CN114035267A - 一种增强光模式空间限制的AlGaAs光波导制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种增强光模式空间限制的AlGaAs光波导制作方法，包括：S1，在GaAs衬底晶圆上生长AlGaAs外延层；S2,将AlGaAs外延层上法的粘附剂与临时载片进行键合；S3，通过刻蚀或腐蚀完全去除GaAs衬底；S4，在另一种材料的衬底晶圆上旋涂BCB并固化；S5，将AlGaAs外延层表面与BCB表面键合；S6，去除临时载片及粘附剂；S7，光刻并刻蚀出AlGaAs条形结构，完成AlGaAs光波导制作。本发明制作的AlGaAs光波导，具有更高的光模式空间限制作用，能有效缩小光模式尺寸，减小光传输损耗，降低波导弯曲半径。
Description
技术领域
本发明涉及光波导制作方法，尤其涉及一种增强光模式空间限制的AlGaAs光波导制作方法。
背景技术
非线性光学与量子光学技术是近年来飞速发展的学科，通过AlGaAs、Si、铌酸锂等非线性光学材料特性，可实现光学倍频、分频、参量放大等经典光学器件，也可实现双光子产生、纠缠光子源等光量子器件。AlGaAs材料相比Si、铌酸锂等材料，具有较强的二阶、三阶光学非线性系数，且具有与GaAs激光器单片集成的潜力，是重要的集成光子或集成光量子器件材料。
目前AlGaAs非线性光学器件面临的困难之一是GaAs衬底与AlGaAs材料折射率相近，通常AlGaAs波导的芯层采用Al(铝)组分相对较低，光限制层采用比芯层Al组分更高的AlGaAs，从而，令光限制层折射率低于芯层折射率，形成光波导。这种通过Al组分变化的方法产生的芯层与光限制层折射率对比较小，导致波导模式扩散在芯层以外的部分较多，从而导致波导模式尺寸较大、传输损耗大、波导弯曲半径大等问题，限制了AlGaAs光波导器件的进一步发展。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种是实现有效缩小光模式尺寸、减小光传输损耗及降低波导弯曲半径的增强光模式空间限制的AlGaAs光波导制作方法。
技术方案：本发明的AlGaAs光波导制作方法，包括步骤如下：
S1，在半绝缘GaAs衬底上进行，得到AlGaAs外延层；
S2，将AlGaAs外延层上的粘附剂和临时载片进行键合；
S3，完全去除GaAs衬底，漏出AlGaAs外延层，完成AlGaAs晶圆制作；
S4，在另一种材料的衬底晶圆上旋涂BCB并固化，完成BCB圆片制作；
S5，将AlGaAs晶圆的AlGaAs外延层表面与BCB圆片的BCB表面进行键合，完成AlGaAs-BCB复合材料圆片制作；
S6，通过加热熔化粘附剂，移除AlGaAs-BCB复合材料晶圆上的临时载片，并通过有机溶剂清洗去除残余的粘附剂；
S7，在AlGaAs外延层表面上光刻出波导条形，并干法刻蚀形成AlGaAs波导芯层条形结构，去胶后，完成AlGaAs光波导制作。
进一步，所述步骤S1中，AlGaAs外延层材料中Al组分的含量为0.1～0.9。
进一步，所述步骤S2中，所述粘附剂的材料为蜡。
进一步，所述步骤S3中，先通过干法刻蚀大部分GaAs衬底，再通过湿法腐蚀GaAs衬底，最后完全去除GaAs衬底。
进一步，所述步骤S4中，所述BCB的厚度为1～5μm。
本发明与现有技术相比，其显著效果如下：1、本发明用BCB材料作为光限制层，能将光模式限制在波导芯层之中，实现有效缩小光模式尺寸，减小光传输损耗，降低波导弯曲半径。
附图说明
图1为本发明在GaAs衬底晶圆上生长AlGaAs外延层后剖面图；
图2为本发明将外延片晶圆通粘附剂与临时载片进行键合后剖面图；
图3(a)本发明通过刻蚀或腐蚀完全去除GaAs衬底的AlGaAs晶圆，
(b)为在另一个任意材料的衬底晶圆上旋涂BCB并固化后的BCB晶圆的剖面图；
图4为本发明完成AlGaAs晶圆与BCB晶圆键合后的复合材料晶圆剖面图；
