CN114280726B - 一种含有空气隙的氮化硅波导的制备方法 - Google Patents
一种含有空气隙的氮化硅波导的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114280726B CN114280726B CN202111586642.0A CN202111586642A CN114280726B CN 114280726 B CN114280726 B CN 114280726B CN 202111586642 A CN202111586642 A CN 202111586642A CN 114280726 B CN114280726 B CN 114280726B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- waveguide core
- core layer
- growth
- cladding layer
- waveguide
- 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
Links
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 11
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 11
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title abstract description 5
- 238000005253 cladding Methods 0.000 claims abstract description 45
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims abstract description 35
- 239000012792 core layer Substances 0.000 claims abstract description 33
- 230000012010 growth Effects 0.000 claims abstract description 32
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims abstract description 23
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 23
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 claims abstract description 6
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 claims abstract description 6
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 10
- 238000004518 low pressure chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 5
- 238000009832 plasma treatment Methods 0.000 claims 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 abstract description 3
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 abstract description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 8
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 4
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 2
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 2
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 2
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000007784 solid electrolyte Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Optical Integrated Circuits (AREA)
Abstract
本发明公开了一种含有空气隙的氮化硅波导的制备方法，包括如下步骤：S1：在基底上生长下SiO2包层；S2：在下包层上生长SiN波导芯层；S3：以光刻胶为掩膜采用干法刻蚀法刻蚀波导芯层，控制刻蚀深度至下包层，形成波导芯层；S4：直接在波导芯层上生长带有空气隙的SiO2上包层。本发明在波导上包层中通过控制生长工艺参数，引入了空气隙结构，降低有效折射率，从而提高跟波导芯层的折射率差，有利于提高上包层对芯层内传输光的限制作用，降低波导损耗。
Description
技术领域：
本发明涉及光波导制造技术领域，具体涉及一种含有空气隙的氮化硅波导的制备方法。
背景技术：
波导技术作为光集成技术最基本的和核心的技术，对光开关、光耦合、功率分配器、调制解调器、滤波器、波分复用器等众多光学器件有着至关重要的影响。其中低损耗SiN单模波导是光学相控阵(OPA)全固态激光雷达芯片的核心结构，传统结构中，波导核心层(SiN层)上下包层一般采用SiO2材料，与SiN材料折射率差较小，导致光传输过程中泄露较大，因而对波导侧壁粗糙度要求高，一般来讲，波导侧壁粗糙度>10nm则已经不满足OPA芯片的要求。
发明内容：
为解决上述技术问题，本发明提供了一种含有空气隙的氮化硅波导的制备方法，以有效降低波导损耗。
根据本发明的发明目的之一，本发明提供了一种含有空气隙的氮化硅波导的制备方法，包括如下步骤：
S1：在基底上生长下SiO2包层；
S2：在下包层上生长SiN波导芯层；
S3：以光刻胶为掩膜采用干法刻蚀法刻蚀波导芯层，控制刻蚀深度至下包层，形成波导芯层；
S4：直接在波导芯层上生长带有空气隙的SiO2上包层。
作为一种优选的实施方式，上包层与下包层的厚度>1μm。
作为一种优选的实施方式，所述上包层的生长方式为PECVD、LPCVD或者热氧化方法。
作为一种优选的实施方式，所述波导芯层的厚度范围是0.5-1.5μm，生长方式为PECVD、LPCVD或ICPCVD。
作为一种优选的实施方式，所述波导芯层的横截面为下宽上窄的梯形。
作为一种优选的实施方式，所述波导芯层的厚度为700-900nm。
作为一种优选的实施方式，所述上包层的生长方式是PECVD，生长气体是SiH4，NH3和N2O，生长温度为200℃-350℃，压力为50-200Pa，射频功率为100-200W。
作为一种优选的实施方式，S3中所述刻蚀气体为SF6和CHF3，SF6和CHF3的体积比为1：(2-3)，控制RF功率为15W，ICP功率为300W。
