CN111399116A - 一种堆叠式光波导结构及制备方法 - Google Patents

一种堆叠式光波导结构及制备方法 Download PDF

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Abstract

一种堆叠式光波导结构，包括衬底晶圆，光波导层，光纤，光纤底座，键合界面；衬底晶圆之间带有键合界面，衬底晶圆上带有光波导层，在衬底晶圆上带有光纤底座，光纤固定在光纤底座上，多层衬底晶圆为整体结构，实现堆叠式多光波导器件。一种堆叠式光波导结构的制备方法，在衬底晶圆上利用刻蚀方法，制作出光纤底座，光纤固定在光纤底座上，利用晶圆键合方法，将多层衬底晶圆，通过硅‑硅直接键合、等离子激活硅硅键合、氧化层‑氧化层键合、氮化层‑氮化层键合的方法结合成整体，实现堆叠式多光波导器件。本发明的优点：应用于平面光波方向改变，光束分裂，以及光束干涉，从而传递光信号，结构和工艺性能稳定，传输损耗小。

Description

一种堆叠式光波导结构及制备方法
技术领域
本发明涉及堆叠式光波导领域，特别涉及了一种堆叠式光波导结构及制备方法。
背景技术
叠层光波导技术，具体涉及利用多层平面光波导结构实现数据信息的三维记录和读取的方法，叠层波导存储器由多片平面光学波导叠合而成，目前产品中，结构和工艺稳定性是迫切需要解决的问题，同时波导传输损耗较大。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述问题，特提供了一种堆叠式光波导结构及制备方法。
本发明提供了一种堆叠式光波导结构，其特征在于：所述的堆叠式光波导结构，包括衬底晶圆1，光波导层2，光纤3，光纤底座4，键合界面5；
其中：衬底晶圆1之间带有键合界面5，衬底晶圆1上带有光波导层2，在衬底晶圆1上带有光纤底座4，光纤3固定在光纤底座4上，多层衬底晶圆1为整体结构，实现堆叠式多光波导器件。
所述的衬底晶圆1为多层结构，下面各层设有凹槽，凹槽内布置光纤3，顶上面一层为盖状结构。
所述的衬底晶圆1为优选为三层结构，下面两层设有凹槽，凹槽内布置光纤3，顶上面一层为盖状结构。
一种如权利要求1所述的堆叠式光波导结构的制备方法，其特征在于：所述的堆叠式光波导结构的制备方法具体为：在衬底晶圆1上利用刻蚀方法，制作出光纤底座4，光纤3固定在光纤底座4上，利用晶圆键合方法，将多层衬底晶圆1，通过硅-硅直接键合、等离子激活硅硅键合、氧化层-氧化层键合、氮化层-氮化层键合的方法结合成整体，实现堆叠式多光波导器件。
所述的衬底晶圆1：由硅、砷化镓、玻璃材料组成，作为光纤底座基底材料和光波导支撑。
所述的光波导层2：由玻璃/二氧化硅、铌酸锂、III-V族半导体化合物、绝缘体上的硅、氮化硅、氮氧化硅、高分子聚合物的一种或多种材料组成，是平面光信号传输途径，由薄膜沉积、光刻、刻蚀工艺制作。
所述的光纤3：由玻璃或塑料组成，作为光传导工具；光纤底座4：利用刻蚀技术在衬底晶圆1上刻蚀出的光纤底座。
所述的键合界面5：利用晶圆键合技术，将不同的衬底晶圆1堆叠、键合成为整体的界面；是硅-硅直接键合、等离子激活硅硅键合、氧化层-氧化层键合、氮化层-氮化层键合方法中的一种或多种结合。
所述的堆叠式光波导由衬底晶圆1以及生长在衬底晶圆1上的光波导层2，以及用于传输光信号的光纤3组成。
叠层光波导是利用多片晶圆键合叠加形成光波导带，并在晶圆利用刻蚀工艺形成光纤底座，从而使得光纤与光波导连接，叠层光波导其具有3D结构，可应用于平面光波方向改变，光束分裂，以及光束干涉，从而传递光信号。
