CN108387972B - 一种波导、解复用器及波导的制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种波导、解复用器及波导的制作方法。其中，波导包括：衬底、上包层、下包层、波导芯层及聚合物；所述下包层在所述衬底的上方；所述波导芯层在所述下包层的上方；所述上包层在所述下包层和所述波导芯层的上方；在所述波导芯层中各波导芯之间的所述上包层和所述下包层处有深沟槽；所述聚合物填充在所述深沟槽中；所述聚合物的折射率小于所述上包层的折射率。在波导芯层中各波导芯之间有深沟槽，并在深沟槽中填充折射率低于上包层折射率的聚合物材料，可以阻挡或减弱相邻通道间的光串扰，从而避免了信道间信号的干扰，进而提高了接收端信号的质量。

Description

一种波导、解复用器及波导的制作方法
技术领域
本发明涉及光通信技术领域，尤其涉及一种波导、解复用器及波导的制作方法。
背景技术
随着40/100吉比特以太网(GbE)光接口标准(IEEE802.3ba-2010)和可插拔光收发器模块标准(CFP-MAS Rev 1.4)的完成，以及第一代40GbE/100GbE CFP产品逐渐进入市场，制造商逐渐将注意力转移到40/100GbE可插拔收发器的研发和设计上。对系统制造商和客户而言，模块功耗和尺寸是提高系统端口密度，降低整个光端口成本的关键指标，因而成为研发和设计的首要目标，采用单片集成的波导方案是主流实现方案。
目前，将PIN-PD和TIA阵列与PLC型AWG解复用器混合集成的技术被广泛应用。但是，PLC型AWG解复用器的光学指标稍差，特别是光串扰大。在波分复用系统中，接收端解复用器输出波导间的漏光容易引起信道间的信号串扰，即一个通道的信号会泄漏到另一个通道，从而造成接收到的信号质量下降。
发明内容
本发明通过提供一种波导、解复用器及波导的制作方法，解决了现有技术中输出波导间的漏光容易引起信道间的信号串扰的技术问题，实现了提高接收到的信号质量的技术效果。
本发明提供了一种波导，包括：衬底、上包层、下包层、波导芯层及聚合物；所述下包层在所述衬底的上方；所述波导芯层在所述下包层的上方；所述上包层在所述下包层和所述波导芯层的上方；在所述波导芯层中各波导芯之间的所述上包层和所述下包层处有深沟槽；所述聚合物填充在所述深沟槽中；所述聚合物的折射率小于所述上包层的折射率。
进一步地，所述上包层和所述下包层的厚度均是所述波导芯层厚度的3-5倍。
本发明提供的解复用器，包括：输入波导、输入平板波导、阵列波导、输出平板波导及输出波导；其中，所述输出波导为上述的波导；光路依次通过所述输入波导、所述输入平板波导、所述阵列波导、所述输出平板波导和所述输出波导。
本发明提供的波导的制作方法，包括：
在衬底上氧化出下包层；
在所述下包层上沉积波导芯层；
在所述波导芯层上生成波导光路；
在所述波导光路和所述下包层上沉积上包层；
在所述波导光路之间蚀刻深沟槽；
在所述深沟槽中填充聚合物，形成波导。
进一步地，所述在衬底上氧化出下包层，包括：
将硅基晶圆衬底放入加热炉进行氧化反应，在所述硅基晶圆衬底上氧化出二氧化硅下包层。
进一步地，所述在所述下包层上沉积波导芯层，包括：
利用硅烷、锗烷、氧气、一氧化氮在等离子体的状态下在所述下包层上反应生成所述波导芯层。
进一步地，所述在所述波导芯层上生成波导光路，包括：
在所述波导芯层上成底膜；
对所述底膜进行旋转涂胶软烘后，放置掩膜板，对准曝光烘培后显影，将所述掩膜板上图形的相反图形复制到所述底膜上；
将复制图形后的底膜放入反应离子刻蚀反应室中刻蚀出所述波导光路。
进一步地，所述在所述波导光路和所述下包层上沉积上包层，包括：
利用硅烷、氧气、一氧化氮在等离子体的状态下反应，反应中加入硼烷或磷烷在所述波导光路和所述下包层上生成二氧化硅上包层。
进一步地，所述在所述波导光路之间蚀刻深沟槽，包括：
在所述波导光路之间利用刻蚀或者飞秒激光微加工系统蚀刻出所述深沟槽。
进一步地，所述在所述深沟槽中填充聚合物，包括：
将蚀刻好深沟槽的晶圆放在匀胶机上，并在所述晶圆的表面涂覆所述聚合物涂料；
旋转所述匀胶机，使所述聚合物填满所述深沟槽。
本发明中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
在波导芯层中各波导芯之间有深沟槽，并在深沟槽中填充折射率低于上包层折射率的聚合物材料，可以阻挡或减弱相邻通道间的光串扰，从而避免了信道间信号的干扰，进而提高了接收端信号的质量。
附图说明
图1是本发明实施例提供的波导的截面示意图；
图2是本发明实施例提供的解复用器的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的波导的制作方法的流程图；
图4是基于本发明实施例提供的方法制作波导的效果状态示意图；
