插入损耗、串扰较大，而SOI可调光衰减器可以利用硅的等离子体色散效应实现，响应速率很快(亚微秒量级)。
发明内容
本发明的目的在于提供一种异质集成光波导可调波分复用／解复用器的制作方法，该方法与传统CMOS工艺兼容，利用该方法可以实现基于同一S0I基平台的低损耗、低功耗、高响应速度的二氧化硅阵列波导光栅和SOI可调光衰减器阵列的异质集成芯片的制作。
为了实现上述目的，本发明提供一种异质集成光波导可调波分复用／解复用器的制作方法，包括以下步骤：
1)选取一SOI基片；
2)利用刻蚀技术，去掉S0I基片上的部分顶层硅，暴露出顶层硅下面的二氧化硅层，去掉的部分为阵列波导光栅区域，保留部分为可调光衰减器阵列区域；
3)在暴露的二氧化硅层上淀积二氧化硅波导芯层；
4)利用刻蚀技术，在二氧化硅波导芯层材料上制作二氧化硅阵列波导光栅；
5)在制作有二氧化硅阵列波导光栅上淀积二氧化硅波导上包层；
6)去掉可调光衰减器阵列区域部分顶层硅上的材料，暴露出顶层硅；
7)利用刻蚀技术，在可调光衰减器阵列区域部分的顶层硅上制作脊型波导，该脊型波导的一侧为第一平板波导区，另一侧为第二平板波导区；
8)在所述第一平板波导区的边缘进行P型掺杂，形成P型掺杂区，在第二平板波导区的边缘进行N型掺杂，形成N型掺杂区；
9)在可调光衰减器阵列区域上的脊型波导上淀积绝缘材料层；
10)利用刻蚀技术，在P型掺杂区和N型掺杂区上方的绝缘材料上制作接触孔；
11)在接触孔内淀积金属电极，该电极露出接触孔外，完成制备。
从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：
1)二氧化硅阵列波导光栅具有低插入损耗、低串扰的优势，而SOI可调光衰减器利用硅的等离子体色散效应，具有低功耗及很快的响应速率。将二氧化硅阵列波导光栅与SOI可调光衰减器异质集成在同一芯片上，集两种器件的优势于一体，可以有效降低集成芯片损耗、串扰及功耗，并提高芯片的响应速率，从而更具实用性。
2)利用本发明，采用与传统CM0S工艺兼容的普通光刻、刻蚀工艺即可制作平面光波导集成型可调波分复用／解复用器，有利于芯片的批量化生产。
附图说明
为进一步说明本发明的具体技术内容，以下结合实施例及附图详细说明如后，其中：
图1是异质集成光波导可调波分复用／解复用器的结构示意图。
图2是二氧化硅阵列波导光栅在图1A-A’处的剖面视图。
图3是S0I可调光衰减器在图1B-B’处的剖面视图。
图4是异质集成光波导可调波分复用／解复用器的制作工艺流程图。
具体实施方式
请参阅图1-图4所示，本发明提供一种异质集成光波导可调波分复用／解复用器的制作方法，包括以下步骤：
1)选取一S0I基片10，所述的SOI基片10包括衬底13、二氧化硅掩埋层12和顶层硅11，其中顶层硅11的厚度为4.5μm，顶层硅11为P型掺杂，其掺杂浓度为1014cm-3；二氧化硅掩埋层12的厚度为3μm，其折射率为1.445；
2)利用干法刻蚀ICP技术，去掉S0I基片10上的部分顶层硅11，暴露出顶层硅11下面的二氧化硅层12，去掉的部分为阵列波导光栅区域20，保留部分为可调光衰减器阵列区域30；
3)在暴露的二氧化硅层12上，利用等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)淀积二氧化硅波导芯层21，所述二氧化硅波导芯层21的，厚度为4.5μm，折射率为1.467，与S0I掩埋二氧化硅之间的相对折射率差为1.5％；
4)利用刻蚀技术，在二氧化硅波导芯层材料21上制作二氧化硅阵列波导光栅23，所述阵列波导光栅区域20的二氧化硅阵列波导光栅22为单模矩形波导结构；
5)在制作有二氧化硅阵列波导光栅22上淀积二氧化硅波导上包层23，所述二氧化硅波导芯层21的折射率为1.445，厚度大于5μm；
6)去掉可调光衰减器阵列区域30部分顶层硅11上的材料，暴露出顶层硅11；
7)利用刻蚀技术，在可调光衰减器阵列区域30部分的顶层硅11上制作脊型波导31，该脊型波导31的一侧为第一平板波导区32，另一侧为第二平板波导区33；
8)在所述第一平板波导区32的边缘利用离子注入技术注入硼离子形成P型掺杂区34，所述S0I可调光衰减器阵列30的P型掺杂区34的掺杂浓度为1020cm-3量级；在第二平板波导区33的边缘利用离子注入技术注入磷离子形成N型掺杂区35，所述S0I可调光衰减器阵列30的N型掺杂区35的掺杂浓度为1020cm-3量级；两个掺杂区边界距离脊型波导31边缘的距离要大于5μm，以保证器件具有小的的传输损耗；
9)在可调光衰减器阵列区域30上的脊型波导31上通过PECVD淀积绝缘材料层36，所述绝缘材料层36是二氧化硅或氮化硅；
10)利用刻蚀技术，在P型掺杂区34和N型掺杂区35上方的绝缘材料36上制作接触孔37；
11)在接触孔37内淀积金属电极38，该电极38露出接触孔37外，所述电极38的材料为铝、镍、钛、铂、金、银、铜、钨或氮化钛中的一种或两种或任意多种的组合完成制备。
以上所述的实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种异质集成光波导可调波分复用/解复用器的制作方法，包括以下步骤：
