SiON波导与光纤耦合结构及其制作方法技术

本发明专利技术提供了一种SiON波导与光纤耦合结构，包括SiON波导，为输入波导；二氧化硅波导，包覆于SiON波导的外侧；锥形SiON波导，被包覆于二氧化硅波导内侧，且处于SiON波导水平面的下方，且横截面尺寸小于SiON波导的横截面尺寸，横截面尺寸沿着光传输的方向渐扩；SiON输出波导，与锥形SiON波导连接。以及制作SiON波导与光纤耦合结构的方法。本发明专利技术在SiON波导上包覆一层SiO2，使这个结构与空气隔开并起到保护作用，SiON波导与锥形SiON波导的折射率不同，SiON波导能够与光纤匹配，锥形SiON波导又能够做到小尺寸，通过该种耦合结构，可以把器件做小，且减小了能耗。

SiON Waveguide Coupled with Optical Fiber and Its Fabrication Method

【技术实现步骤摘要】
SiON波导与光纤耦合结构及其制作方法
本专利技术涉及光纤通信
，尤其是涉及一种SiON波导与光纤耦合结构及其制作方法。
技术介绍
随着硅基光子芯片集成技术的不断迅速发展，利用光子芯片实现如芯片与芯片间或者芯片内的短距离光通信越来越接近现实。绝缘体上硅(SilicononInsulator，SOI)在光学上具有很好的特性，而且因为硅与SiO2或者空气具有非常大的折射率差，硅基的光波导具有很强的限制光场的能力，所以硅基的光波导可以制作成非常小的尺寸，通常其横截面尺寸小于1μm。非常小尺寸的硅波导带来高的器件集成度的同时，也带了一个严重的问题——硅波导与光纤的耦合损耗非常大。一般来说，单模光纤的芯径尺寸约为8～10μm，远远大于横截面尺寸通常小于1μm的SOI光波导，光从光纤101进入这种小尺寸的硅波导102会带来很大的损耗，光纤与硅波导的耦合示意图如图1所示。因此，如何实现光纤与硅波导的高效耦合是硅基光互连亟需解决的一个关键问题。如果想要实现光纤与硅波导的高效耦合，需要借助特殊的模斑变换器来实现。模斑变换器按照耦合方式可以分为两类：垂直耦合和端面耦合。垂直耦合型的模斑变换器主要指的是光栅耦合器。近年来，研究者的广泛关注使得光栅耦合器的性能不断提高，耦合器的结构也层出不穷，从普通的光栅耦合器，发展了带衬底反射镜的光栅耦合器、带DBR反射镜的光栅耦合器、具有覆盖层的光栅耦合器、闪耀型光栅耦合器、聚焦光栅耦合器、二维光栅耦合器等等。端面耦合比平面耦合更易实现高的耦合效率，器件的封装工艺也相对简单，应用也更广泛。端面耦合型的模斑变换器，主要有锥形模斑变换器、透镜耦合器、棱镜耦合器、水平双光栅耦合器等。在集成光子波导器件里，通常利用锥形波导结构作为模斑变换器来实现波导器件与光纤的连接。锥形模斑变换器可以克服单模光纤和波导在有效折射率、芯径尺寸等方面差异过大的问题，提高光纤和波导的模场匹配程度，将光纤中的模式转化为光波导中的模式，从而实现高效的耦合。锥形模斑变换器的结构通常分为正向锥形和反向锥形两种。正向锥形结构是一种比较直观的结构，其与光纤连接的一端扩展为光纤芯径尺寸大小，向与波导连接的一端逐渐缩小形成锥形，光纤中的模场通过锥形结构转换为波导中的模场。反向锥形结构是将波导与光纤连接的一端逐渐减小到甚至几十纳米并覆盖包层，使原本被限制在波导中的模场泄漏到包层中从而扩大模场，实现和光纤模场的匹配。硅波导与光纤通过耦合结构损耗能够减少到一定程度，但是对于光纤与SiON波导的耦合损耗还是很大，本专利技术旨在提出一种全新的实现光纤与SiON波导的耦合结构。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于提供一种SiON波导与光纤耦合结构，以解决现有技术中存在的SiON波导与光纤耦合损耗大的技术问题。本专利技术的目的之二在于提供一种SiON波导与光纤耦合结构的制作方法。为实现上述目的，本专利技术提供了以下技术方案：本专利技术提供的一种SiON波导与光纤耦合结构，包括：SiON波导，为输入波导；二氧化硅波导，包覆于所述SiON波导的外侧；锥形SiON波导，被包覆于所述二氧化硅波导内侧，且处于所述SiON波导水平面的下方，且横截面尺寸小于所述SiON波导的横截面尺寸，横截面尺寸沿着光传输的方向渐扩；SiON输出波导，与所述锥形SiON波导连接。优选地，所述SiON波导位于所述二氧化硅波导的对称轴所在位置。优选地，锥形SiON波导位于所述二氧化硅波导的对称轴所在位置。优选地，所述二氧化硅波导的横截面为长方形结构，由埋氧层和二氧化硅覆盖层共同组成，其中，埋氧层的厚度与二氧化硅覆盖层的厚度相等。优选地，还包括衬底，所述衬底为SOI基片的部分硅衬底，该SOI基片的顶层材料为亚微米厚度的硅，埋氧层的材料为二氧化硅，背衬底的材料为纯净的硅材料。为了实现上述第二个目的，本专利技术提供了一种SiON波导与光纤耦合结构的制作方法，本专利技术提供的SiON波导与光纤耦合结构的制作方法，包括以下步骤：S1：经过RCA工艺，处理干净SOI晶圆；S3：用Raith150电子束曝光机，并经过显影定影，制作出锥形结构、波导结构以及普通光刻套刻所要用到的对准标记的掩膜图形；S4：利用ICP刻蚀技术，将掩膜图形转移到SOI晶圆上，shallow2LR3刻蚀条件下，刻蚀10s～60s；S6：用PECVD覆盖一层SiON覆盖层；S7：将光刻胶旋涂在有SiON覆盖层的SOI晶圆上；S8：利用紫外光刻，套刻出SiON波导的的掩膜结构；S9：ICP刻蚀出SiON波导结构；S11：用PECVD在制作完SiON波导结构的SOI晶圆上，再覆盖一层SiO2保护层。优选地，其中：步骤S1与步骤S3之间还包括步骤S2，所述步骤S2为将PMMA光刻胶旋涂在SOI晶圆上。优选地，其中：步骤S4与步骤S6之间还包括步骤S5，所述步骤S5为利用等离子体打胶机去掉残胶，RCA清洗处理干净SOI晶圆。优选地，其中：步骤S9与步骤S11之间还包括步骤S10，所述步骤S10为利用等离子体打胶机去掉残胶，RCA清洗处理干净SOI晶圆。优选地，其中：步骤S11之后还包括步骤S12，所述步骤S12为划片，将反向锥形模斑变换器的输入端面露出。本专利技术的提供的SiON波导与光纤耦合结构，具有以下技术效果：锥形波导结构包裹在一低折射率的波导之中，从锥形波导中泄漏出来的光场，可以限制在低折射率的波导中继续传播，这样锥形波导的尖端距离端面可以有一定的距离，而模斑尺寸不会随着这个距离改变而变化。本专利技术在SiON波导上包覆一层SiO2，使这个结构与空气隔开并起到保护作用。SiON波导与锥形SiON波导的折射率不同，SiON波导能够与光纤匹配，锥形SiON波导又能够做到小尺寸，大尺寸的SiON波导套设于小尺寸的锥形SiON波导的外侧，通过该种耦合结构，可以把器件做小，且减小了能耗。通过SiON波导与光纤耦合结构的制作方法得到SiO2包覆的SiON波导，消除了光场向衬底扩散的泄漏损耗，有效提高了耦合结构对光场的限制能力，扩展了光模场大小，降低了倒锥形耦合结构端头的弥散损耗以及光纤与亚微米尺寸波导耦合时的模场失配损耗和反射损耗。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是光纤和硅波导的耦合结构示意图；图2是SiON波导与光纤耦合结构的立体结构示意图；图3是SiON波导与光纤耦合结构的侧视图。图中：101、光纤；102、硅波导；201、SiON波导；202、二氧化硅波导；203、锥形SiON波导；204、SiON输出波导；205、衬底。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本专利技术所保护的范围。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“长度”、“宽度”、“高度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种SiON波导与光纤耦合结构，其特征在于，包括：SiON波导，为输入波导；二氧化硅波导，包覆于所述SiON波导的外侧；锥形SiON波导，被包覆于所述二氧化硅波导内侧，且处于所述SiON波导水平面的下方，且横截面尺寸小于所述SiON波导的横截面尺寸，横截面尺寸沿着光传输的方向渐扩；SiON输出波导，与所述锥形SiON波导连接。

