CN103293597B - 一种无掺杂硅基二氧化硅波导 - Google Patents
一种无掺杂硅基二氧化硅波导 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103293597B CN103293597B CN201310176143.3A CN201310176143A CN103293597B CN 103293597 B CN103293597 B CN 103293597B CN 201310176143 A CN201310176143 A CN 201310176143A CN 103293597 B CN103293597 B CN 103293597B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- silicon dioxide
- layer
- silicon
- dioxide 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
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 130
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 title claims abstract description 65
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 title claims abstract description 55
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 26
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 26
- 239000010703 silicon Substances 0.000 title claims abstract description 26
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 20
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims abstract description 11
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000004518 low pressure chemical vapour deposition Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 claims abstract description 10
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims abstract description 7
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 10
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 3
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 claims description 3
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 claims description 3
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 claims 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 abstract description 41
- 239000012792 core layer Substances 0.000 abstract description 15
- 238000005253 cladding Methods 0.000 abstract description 14
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 4
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 abstract description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 abstract description 3
- 230000005855 radiation Effects 0.000 abstract description 2
- 239000010408 film Substances 0.000 description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 238000011160 research Methods 0.000 description 3
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 3
- XYFCBTPGUUZFHI-UHFFFAOYSA-N Phosphine Chemical compound P XYFCBTPGUUZFHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UORVGPXVDQYIDP-UHFFFAOYSA-N borane Chemical compound B UORVGPXVDQYIDP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 2
- 229910000085 borane Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 1
- 229910000078 germane Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000008204 material by function Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910000073 phosphorus hydride Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001947 vapour-phase growth Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Optical Integrated Circuits (AREA)
Abstract
本发明公开了一种无掺杂硅基二氧化硅波导，包括：硅片经热氧化而形成的二氧化硅层B，采用化学气相沉积法（包括但不限于等离子体增强化学气相沉积法PECVD和低压化学气相沉积法LPCVD）形成的二氧化硅层C，采用沉积非晶硅薄膜后经完全热氧化形成的二氧化硅层T。所述二氧化硅层B用作所述无掺杂硅基二氧化硅波导的下包层；所述二氧化硅层C用作所述无掺杂硅基二氧化硅波导的芯层，该层可以作为平板波导结构的芯层，也可以经刻蚀形成条状波导结构的芯层；所述二氧化硅层T用作所述无掺杂硅基二氧化硅波导的上包层。由于采用了无掺杂设计，所述硅基二氧化硅波导具有抗辐照能力强，缺陷少，损耗低的特点。
