半导体硅基光波导器件及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种半导体硅基光波导器件及其制备方法，涉及光波导芯片生产制造领域，所述半导体硅基光波导器件的制备方法包括以下步骤：(a)单面抛光硅片非抛光面淀积底包层；(b)在单面抛光硅片抛光面依次层叠淀积下包层、芯层以及掩膜层；(c)刻蚀芯层后形成波导通道并去除掩膜层；(d)在刻蚀后的芯层上淀积上包层，即得到半导体硅基光波导器件；优选地，所述掩膜层为金属掩膜层，解决了常规波导器件使用石英衬底片，对衬底片质量依赖性大且需订制专门的石英加工设备进行制造的技术问题，本发明专利技术提供的半导体硅基光波导器件的制备方法采用半导体硅为衬底片，与硅半导体制造设备兼容性好，不受衬底片折射率的影响，设计与制造更加灵活。

Semiconductor silicon-based optical waveguide devices and their preparation methods

The invention provides a semiconductor silicon-based optical waveguide device and a preparation method thereof, which relates to the field of optical waveguide chip manufacturing. The preparation method of the semiconductor silicon-based optical waveguide device includes the following steps: (a) depositing a bottom cladding layer on the non-polished surface of a single polished silicon wafer; (b) depositing a lower cladding layer, a core layer and a mask layer on the polished surface of a single polished silicon wafer in turn; (c) etching a rear-shaped core layer. A waveguide channel is formed and the mask layer is removed; (d) A semiconductor silicon-based optical waveguide device is obtained by depositing a cladding layer on the etched core layer; preferably, the mask layer is a metal mask layer, which solves the technical problem of using quartz substrate for conventional waveguide devices, which depends heavily on the quality of the substrate and requires special quartz processing equipment to be customized. The fabrication method of silicon-based optical waveguide devices uses semiconductor silicon as substrate, which is compatible with silicon semiconductor manufacturing equipment and is not affected by the refractive index of the substrate. Therefore, the design and fabrication of silicon-based optical waveguide devices are more flexible.

【技术实现步骤摘要】
半导体硅基光波导器件及其制备方法
本专利技术涉及光波导芯片生产制造领域，尤其是涉及一种半导体硅基光波导器件及其制备方法。
技术介绍