1)选取一SOI基片，所述的SOI基片包括衬底、二氧化硅掩埋层和顶层硅；
2)利用刻蚀技术，去掉SOI基片上的部分顶层硅，暴露出顶层硅下面的二氧化硅层，去掉的部分为阵列波导光栅区域，保留部分为可调光衰减器阵列区域；
3)在暴露的二氧化硅层上淀积二氧化硅波导芯层；
4)利用刻蚀技术，在二氧化硅波导芯层材料上制作二氧化硅阵列波导光栅；
5)在制作有二氧化硅阵列波导光栅上淀积二氧化硅波导上包层；
6)去掉可调光衰减器阵列区域部分顶层硅上的材料，暴露出顶层硅；
7)利用刻蚀技术，在可调光衰减器阵列区域部分的顶层硅上制作脊型波导，该脊型波导的一侧为第一平板波导区，另一侧为第二平板波导区；
8)在所述第一平板波导区的边缘进行P型掺杂，形成P型掺杂区，在第二平板波导区的边缘进行N型掺杂，形成N型掺杂区；
9)在可调光衰减器阵列区域上的脊型波导上淀积绝缘材料层；
10)利用刻蚀技术，在P型掺杂区和N型掺杂区上方的绝缘材料上制作接触孔；
11)在接触孔内淀积金属电极，该电极露出接触孔外，完成制备。
2.根据权利要求1所述的异质集成光波导可调波分复用/解复用器的制作方法，其中所述的SOI基片的顶层硅的掺杂浓度低于1015cm-3，顶层硅的厚度≥3μm，二氧化硅埋层的厚度≥3μm。
3.根据权利要求1所述的异质集成光波导可调波分复用/解复用器的制作方法，其中所述二氧化硅波导芯层和二氧化硅波导上包层之间的相对折射率差≥1.5％。
4.根据权利要求1所述的异质集成光波导可调波分复用/解复用器的制作方法，其中所述阵列波导光栅区域的二氧化硅阵列波导光栅为单模矩形波导结构。
5.根据权利要求1所述的异质集成光波导可调波分复用/解复用器的制作方法，其中所述SOI可调光衰减器阵列的P型掺杂区的掺杂浓度为1020cm-3量级。
6.根据权利要求1所述的异质集成光波导可调波分复用/解复用器的制作方法，其中所述SOI可调光衰减器阵列的N型掺杂区的掺杂浓度为1020cm-3量级。
7.根据权利要求1所述的异质集成光波导可调波分复用/解复用器的制作方法，其中所述绝缘材料层是二氧化硅或氮化硅。
8.根据权利要求1所述的异质集成光波导可调波分复用/解复用器的制作方法，其中所述电极的材料为铝、镍、钛、铂、金、银、铜、钨或氮化钛中的一种或两种或任意多种的组合。
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107304982A (zh) * 2016-04-22 2017-10-31 通用电气照明解决方案有限公司 一种灯管
CN107305267A (zh) * 2016-04-25 2017-10-31 南京理工大学 一种能产生超模的脊形波导耦合阵列
CN107065074A (zh) * 2017-05-10 2017-08-18 武汉光迅科技股份有限公司 一种单片集成的可调光功率解复用器及制作方法
CN110941048B (zh) * 2019-12-24 2020-12-15 中国科学院半导体研究所 基于多模干涉原理的高消光比粗波分复用/解复用器
CN113671730A (zh) * 2021-07-28 2021-11-19 中南大学 一种硅光子pin结光衰减结构
CN113721324B (zh) * 2021-08-30 2023-11-10 湖南工学院 一种光可调与波分复用集成结构

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1556426A (zh) * 2004-01-09 2004-12-22 中国科学院上海微系统与信息技术研究 一种反射式阵列波导调制型光开关
CN101142505A (zh) * 2004-02-26 2008-03-12 斯欧普迪克尔股份有限公司 绝缘体上硅(soi)结构中的光的主动操控

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7162113B2 (en) * 2002-10-08 2007-01-09 Infinera Corporation Deployment of electro-optic amplitude varying elements (AVEs) and electro-optic multi-functional elements (MFEs) in photonic integrated circuits (PICs)
CN1997924B (zh) * 2004-04-15 2016-05-04 英飞聂拉股份有限公司 用于wdm传输网络的无制冷且波长栅格漂移的集成光路(pic)

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1556426A (zh) * 2004-01-09 2004-12-22 中国科学院上海微系统与信息技术研究 一种反射式阵列波导调制型光开关
CN101142505A (zh) * 2004-02-26 2008-03-12 斯欧普迪克尔股份有限公司 绝缘体上硅(soi)结构中的光的主动操控

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