图5为本发明去除临时载片及粘附剂的复合材料晶圆剖面图；
图6为本发明光刻并刻蚀出AlGaAs条形结构，完成复合型AlGaAs光波导制作的剖面图。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明做进一步详细描述。
本发明的AlGaAs光波导制作方法，具体实现步骤如下：
S1)在半绝缘GaAs衬底上，进行AlGaAs外延，AlGaAs外延层材料中Al(铝)组分在0.1～0.9范围内，剖面图如图1所示。
S2)将外延片晶圆通粘附剂(如蜡)与临时载片(如蓝宝石圆片)进行键合，剖面图如图2所示。
S3)先通过干法刻蚀大部分GaAs衬底，再通过湿法腐蚀GaAs，完全去除衬底，漏出AlGaAs外延层，此时称该圆片为AlGaAs晶圆，剖面图如图3(a)所示。
S4)在另一个任意材料(与GaAs衬底不同的材料，如石英玻璃)的衬底晶圆上旋涂BCB(苯并环丁烯)并固化，BCB厚度在1～5微米(μm)范围，此时称该圆片为BCB圆片，剖面图如图3(b)所示。
S5)将AlGaAs晶圆的AlGaAs外延层表面与BCB圆片的BCB表面进行键合，此时该键合后圆片为AlGaAs-BCB复合材料圆片，剖面图如图4所示。
S6)通过加热熔化蜡，移除复合材料晶圆上的临时载片(如蓝宝石)，并通过有机溶剂清洗去除残余的粘附剂(蜡)，此时AlGaAs-BCB复合材料圆片剖面图如图5所示。
S7)在AlGaAs表面光刻出波导条形，并干法刻蚀形成AlGaAs波导芯层条形结构，去胶后，完成复合型AlGaAs光波导制作，剖面图如图6所示。
本发明通过上述步骤，形成了以AlGaAs材料为波导芯层、BCB材料为光限制层的复合波导结构。本发明的复合波导结构与传统AlGaAs非线性光波导相比，光限制层由传统的低Al组分AlGaAs(折射率约3.2)变为BCB(折射率约1.5)，因光限制层折射率的大幅降低，有效提升了芯层材料与光限制层材料折射率对比值，从而能将光模式限制在波导芯层之中，能有效缩小光模式尺寸，减小光传输损耗，降低波导弯曲半径。
Claims (5)
1.一种增强光模式空间限制的AlGaAs光波导制作方法，其特征在于，包括步骤如下：
S1，在半绝缘GaAs衬底上进行，得到AlGaAs外延层；
S2，将AlGaAs外延层上的粘附剂和临时载片进行键合；
S3，完全去除GaAs衬底，漏出AlGaAs外延层，完成AlGaAs晶圆制作；
S4，在另一种材料的衬底晶圆上旋涂BCB并固化，完成BCB圆片制作；
S5，将AlGaAs晶圆的AlGaAs外延层表面与BCB圆片的BCB表面进行键合，完成AlGaAs-BCB复合材料圆片制作；
S6，通过加热熔化粘附剂，移除AlGaAs-BCB复合材料晶圆上的临时载片，并通过有机溶剂清洗去除残余的粘附剂；
S7，在AlGaAs外延层表面上光刻出波导条形，并干法刻蚀形成AlGaAs波导芯层条形结构，去胶后，完成AlGaAs光波导制作。
2.根据权利要求1所述的增强光模式空间限制的AlGaAs光波导制作方法，其特征在于，所述步骤S1中，AlGaAs外延层材料中Al组分的含量为0.1～0.9。
3.根据权利要求1所述的增强光模式空间限制的AlGaAs光波导制作方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述粘附剂的材料为蜡。
4.根据权利要求1所述的增强光模式空间限制的AlGaAs光波导制作方法，其特征在于，所述步骤S3中，先通过干法刻蚀大部分GaAs衬底，再通过湿法腐蚀GaAs衬底，最后完全去除GaAs衬底。
5.根据权利要求1所述的增强光模式空间限制的AlGaAs光波导制作方法，其特征在于，所述步骤S4中，所述BCB的厚度为1～5μm。
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