目前平面光波导分路器在国内外市场非常火爆，根据2016年4月5日市场及技术咨询公司ElectroniCast报告，2015年全球平面光波导分路器市场总额达到6.96亿美元，同比增长达到14％。中国目前已经成为平面光波导分路器市场的主导者，占市场总额的35％以上。2012年之前，国内的光分路器器件全都是从韩国和日本进口，国内仅能做封装，大部分利润都被韩、日、欧美拿走。经过多年的潜心研究与开发，2015年之后，国内分路器芯片制造得到快速发展。常规波导器件使用石英基底片，表面光学器件折射率需依据衬底片折射率而设计和调整，对衬底片质量依赖性较大，并且需要专门的石英加工设备进行生产制造。有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的第一目的在于提供一种半导体硅基光波导器件的制备方法，解决了常规波导器件使用石英基底片，对衬底片质量依赖性较大且需订制专门的石英加工设备进行制造的技术问题。本专利技术的第一目的在于提供一种半导体硅基光波导器件的制备方法，包括以下步骤：(a)单面抛光硅片非抛光面淀积底包层；(b)在单面抛光硅片抛光面依次层叠淀积下包层、芯层以及掩膜层；(c)刻蚀芯层后形成波导通道并去除掩膜层；(d)在刻蚀后的芯层上淀积上包层，即得到半导体硅基光波导器件；优选地，所述掩膜层为金属掩膜层。进一步的，所述芯层为掺杂锗烷的二氧化硅，其中所述锗烷与二氧化硅的质量比为1-3:100，优选为1.8:100；优选地，芯层的厚度为5.5-6.5μm。进一步的，所述底包层为掺杂硼烷与磷烷的二氧化硅，其中所述硼烷与二氧化硅的质量比为1-3:100，所述磷烷与二氧化硅的质量比为1-3:100；优选地，所述硼烷与二氧化硅的质量比为1.7:100，所述磷烷与二氧化硅的质量比为1.9:100。进一步的，所述下包层为掺杂硼烷与磷烷的二氧化硅，其中所述硼烷与二氧化硅的质量比为1-3:100，所述磷烷与二氧化硅的质量比为1-3:100；优选地，所述硼烷与二氧化硅的质量比为1.7:100，所述磷烷与二氧化硅的质量比为1.9:100。进一步的，所述上包层为掺杂硼烷与磷烷的二氧化硅，其中所述硼烷与二氧化硅的质量比为1-3:100，所述磷烷与二氧化硅的质量比为1-3:100；优选地，所述硼烷与二氧化硅的质量比为1.7:100，所述磷烷与二氧化硅的质量比为1.9:100。进一步的，所述底包层的厚度为10-20μm，优选为18μm；和/或，下包层的厚度为10-20μm，优选为12μm；和/或，上包层的厚度为10-20μm，优选为18μm。进一步的，所述底包层、下包层、芯层和上包层的淀积方法均为等离子体增强化学气相沉积法。进一步的，所述底包层、下包层、芯层和上包层的淀积温度均为350-450℃，优选为400℃；优选地，所述底包层、下包层、芯层和上包层的淀积压力均为2-3torr，优选为2.2torr。进一步的，通过蒸镀和/或溅射淀积金属掩膜层；优选地，所述金属掩膜层为金属，金属选自铝、铬或钛中的至少一种，优选为铝。本专利技术的第二目的在于提供一种半导体硅基光波导器件，根据本专利技术提供的半导体硅基光波导器件的制备方法制备得到。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术提供的半导体硅基光波导器件的制备方法采用半导体硅为衬底材料，与硅半导体制造设备兼容性好，并且不受衬底片折射率的影响，使得光波导器件的设计与制造更加灵活，同时该制备方法良品率和集成度高，为后续VOA、AWG等器件开发提供了工艺基础，应用前景广泛。本专利技术提供的半导体硅基光波导器件洁净度高，折射率稳定，厚度一致性好，应用前景广阔。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，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为本专利技术实施例1提供的半导体硅基光波导器件的结构示意图。图标：110-上包层；120-波导通道；130-下包层；140-单面抛光硅片；150-底包层。具体实施方式下面将结合实施例对本专利技术的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本专利技术，而不应视为限制本专利技术的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。根据本专利技术的第一个方面，本专利技术提供了一种半导体硅基光波导器件的制备方法，包括以下步骤：(a)单面抛光硅片非抛光面淀积底包层；(b)在单面抛光硅片抛光面依次层叠淀积下包层、芯层以及掩膜层；(c)刻蚀芯层后形成波导通道并去除掩膜层；(d)在刻蚀后的芯层上淀积上包层，即得到半导体硅基光波导器件；优选地，所述掩膜层为金属掩膜层。