Description
技术领域
本发明涉及微纳光子学和导波光学技术领域，尤其涉及光波导设计及制造技术，具体地说，是指一种无掺杂硅基二氧化硅波导。
背景技术
光波导的设计及制造一直是集成光学、光通讯和光传感领域的基础研究热点，光波导的性能从根本上决定了其所应用系统的性能。光波导是利用光的全反射原理进行传光的，只要波导结构有正的有效折射率差，波导中就能够存在导模，从而形成光波导。二氧化硅由于在从紫外到红外的波段都有较低的损耗，并且其制造工艺与成熟的IC工艺兼容，因而是理想的光波导材料。
目前的硅基二氧化硅波导的芯层一般采用二氧化硅掺杂的方式使折射率变高，而上包层一般采用二氧化硅掺杂的方式使折射率与下包层一致。硅基二氧化硅波导掺杂工艺是较为成熟的制造工艺，但其缺点也是明显的。一、掺杂工艺所使用的硼烷、磷烷、锗烷等属于有毒易燃易爆的危险物品。二、使用掺杂工艺制作的波导在强辐照条件下会失效，不能应用于航天领域。三、现有掺杂工艺引入的杂质组分是造成波导损耗较大的原因之一。
发明内容
本发明的目的是提供一种无掺杂硅基二氧化硅波导，包括：
硅片经热氧化而形成的二氧化硅层B；
采用化学气相沉积法（包括但不限于等离子体增强化学气相沉积法PECVD和低压化学气相沉积法LPCVD）形成的二氧化硅层C；
采用沉积非晶硅薄膜后经完全热氧化形成的二氧化硅层T。
其中二氧化硅层B用作无掺杂硅基二氧化硅波导的下包层；二氧化硅层C用作芯层，该层可以作为平板波导结构的芯层，也可以经刻蚀形成条状波导结构的芯层；二氧化硅层T用作上包层。由于下包层和上包层具有比芯层小的折射率，因此满足形成光学波导的导波条件。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明提供的无掺杂硅基二氧化硅波导，由于采用了无掺杂设计，因而所述无掺杂硅基二氧化硅波导具有抗辐照能力强，缺陷少，损耗低的特点。
附图说明
图1为本发明实施例提供的无掺杂硅基二氧化硅波导结构示意图。
具体实施方式
下面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，都属于本发明的保护范围。
下面将结合附图和实施例对本发明作进一步地详细描述。
所述无掺杂硅基二氧化硅波导的结构示意图如附图1所示。附图1中，下包层是由表面抛光的硅片经热氧化工艺形成一层致密的二氧化硅层B，其厚度与工艺条件和工艺时间有关，为6～15um不等。芯层为二氧化硅层C1或C2，是由气相沉积法（包括但不限于等离子体增强化学气相沉积法PECVD和低压化学气相沉积法LPCVD）形成的，厚度依具体情况而定；所述的二氧化硅层C1为平板波导结构的芯层，二氧化硅层C2为条状波导结构的芯层。条状波导结构的芯层是由干法刻蚀或者湿法刻蚀加工而成的。上包层为二氧化硅层T，是采用沉积非晶硅薄膜后经完全热氧化形成的。出于消应力和减少缺陷的目的，二氧化硅层T一般经过重复沉积和热氧化步骤多次而达到所需的厚度，为6～15um不等。
本发明实施例提供一种无掺杂硅基二氧化硅波导的制造方法，包括如下操作：
(a)、硅片经热氧化处理形成厚度为6～15um的二氧化硅层B，作为下包层。
(b)、在所述二氧化硅层B上采用化学气相沉积法（包括但不限于等离子体增强化学气相沉积法PECVD和低压化学气相沉积法LPCVD，形成一层二氧化硅层C，厚度为3～9um不等，用于制备芯层。可以参见参考文献[1]：吕文龙，罗仲梓，何熙，张春权，PECVD淀积SiO2的应用，功能材料与器件学报，2008年2月第14卷第1期；参考文献[2]王俭峰，佟丽英，李亚光，李秀强，LPCVD制备二氧化硅薄膜工艺研究，电子工业专用设备，2011年第06期；参考文献[3]：刘欢，王健，李金凤，基于氧化工艺的二氧化硅层厚度的研究，价值工程，2011年第30卷第16期。
(c)、在所述二氧化硅层C上制作掩模。
(d)、刻蚀所述二氧化硅层C形成波导结构，即二氧化硅层C1或C2，作为芯层。刻蚀方法有干法刻蚀或者湿法刻蚀。
(e)、在刻蚀后的所述二氧化硅层C上沉积非晶硅薄膜，然后经热氧化处理使非晶硅薄膜被氧化形成二氧化硅薄膜。
(f)、重复步骤(e)，使非晶硅薄膜热氧化形成二氧化硅薄膜的速度加快，使二氧化硅薄膜的厚度达到6～15um，同时使应力得以减小，得到二氧化硅层T，作为上包层。
最后制备得到的波导结构中，上包层和下包层的折射率小于芯层的折射率。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (2)
1.一种无掺杂硅基二氧化硅波导，其特征在于，包括：
硅片经热氧化而形成的二氧化硅层B，采用气相沉积法形成二氧化硅层C，采用沉积非晶硅薄膜后经完全热氧化形成的二氧化硅层T；
所述二氧化硅层B用作所述无掺杂硅基二氧化硅波导的下包层；
所述二氧化硅层C用作所述无掺杂硅基二氧化硅波导的芯层；对所述的芯层采用干法刻蚀或者湿法刻蚀方法，作为平板波导结构的芯层或条状波导结构的芯层；
所述二氧化硅层T用作所述无掺杂硅基二氧化硅波导的上包层；
所述二氧化硅层B和所述二氧化硅层T具有比所述二氧化硅层C小的折射率，满足形成光学波导的导波条件；所述的上包层和下包层的厚度均为6～15um；所述的上包层经过重复沉积和热氧化步骤多次而达到所需的厚度。
2.根据权利要求1所述的一种无掺杂硅基二氧化硅波导，其特征在于：所述的气相沉积法包括等离子体增强化学气相沉积法和低压化学气相沉积法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310176143.3A CN103293597B (zh) | 2013-05-14 | 2013-05-14 | 一种无掺杂硅基二氧化硅波导 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310176143.3A CN103293597B (zh) | 2013-05-14 | 2013-05-14 | 一种无掺杂硅基二氧化硅波导 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN103293597A CN103293597A (zh) | 2013-09-11 |
| CN103293597B true CN103293597B (zh) | 2015-11-18 |
Family
ID=49094783
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201310176143.3A Active CN103293597B (zh) | 2013-05-14 | 2013-05-14 | 一种无掺杂硅基二氧化硅波导 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN103293597B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110286440B (zh) * | 2019-05-20 | 2021-06-11 | 武汉光迅科技股份有限公司 | 平面光波导芯片的制作方法 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1333468A (zh) * | 2001-07-19 | 2002-01-30 | 上海交通大学 | 微型液芯集成光波导结构及其制造方法 |
| CN1664632A (zh) * | 2004-03-01 | 2005-09-07 | 中国科学院半导体研究所 | 用于实现光波导制备的方法 |
| CN1743880A (zh) * | 2005-08-04 | 2006-03-08 | 浙江大学 | 一种深刻蚀二氧化硅脊型波导及其制备工艺 |