堆叠式光波导由衬底晶圆1，以及生长在衬底晶圆1上的光波导层2，以及用于传输光信号的光纤3组成。在衬底晶圆1上利用刻蚀技术，制作出光纤底座4，将光纤3固定在光纤底座4上，利用晶圆键合技术，将多层衬底晶圆1，通过硅-硅直接键合、等离子激活硅硅键合、氧化层-氧化层键合、氮化层-氮化层键合等技术结合成整体，实现堆叠式多光波导器件。
本发明的优点：
本发明所述的堆叠式光波导结构及制备方法，利用多片晶圆键合叠加形成光波导带，并在晶圆利用刻蚀工艺形成光纤底座，从而使得光纤与光波导连接，叠层光波导其具有3D结构，可应用于平面光波方向改变，光束分裂，以及光束干涉，从而传递光信号，结构和工艺性能稳定，传输损耗小。
附图说明
下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1为堆叠式光波导剖面图；
图2为堆叠式光波导剖面图；
图3为光纤底座结构图。
具体实施方式
实施例1
本发明提供了一种堆叠式光波导结构，其特征在于：所述的堆叠式光波导结构，包括衬底晶圆1，光波导层2，光纤3，光纤底座4，键合界面5；
其中：衬底晶圆1之间带有键合界面5，衬底晶圆1上带有光波导层2，在衬底晶圆1上带有光纤底座4，光纤3固定在光纤底座4上，多层衬底晶圆1为整体结构，实现堆叠式多光波导器件。
所述的衬底晶圆1为多层结构，下面各层设有凹槽，凹槽内布置光纤3，顶上面一层为盖状结构。
一种如权利要求1所述的堆叠式光波导结构的制备方法，其特征在于：所述的堆叠式光波导结构的制备方法具体为：在衬底晶圆1上利用刻蚀方法，制作出光纤底座4，光纤3固定在光纤底座4上，利用晶圆键合方法，将多层衬底晶圆1，通过硅-硅直接键合、等离子激活硅硅键合、氧化层-氧化层键合、氮化层-氮化层键合的方法结合成整体，实现堆叠式多光波导器件。
所述的衬底晶圆1：由硅、砷化镓、玻璃材料组成，作为光纤底座基底材料和光波导支撑。
所述的光波导层2：由玻璃/二氧化硅、铌酸锂、III-V族半导体化合物、绝缘体上的硅、氮化硅、氮氧化硅、高分子聚合物的一种或多种材料组成，是平面光信号传输途径，由薄膜沉积、光刻、刻蚀工艺制作。
所述的光纤3：由玻璃或塑料组成，作为光传导工具；光纤底座4：利用刻蚀技术在衬底晶圆1上刻蚀出的光纤底座。
所述的键合界面5：利用晶圆键合技术，将不同的衬底晶圆1堆叠、键合成为整体的界面；是硅-硅直接键合、等离子激活硅硅键合、氧化层-氧化层键合、氮化层-氮化层键合方法中的一种或多种结合。
所述的堆叠式光波导由衬底晶圆1以及生长在衬底晶圆1上的光波导层2，以及用于传输光信号的光纤3组成。
叠层光波导是利用多片晶圆键合叠加形成光波导带，并在晶圆利用刻蚀工艺形成光纤底座，从而使得光纤与光波导连接，叠层光波导其具有3D结构，可应用于平面光波方向改变，光束分裂，以及光束干涉，从而传递光信号。
堆叠式光波导由衬底晶圆1，以及生长在衬底晶圆1上的光波导层2，以及用于传输光信号的光纤3组成。在衬底晶圆1上利用刻蚀技术，制作出光纤底座4，将光纤3固定在光纤底座4上，利用晶圆键合技术，将多层衬底晶圆1，通过硅-硅直接键合、等离子激活硅硅键合、氧化层-氧化层键合、氮化层-氮化层键合等技术结合成整体，实现堆叠式多光波导器件。
实施例2
本发明提供了一种堆叠式光波导结构，其特征在于：所述的堆叠式光波导结构，包括衬底晶圆1，光波导层2，光纤3，光纤底座4，键合界面5；
其中：衬底晶圆1之间带有键合界面5，衬底晶圆1上带有光波导层2，在衬底晶圆1上带有光纤底座4，光纤3固定在光纤底座4上，多层衬底晶圆1为整体结构，实现堆叠式多光波导器件。
一种如权利要求1所述的堆叠式光波导结构的制备方法，其特征在于：所述的堆叠式光波导结构的制备方法具体为：在衬底晶圆1上利用刻蚀方法，制作出光纤底座4，光纤3固定在光纤底座4上，利用晶圆键合方法，将多层衬底晶圆1，通过硅-硅直接键合、等离子激活硅硅键合、氧化层-氧化层键合、氮化层-氮化层键合的方法结合成整体，实现堆叠式多光波导器件。