本专利技术提供的半导体硅基光波导器件的制备方法采用半导体硅为衬底材料，与硅半导体制造设备兼容性好，并且不受衬底片折射率的影响，使得光波导器件的设计与制造更加灵活，同时该制备方法良品率和集成度高，为后续VOA、AWG等器件开发提供了工艺基础，应用前景广泛。在本专利技术的一种优选实施方式中，芯层为掺杂锗烷的二氧化硅，其中所述锗烷与二氧化硅的质量比为1-3:100。在本专利技术中，锗烷与二氧化硅的典型但非限制性的质量比为1:100、1.2:100、1.4:100、1.6:100、1.8:100、2:100、2.2:100、2.4:100、2.6:100、2.8:100或3:100。通过对锗烷与二氧化硅的质量比进行控制，可以制备得到性能更加优异的半导体硅基光波导器件。锗烷与二氧化硅的质量比在1-3:100范围内，半导体硅基光波导器件的性能较好。在本专利技术的进一步优选实施方式中，锗烷与二氧化硅的质量比为1.8:100。通过对锗烷与二氧化硅的质量比的更进一步调整和优化，使得到的半导体硅基光波导器件的性能更好。锗烷是通式为GenH2n+2的一系列锗与氢的化合物的总称。主要用于制造电子器件，如集成电路、光电器件。通过在光波导器件的二氧化硅层中掺杂锗烷，可以提高光波导器件的折射率，降低波导传输损耗，从而提高了光波导器件的性能。在本专利技术中，采用的锗烷为体积分数为5％的甲锗烷(GeH4，氮气作为保护气)，或者本领域技术人员熟知的与上述作用类似的其他锗烷。通过在芯层掺杂甲锗烷，可以提高芯层的折射率，从而提高光波导器件的性能。在本专利技术的一种优选实施方式中，芯层的厚度为5.5-6.5μm。在本专利技术中，芯层的典型但非限制性的厚度为5.5、6或6.5μm。芯层的厚度与波导的规格相一致，即设计6μm×6μm的波导通道就需要厚度为6μm的芯层，从而保证光波导器件的性能最佳。在本专利技术的一种优选实施方式中，底包层为掺杂硼烷与磷烷的二氧化硅，其中所述硼烷与二氧化硅的质量比为1-3:100，所述磷烷与二氧化硅的质量比为1-3:100。在本专利技术中，底包层中硼烷与二氧化硅的典型但非限制性的质量比为1:100、1.1:100、1.2:100、1.3:100、1.4:100、1.5:100、1.6:100、1.7:100、1.8:100、1.9:100、2:100、2.1:本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体硅基光波导器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(a)单面抛光硅片非抛光面淀积底包层；(b)在单面抛光硅片抛光面依次层叠淀积下包层、芯层以及掩膜层；(c)刻蚀芯层后形成波导通道并去除掩膜层；(d)在刻蚀后的芯层上淀积上包层，即得到半导体硅基光波导器件；优选地，所述掩膜层为金属掩膜层。

【技术特征摘要】
1.一种半导体硅基光波导器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(a)单面抛光硅片非抛光面淀积底包层；(b)在单面抛光硅片抛光面依次层叠淀积下包层、芯层以及掩膜层；(c)刻蚀芯层后形成波导通道并去除掩膜层；(d)在刻蚀后的芯层上淀积上包层，即得到半导体硅基光波导器件；优选地，所述掩膜层为金属掩膜层。2.根据权利要求1所述的半导体硅基光波导器件的制备方法，其特征在于，所述芯层为掺杂锗烷的二氧化硅，其中所述锗烷与二氧化硅的质量比为1-3:100，优选为1.8:100；优选地，芯层的厚度为5.5-6.5μm。3.根据权利要求1所述的半导体硅基光波导器件的制备方法，其特征在于，所述底包层为掺杂硼烷与磷烷的二氧化硅，其中所述硼烷与二氧化硅的质量比为1-3:100，所述磷烷与二氧化硅的质量比为1-3:100；优选地，所述硼烷与二氧化硅的质量比为1.7:100，所述磷烷与二氧化硅的质量比为1.9:100。4.根据权利要求1所述的半导体硅基光波导器件的制备方法，其特征在于，所述下包层为掺杂硼烷与磷烷的二氧化硅，其中所述硼烷与二氧化硅的质量比为1-3:100，所述磷烷与二氧化硅的质量比为1-3:100；优选地，所述硼烷与二氧化硅的质量比为1.7:100，所述磷烷与二氧化硅的质量比为1.9:100。5.根据权利要求1所述的半导体硅基光波导器件的制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙喆禹，邢文超，孙宣，夏忠财，杨寿国，
申请(专利权)人：吉林华微电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：吉林,22