其中，1-输入波导，2-输入平板波导，3-阵列波导，4-输出平板波导，5-输出波导，6-深沟槽，7-聚合物，8-衬底，9-下包层，10-波导芯层，11-上包层。
具体实施方式
本发明实施例通过提供一种波导、解复用器及波导的制作方法，解决了现有技术中输出波导间的漏光容易引起信道间的信号串扰的技术问题，实现了提高接收到的信号质量的技术效果。
本发明实施例中的技术方案为解决上述问题，总体思路如下：
在波导芯层中各波导芯之间有深沟槽，并在深沟槽中填充折射率低于上包层折射率的聚合物材料，可以阻挡或减弱相邻通道间的光串扰，从而避免了信道间信号的干扰，进而提高了接收端信号的质量。
为了更好地理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
参见图1，本发明实施例提供的波导，包括：衬底8、上包层11、下包层9、波导芯层10及聚合物7；下包层9在衬底8的上方；波导芯层10在下包层9的上方；上包层11在下包层9和波导芯层10的上方；在波导芯层10中各波导芯之间的上包层11和下包层9处有深沟槽6；聚合物7填充在深沟槽6中；聚合物7的折射率小于上包层11的折射率。
在本实施例中，深沟槽6的宽度小于或等于波导芯层10中各波导芯之间的距离；波导芯层10中各波导芯之间的距离在0-500μm之间。
为了保证光信号能够在波导芯层10中高效率的传输，上包层11和下包层9的厚度均是波导芯层10厚度的3-5倍。
在本实施例中，上包层11的折射率等于下包层9的折射率。波导芯层10的折射率大于上包层11的折射率。聚合物7是导热系数小于0.026W/(m.k)及热膨胀系数小于0.5×10^-6/K的聚合物。
参见图2，本发明实施例提供的解复用器，包括：输入波导1、输入平板波导2(自由传播区域)、阵列波导3、输出平板波导4(自由传播区域)及输出波导5；其中，输出波导5为上述的波导；光路依次通过输入波导1、输入平板波导2、阵列波导3、输出平板波导4和输出波导5。
具体地，输入波导1和输出波导5位于罗兰圆圆周上，并对称地分布在器件的两端，相邻阵列波导3间有一个固定长度差，从而产生一定的相位差，可对入射光的相位进行周期性的调节。当含有λ1、λ2、λ3、λ4波长的复用光信号进入输入波导1时，在罗兰圆周上，复用的光信号将在聚焦的输入平板波导2内产生衍射的高斯束，衍射的高斯束投射到阵列波导3输入端口；再经过阵列波导3的色散作用，引起波前倾斜，从阵列波导3输出端口输出的、具有不同相位的同波长光束将在输出平板波导4的同一聚焦面上干涉聚焦，不同波长的光束由于相位的差异，将聚焦于输出平板波导4不同的位置，从不同的输出波导5输出，完成解复用功能。
参见图3和图4，本发明实施例提供的波导的制作方法，包括：
步骤S1：在衬底8上氧化出下包层9；
对本步骤进行具体说明：
将硅基晶圆衬底8放入加热炉进行氧化反应，在硅基晶圆衬底8上氧化出二氧化硅下包层9。
步骤S2：在下包层9上沉积波导芯层10；
对本步骤进行具体说明：
将氧化后的晶圆放入PECVD腔体中，利用硅烷(SiH4)、锗烷(GeH4)、氧气(O2)、一氧化氮(N2O)在等离子体的状态下在下包层9上反应生成波导芯层10。
步骤S3：在波导芯层10上生成波导光路；
对本步骤进行具体说明：
在波导芯层10上成底膜；
对底膜进行旋转涂胶软烘后，放置掩膜板，对准曝光烘培后显影，将掩膜板上图形的相反图形复制到底膜上；
将复制图形后的底膜放入反应离子刻蚀反应室中刻蚀出波导光路。
步骤S4：在波导光路和下包层9上沉积上包层11；
对本步骤进行具体说明：
将晶圆放入PECVD腔体中，利用硅烷(SiH4)、氧气(O2)、一氧化氮(N2O)在等离子体的状态下反应，反应中加入B(硼烷B2H6)或P(磷烷PH3)在波导光路和下包层9上生成二氧化硅上包层11。
步骤S5：在波导光路之间蚀刻深沟槽6；
对本步骤进行具体说明：
在波导光路之间利用刻蚀或者飞秒激光微加工系统蚀刻出深沟槽6。
步骤S6：在深沟槽6中填充聚合物7。
对本步骤进行具体说明：
将蚀刻好深沟槽6的晶圆放在匀胶机上，并在晶圆的表面涂覆聚合物涂料；
均匀旋转匀胶机，使聚合物7填满深沟槽6，然后用丙酮清洗深沟槽6外多余的聚合物涂料。
步骤S7：对晶圆进行高温退火和高压处理；
步骤S8：切割晶圆，完成波导的最终制作。
在本实施例中，深沟槽6的宽度小于或等于波导芯层10中各波导芯之间的距离；波导芯层10中各波导芯之间的距离在0-500μm之间。
为了保证光信号能够在波导芯层10中高效率的传输，上包层11和下包层9的厚度均是波导芯层10厚度的3-5倍。
在本实施例中，上包层11的折射率等于下包层9的折射率。波导芯层10的折射率大于上包层11的折射率。聚合物7是导热系数小于0.026W/(m.k)及热膨胀系数小于0.5×10^-6/K的聚合物。
【技术效果】