所述的衬底晶圆1：由硅、砷化镓、玻璃材料组成，作为光纤底座基底材料和光波导支撑。
所述的光波导层2：由玻璃/二氧化硅、铌酸锂、III-V族半导体化合物、绝缘体上的硅、氮化硅、氮氧化硅、高分子聚合物的一种或多种材料组成，是平面光信号传输途径，由薄膜沉积、光刻、刻蚀工艺制作。
所述的光纤3：由玻璃或塑料组成，作为光传导工具；光纤底座4：利用刻蚀技术在衬底晶圆1上刻蚀出的光纤底座。
所述的键合界面5：利用晶圆键合技术，将不同的衬底晶圆1堆叠、键合成为整体的界面；是硅-硅直接键合、等离子激活硅硅键合、氧化层-氧化层键合、氮化层-氮化层键合方法中的一种或多种结合。
所述的堆叠式光波导由衬底晶圆1以及生长在衬底晶圆1上的光波导层2，以及用于传输光信号的光纤3组成。
叠层光波导是利用多片晶圆键合叠加形成光波导带，并在晶圆利用刻蚀工艺形成光纤底座，从而使得光纤与光波导连接，叠层光波导其具有3D结构，可应用于平面光波方向改变，光束分裂，以及光束干涉，从而传递光信号。
堆叠式光波导由衬底晶圆1，以及生长在衬底晶圆1上的光波导层2，以及用于传输光信号的光纤3组成。在衬底晶圆1上利用刻蚀技术，制作出光纤底座4，将光纤3固定在光纤底座4上，利用晶圆键合技术，将多层衬底晶圆1，通过硅-硅直接键合、等离子激活硅硅键合、氧化层-氧化层键合、氮化层-氮化层键合等技术结合成整体，实现堆叠式多光波导器件。
实施例3
本发明提供了一种堆叠式光波导结构，其特征在于：所述的堆叠式光波导结构，包括衬底晶圆1，光波导层2，光纤3，光纤底座4，键合界面5；
其中：衬底晶圆1之间带有键合界面5，衬底晶圆1上带有光波导层2，在衬底晶圆1上带有光纤底座4，光纤3固定在光纤底座4上，多层衬底晶圆1为整体结构，实现堆叠式多光波导器件。
所述的衬底晶圆1为多层结构，下面各层设有凹槽，凹槽内布置光纤3，顶上面一层为盖状结构。
一种如权利要求1所述的堆叠式光波导结构的制备方法，其特征在于：所述的堆叠式光波导结构的制备方法具体为：在衬底晶圆1上利用刻蚀方法，制作出光纤底座4，光纤3固定在光纤底座4上，利用晶圆键合方法，将多层衬底晶圆1，通过硅-硅直接键合、等离子激活硅硅键合、氧化层-氧化层键合、氮化层-氮化层键合的方法结合成整体，实现堆叠式多光波导器件。
所述的光波导层2：由玻璃/二氧化硅、铌酸锂、III-V族半导体化合物、绝缘体上的硅、氮化硅、氮氧化硅、高分子聚合物的一种或多种材料组成，是平面光信号传输途径，由薄膜沉积、光刻、刻蚀工艺制作。
所述的光纤3：由玻璃或塑料组成，作为光传导工具；光纤底座4：利用刻蚀技术在衬底晶圆1上刻蚀出的光纤底座。
所述的键合界面5：利用晶圆键合技术，将不同的衬底晶圆1堆叠、键合成为整体的界面；是硅-硅直接键合、等离子激活硅硅键合、氧化层-氧化层键合、氮化层-氮化层键合方法中的一种或多种结合。
所述的堆叠式光波导由衬底晶圆1以及生长在衬底晶圆1上的光波导层2，以及用于传输光信号的光纤3组成。
叠层光波导是利用多片晶圆键合叠加形成光波导带，并在晶圆利用刻蚀工艺形成光纤底座，从而使得光纤与光波导连接，叠层光波导其具有3D结构，可应用于平面光波方向改变，光束分裂，以及光束干涉，从而传递光信号。
堆叠式光波导由衬底晶圆1，以及生长在衬底晶圆1上的光波导层2，以及用于传输光信号的光纤3组成。在衬底晶圆1上利用刻蚀技术，制作出光纤底座4，将光纤3固定在光纤底座4上，利用晶圆键合技术，将多层衬底晶圆1，通过硅-硅直接键合、等离子激活硅硅键合、氧化层-氧化层键合、氮化层-氮化层键合等技术结合成整体，实现堆叠式多光波导器件。