作为一种优选的实施方式，在进行上包层PECVD生长之前，采用等离子体设备，在Ar环境，射频功率300W，等离子体处理5分钟，接着送入PECVD腔体内，先通入生长气体，不加射频功率，持续2分钟；然后再进行上包层的生长。
本发明在波导上包层中通过控制生长工艺参数，引入了空气隙结构，降低有效折射率，从而提高跟波导芯层的折射率差，有利于提高上包层对芯层内传输光的限制作用，降低波导损耗。
附图说明：
图1是本发明实施例1的微观形貌图。
具体实施方式：
下面将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。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种含有空气隙的氮化硅波导的制备方法，包括如下步骤：
S1：在基底上生长下SiO2下包层；下包层的厚度为1.96μm。
S2：在下包层上生长SiN波导芯层；具体工艺步骤为：
LPCVD，条件：温度785℃，压强160mT，NH3＝150sccm；SiH2Cl2＝150sccm；分三次生长，单次80分钟，总厚度800nm。
S3：以光刻胶为掩膜采用干法刻蚀法刻蚀波导芯层，控制刻蚀深度至下包层，形成波导芯层，具体步骤为：
ICP刻蚀方法，刻蚀条件为：刻蚀气体SF6 5sccm，CHF3 15sccm，RF功率30W，ICP功率300W，压力4.5mTorr，刻蚀时间9分钟。
S4：直接在波导芯层上生长带有空气隙的SiO2上包层，具体步骤为：
在Ar环境，射频功率300W，等离子体处理5分钟，接着送入PECVD腔体内，先通入生长气体SiH4 4sccm，N2 180sccm，N2O 710sccm，不加射频功率，持续2分钟，再加射频功率200W，生长温度320℃，生长时间28分钟。
上包层的厚度为2μm。
采用上述方法制备的氮化硅波导如图1所示。测试结果如表1。
实施例2
一种含有空气隙的氮化硅波导的制备方法，包括如下步骤：
S1：在基底上生长下SiO2下包层；下包层的厚度为2.1μm。
S2：在下包层上生长SiN波导芯层；具体工艺步骤为：
LPCVD，条件：温度780℃，压强160mT，NH3＝150sccm；SiH2Cl2＝150sccm；分三次生长，单次80分钟，总厚度750nm。
S3：以光刻胶为掩膜采用干法刻蚀法刻蚀波导芯层，控制刻蚀深度至下包层，形成波导芯层，具体步骤为：
ICP刻蚀方法，刻蚀条件为：刻蚀气体SF6 6sccm，CHF3 12sccm，RF功率30W，ICP功率300W，压力4.5mTorr，刻蚀时间9分钟。
S4：直接在波导芯层上生长带有空气隙的SiO2上包层，具体步骤为：
在Ar环境，射频功率300W，等离子体处理5分钟，接着送入PECVD腔体内，先通入生长气体SiH4 3sccm，N2 160sccm，N2O 780sccm，不加射频功率，持续2分钟，再加射频功率200W，生长温度300℃，生长时间23分钟。
上包层的厚度为1.6μm。
测试结果如表1。
对比例1
一种含有空气隙的氮化硅波导的制备方法，包括如下步骤：
S1：在基底上生长下SiO2下包层；下包层的厚度为1.96μm。
S2：在下包层上生长SiN波导芯层；具体工艺步骤为：
LPCVD，条件：温度785℃，压强160mT，NH3＝150sccm；SiH2Cl2＝150sccm；分三次生长，单次80分钟，总厚度800nm。
S3：以光刻胶为掩膜采用干法刻蚀法刻蚀波导芯层，控制刻蚀深度至下包层，形成波导芯层，具体步骤为：
ICP刻蚀方法，刻蚀条件为：刻蚀气体SF6 5sccm，CHF3 15sccm，RF功率30W，ICP功率300W，压力4.5mTorr，刻蚀时间9分钟。
S4：直接在波导芯层上生长SiO2上包层，具体步骤为：
通入生长气体SiH4 4sccm，N2 180sccm，N2O 710sccm，加射频功率200W，生长温度320℃，生长时间28分钟。
测试结果如表1。
试验例
实验以实施例1-2和对比例1提供的光波导器件为研究对象，对比研究光波导器件的偏振相关损耗(PDL)和插损(IL)这两种性能。
表1：各实施例与对比例固态电解质参数
| 序号 | 偏振相关损耗(PDL) | 插损(IL) |
| 实施例1 | 0.06 | 2.3 |
| 实施例2 | 0.07 | 2.8 |
| 对比例 | 0.1 | 3.1 |
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种含有空气隙的氮化硅波导的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：在基底上生长下SiO2包层；
S2：在下包层上生长SiN波导芯层；
S3：以光刻胶为掩膜采用干法刻蚀法刻蚀波导芯层，控制刻蚀深度至下包层，形成波导芯层；
S4：直接在波导芯层上生长带有空气隙的SiO2上包层；
上包层与下包层的厚度>1μm；
所述波导芯层的厚度范围是0.5-1.5μm，生长方式为PECVD、LPCVD或ICPCVD；
所述上包层的生长方式是PECVD，生长气体是SiH4，NH3和N2O，生长温度为200℃-350℃，压力为50-200Pa，射频功率为100-200W；
S3中所述刻蚀气体为SF6和CHF3，SF6和CHF3的体积比为1:（2-3），控制RF功率为15W，ICP功率为300W。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述波导芯层的横截面为下宽上窄的梯形。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述波导芯层的厚度为700-900nm。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在进行上包层PECVD生长之前，采用等离子体设备，在Ar环境，射频功率300W，等离子体处理5分钟，接着送入PECVD腔体内，先通入生长气体，不加射频功率，持续2分钟；然后再进行上包层的生长。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111586642.0A CN114280726B (zh) | 2021-12-23 | 2021-12-23 | 一种含有空气隙的氮化硅波导的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111586642.0A CN114280726B (zh) | 2021-12-23 | 2021-12-23 | 一种含有空气隙的氮化硅波导的制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114280726A CN114280726A (zh) | 2022-04-05 |
| CN114280726B true CN114280726B (zh) | 2024-01-30 |
Family
ID=80874233