【技术特征摘要】
1.一种SiON波导与光纤耦合结构，其特征在于，包括：SiON波导，为输入波导；二氧化硅波导，包覆于所述SiON波导的外侧；锥形SiON波导，被包覆于所述二氧化硅波导内侧，且处于所述SiON波导水平面的下方，且横截面尺寸小于所述SiON波导的横截面尺寸，横截面尺寸沿着光传输的方向渐扩；SiON输出波导，与所述锥形SiON波导连接。2.根据权利要求1所述的一种SiON波导与光纤耦合结构，其特征在于，所述SiON波导位于所述二氧化硅波导的对称轴所在位置。3.根据权利要求1所述的一种SiON波导与光纤耦合结构，其特征在于，所述锥形SiON波导位于所述二氧化硅波导的对称轴所在位置。4.根据权利要求1所述的一种SiON波导与光纤耦合结构，其特征在于，所述二氧化硅波导的横截面为长方形结构，由埋氧层和二氧化硅覆盖层共同组成，其中，埋氧层的厚度与二氧化硅覆盖层的厚度相等。5.根据权利要求1所述的一种SiON波导与光纤耦合结构，其特征在于，还包括衬底，所述衬底为SOI基片的部分硅衬底，该SOI基片的顶层材料为亚微米厚度的硅，埋氧层的材料为二氧化硅，背衬底的材料为纯净的硅材料。6.一种SiON波导与光纤耦合结构的制作方法，包括以下步骤：S1：经过RCA工艺，处理干净SOI晶...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁晓君，耿凯鸽，
申请(专利权)人：科新网通科技有限公司，
类型：发明
国别省市：河南,41