1、在波导芯层10中各波导芯之间有深沟槽，并在深沟槽中填充折射率低于上包层11折射率的聚合物材料，可以阻挡或减弱相邻通道间的光串扰，从而避免了信道间信号的干扰，进而提高了接收端信号的质量。
2、上包层11和下包层9的厚度均是波导芯层10厚度的3-5倍，从而保证了光信号能够在波导芯层10中高效率的传输。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种波导，其特征在于，包括：衬底、上包层、下包层、波导芯层及聚合物；所述下包层在所述衬底的上方；所述波导芯层在所述下包层的上方；所述上包层在所述下包层和所述波导芯层的上方；在所述波导芯层中各波导芯之间的所述上包层和所述下包层处有深沟槽；所述聚合物填充在所述深沟槽中；所述聚合物的折射率小于所述上包层的折射率；深沟槽的宽度小于或等于波导芯层中各波导芯之间的距离；聚合物是导热系数小于0.026W/(m.k)及热膨胀系数小于0.5×10^-6/K的聚合物；上包层的折射率等于下包层的折射率；波导芯层的折射率大于上包层的折射率。
2.如权利要求1所述的波导，其特征在于，所述上包层和所述下包层的厚度均是所述波导芯层厚度的3-5倍。
3.一种解复用器，其特征在于，包括：输入波导、输入平板波导、阵列波导、输出平板波导及输出波导；其中，所述输出波导为如权利要求1或2所述的波导；光路依次通过所述输入波导、所述输入平板波导、所述阵列波导、所述输出平板波导和所述输出波导。
4.一种波导的制作方法，其特征在于，包括：
在衬底上氧化出下包层；
在所述下包层上沉积波导芯层；
在所述波导芯层上生成波导光路；
在所述波导光路和所述下包层上沉积上包层；
在所述波导光路之间蚀刻深沟槽；
在所述深沟槽中填充聚合物，形成波导；
上包层的折射率等于下包层的折射率；波导芯层的折射率大于上包层的折射率。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述在衬底上氧化出下包层，包括：
将硅基晶圆衬底放入加热炉进行氧化反应，在所述硅基晶圆衬底上氧化出二氧化硅下包层。
6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述在所述下包层上沉积波导芯层，包括：
利用硅烷、锗烷、氧气、一氧化氮在等离子体的状态下在所述下包层上反应生成所述波导芯层。
7.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述在所述波导芯层上生成波导光路，包括：
在所述波导芯层上成底膜；
对所述底膜进行旋转涂胶软烘后，放置掩膜板，对准曝光烘培后显影，将所述掩膜板上图形的相反图形复制到所述底膜上；
将复制图形后的底膜放入反应离子刻蚀反应室中刻蚀出所述波导光路。
8.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述在所述波导光路和所述下包层上沉积上包层，包括：
利用硅烷、氧气、一氧化氮在等离子体的状态下反应，反应中加入硼烷或磷烷在所述波导光路和所述下包层上生成二氧化硅上包层。
9.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述在所述波导光路之间蚀刻深沟槽，包括：
在所述波导光路之间利用刻蚀或者飞秒激光微加工系统蚀刻出所述深沟槽。
10.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述在所述深沟槽中填充聚合物，包括：
将蚀刻好深沟槽的晶圆放在匀胶机上，并在所述晶圆的表面涂覆所述聚合物涂料；
旋转所述匀胶机，使所述聚合物填满所述深沟槽。
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Registration number: Y2022420000090

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Denomination of invention: A Method for Manufacturing Waveguides, Demultiplexers, and Waveguides

Effective date of registration: 20230908

Granted publication date: 20200703

Pledgee: Industrial Bank Limited by Share Ltd. Wuhan branch

Pledgor: WUHAN ETERN OPTOELECTRONICS TECHNOLOGY CO.,LTD.

Registration number: Y2023980055891

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