| CN1746705A (zh) * | 2004-09-06 | 2006-03-15 | 中国科学院半导体研究所 | 紫外激光写入制备高折射率差二氧化硅波导的方法 |
| CN1967301A (zh) * | 2005-11-17 | 2007-05-23 | 中国科学院半导体研究所 | 用标准工艺制作金属间氧化层光波导的方法 |
| CN101055338A (zh) * | 2006-04-13 | 2007-10-17 | 中国科学院半导体研究所 | 一种集成有光场模斑变换器的波导光开关阵列及其方法 |
| EP2110694A1 (en) * | 2008-04-18 | 2009-10-21 | Sony DADC Austria AG | Method for manufacturing an optical waveguide, optical waveguide, and sensor arrangement |
-
2013
- 2013-05-14 CN CN201310176143.3A patent/CN103293597B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1333468A (zh) * | 2001-07-19 | 2002-01-30 | 上海交通大学 | 微型液芯集成光波导结构及其制造方法 |
| CN1664632A (zh) * | 2004-03-01 | 2005-09-07 | 中国科学院半导体研究所 | 用于实现光波导制备的方法 |
| CN1746705A (zh) * | 2004-09-06 | 2006-03-15 | 中国科学院半导体研究所 | 紫外激光写入制备高折射率差二氧化硅波导的方法 |
| CN1743880A (zh) * | 2005-08-04 | 2006-03-08 | 浙江大学 | 一种深刻蚀二氧化硅脊型波导及其制备工艺 |
| CN1967301A (zh) * | 2005-11-17 | 2007-05-23 | 中国科学院半导体研究所 | 用标准工艺制作金属间氧化层光波导的方法 |
| CN101055338A (zh) * | 2006-04-13 | 2007-10-17 | 中国科学院半导体研究所 | 一种集成有光场模斑变换器的波导光开关阵列及其方法 |
| EP2110694A1 (en) * | 2008-04-18 | 2009-10-21 | Sony DADC Austria AG | Method for manufacturing an optical waveguide, optical waveguide, and sensor arrangement |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 一种硅基SiO2波导耦合器的设计与分析;冯丽爽，等;《光学技术》;20070331;第33卷(第2期);全文 * |
| 二氧化硅基波导薄膜的制备方法综述;朱晓辉;《现代技术陶瓷》;20061231(第2期);全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN103293597A (zh) | 2013-09-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104865223A (zh) | 一种氮化硅波导布拉格光栅折射率传感芯片及其制备方法 | |
| CN104849878A (zh) | 一种基于马赫-曾德结构的氮化硅波导热光开关阵列芯片及其制作方法 | |
| CN109709069B (zh) | 气体传感器及其制备方法 | |
| CN102944911A (zh) | 一种光波导及其制作方法 | |
| US9354395B2 (en) | Optical waveguide element and method of producing the same | |
| CN103033880A (zh) | 基于SOI材料制备中长红外undercut型光波导的方法 | |
| CN108873161B (zh) | 硅基光波导结构及其制作方法 | |
| CN102778724A (zh) | 基于硅衬底氮化物的悬空光波导器件及其制备方法 | |
| Niu et al. | Polymer/silica hybrid waveguide temperature sensor based on asymmetric Mach–Zehnder interferometer | |
| CN103293597B (zh) | 一种无掺杂硅基二氧化硅波导 | |
| CN107765366A (zh) | 一种非对称形状的氮化硅偏振分束器及其制备方法 | |
| CN115437062B (zh) | 一种基于梯度折射率倒脊形波导的边缘耦合器 | |
| CN114608632B (zh) | 一种多层多波长多模式多参量微环传感器及制备方法 | |
| CN101776782B (zh) | 一种集成铜离子发光功能的玻璃基离子交换光波导芯片 | |
| CN102253450B (zh) | 集成光波导马赫－泽德干涉型传感芯片的制作方法 | |
| Xiao et al. | Design and characterization of a top cladding for silicon-on-insulator grating coupler | |
| CN101718890B (zh) | 基于注氧技术的十字狭缝波导的制备方法 | |
| CN104360442B (zh) | 一种平面光波导器件及其制作方法 | |
| CN102096149B (zh) | 一种硅基长波红外光波导及其制备方法 | |
| Bellman et al. | Ultralow loss high delta silica germania planar waveguides | |
| CN105572800A (zh) | 一种基于硅基槽式波导耦合的偏振旋转器 | |
| CN102866458B (zh) | 刻蚀高深度光波导的制备工艺 | |
| CN106249333A (zh) | 一种窄带带阻滤波器 | |
| Xie et al. | Fabrication and characterization of silica anti-reflective films with phosphoric acid template | |
| CN107490825A (zh) | 具有超高受激布里渊散射增益的半悬空硫化砷条形波导及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20240712 Address after: 100029 Room 1101, Ruide Building, Xicheng District, Beijing Patentee after: Beijing Future Optics Microintegration Technology Co.,Ltd. Country or region after: China Address before: 100191 No. 37, Haidian District, Beijing, Xueyuan Road Patentee before: BEIHANG University Country or region before: China |