Claims (9)

1.一种堆叠式光波导结构，其特征在于：所述的堆叠式光波导结构，包括衬底晶圆(1)，光波导层(2)，光纤(3)，光纤底座(4)，键合界面(5)；
其中：衬底晶圆(1)之间带有键合界面(5)，衬底晶圆(1)上带有光波导层(2)，在衬底晶圆(1)上带有光纤底座(4)，光纤(3)固定在光纤底座(4)上，多层衬底晶圆(1)为整体结构，实现堆叠式多光波导器件。
2.按照权利要求1所述的堆叠式光波导结构，其特征在于：所述的衬底晶圆(1)为多层结构，下面各层设有凹槽，凹槽内布置光纤(3)，顶上面一层为盖状结构。
3.按照权利要求1所述的堆叠式光波导结构，其特征在于：所述的衬底晶圆(1)为三层结构，下面两层设有凹槽，凹槽内布置光纤(3)，顶上面一层为盖状结构。
4.一种如权利要求1所述的堆叠式光波导结构的制备方法，其特征在于：所述的堆叠式光波导结构的制备方法具体为：在衬底晶圆(1)上利用刻蚀方法，制作出光纤底座(4)，光纤(3)固定在光纤底座(4)上，利用晶圆键合方法，将多层衬底晶圆(1)，通过硅-硅直接键合、等离子激活硅硅键合、氧化层-氧化层键合、氮化层-氮化层键合的方法结合成整体，实现堆叠式多光波导器件。
5.按照权利要求4所述的堆叠式光波导结构的制备方法，其特征在于：所述的衬底晶圆(1)：由硅、砷化镓、玻璃材料组成，作为光纤底座基底材料和光波导支撑。
6.按照权利要求4所述的堆叠式光波导结构的制备方法，其特征在于：所述的光波导层(2)：由玻璃/二氧化硅、铌酸锂、III-V族半导体化合物、绝缘体上的硅、氮化硅、氮氧化硅、高分子聚合物的一种或多种材料组成，是平面光信号传输途径，由薄膜沉积、光刻、刻蚀工艺制作。
7.按照权利要求4所述的堆叠式光波导结构的制备方法，其特征在于：所述的光纤(3)：由玻璃或塑料组成，作为光传导工具；光纤底座(4)：利用刻蚀技术在衬底晶圆(1)上刻蚀出的光纤底座。
8.按照权利要求4所述的堆叠式光波导结构的制备方法，其特征在于：所述的键合界面(5)：利用晶圆键合技术，将不同的衬底晶圆(1)堆叠、键合成为整体的界面；是硅-硅直接键合、等离子激活硅硅键合、氧化层-氧化层键合、氮化层-氮化层键合方法中的一种或多种结合。
9.按照权利要求4所述的堆叠式光波导结构的制备方法，其特征在于：所述的堆叠式光波导由衬底晶圆(1)以及生长在衬底晶圆(1)上的光波导层(2)，以及用于传输光信号的光纤(3)组成。
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