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111586642.0A Active CN114280726B (zh) | 2021-12-23 | 2021-12-23 | 一种含有空气隙的氮化硅波导的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114280726B (zh) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05175599A (ja) * | 1991-12-20 | 1993-07-13 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 半導体レーザおよびその製造方法 |
| US5885881A (en) * | 1996-04-24 | 1999-03-23 | Northern Telecom Limited | Planar wave guide cladding |
| JPH11352344A (ja) * | 1998-06-09 | 1999-12-24 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 低クロストーク光配線 |
| JP2001141950A (ja) * | 1999-09-02 | 2001-05-25 | Hitachi Cable Ltd | 光導波路及びその製造方法 |
| JP2014038183A (ja) * | 2012-08-15 | 2014-02-27 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 光導波路及びその製造方法 |
-
2021
- 2021-12-23 CN CN202111586642.0A patent/CN114280726B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05175599A (ja) * | 1991-12-20 | 1993-07-13 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 半導体レーザおよびその製造方法 |
| US5885881A (en) * | 1996-04-24 | 1999-03-23 | Northern Telecom Limited | Planar wave guide cladding |
| JPH11352344A (ja) * | 1998-06-09 | 1999-12-24 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 低クロストーク光配線 |
| JP2001141950A (ja) * | 1999-09-02 | 2001-05-25 | Hitachi Cable Ltd | 光導波路及びその製造方法 |
| JP2014038183A (ja) * | 2012-08-15 | 2014-02-27 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 光導波路及びその製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114280726A (zh) | 2022-04-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8538223B2 (en) | Method for making optical waveguides | |
| US8111965B2 (en) | Waveguide for thermo optic device | |
| US6063299A (en) | Manufacture of a silicon waveguide structure | |
| KR20050085877A (ko) | 광 도파관의 제조 공정 | |
| WO2024104022A1 (zh) | 具有包芯电光材料层的波导结构、制备方法及应用 | |
| CN114280726B (zh) | 一种含有空气隙的氮化硅波导的制备方法 | |
| US20060088267A1 (en) | Production method of optical waveguide device and optical waveguide device | |
| CN207218649U (zh) | 一种生长在衬底上的低应力状态单晶AlN | |
| US20040057687A1 (en) | Resonator for thermo optic device | |
| CN110320600B (zh) | 一种光波导及其制造方法 | |
| CN112946824A (zh) | 一种基于硅基光波导的三维模式分离/复用器及其制备方法 | |
| CN109669237B (zh) | 半导体硅基光波导器件及其制备方法 | |
| KR100377186B1 (ko) | 폴리머 도파로열 격자 파장 다중/역다중 광소자의 제조방법 | |
| CN114153030A (zh) | 多层介质光波导结构及其制造方法 | |
| CN106098608B (zh) | 基于氮化硅应力薄膜与尺度效应的SiN埋绝缘层上晶圆级单轴应变SiGe的制作方法 | |
| CN106098610B (zh) | 基于氮化硅应力薄膜与尺度效应的AlN埋绝缘层上晶圆级单轴应变Ge的制作方法 | |
| CN103926649A (zh) | 平面光波导器件的制作方法 | |
| EP1327170A2 (en) | Using deuterated source gases to fabricate low loss germanium-doped silicon oxynitride (gesion-sion) waveguides | |
| CN114488394B (zh) | 一种氮化硅光栅耦合器及其制备方法、光器件 | |
| KR20020049807A (ko) | 반도체 디바이스의 소자 분리 방법 | |
| CN111354821A (zh) | Si基改性Ge单片同层光电器件 | |
| Vojs et al. | Optimization of SiON/SiOx structures fabrication process for optical waveguides | |
| KR101959381B1 (ko) | C4f8 가스 중합을 이용한 실리카 파이버 어레이용 그루브의 제조방법 | |
| JPH0529298A (ja) | 薄膜構造素子の形成方法 | |
| Chu et al. | Plasma-enhanced chemical-vapor deposition oxide prepared at low-flow conditions for course wavelength-division multiplexing optical-waveguide devices |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |