一种基于铌酸锂薄膜的光电器件及其制备方法技术

本申请提供一种基于铌酸锂薄膜的光电器件的制备方法，包括如下步骤：在铌酸锂薄膜上的涂布刻蚀图案中转层；对所述刻蚀图案中转层进行光刻、显影，得到要制作的波导的图案；继续刻蚀，在所述铌酸锂薄膜刻蚀出所述波导的图案。通过该制备方法制得的光电器件具有光传输一致性好，损耗低，集成度高的优点。本申请还提供一种基于铌酸锂薄膜的光电器件。

A photoelectric device based on lithium niobate film and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种基于铌酸锂薄膜的光电器件及其制备方法
本申请涉及基于铌酸锂薄膜的元器件制备
，尤其是涉及一种基于铌酸锂薄膜的光电器件及其制备方法。
技术介绍
铌酸锂被称为“光学硅”，是一种非常重要的晶体材料，在电光调制、非线性光学、声表面波、滤波等领域有大量的市场应用。同时它的内部缺陷和空位比较多，很容易通过掺杂一些其他粒子的方式来对材料进行改性，修正其物理参数，来拓宽它的应用范围。但是铌酸锂晶体在应用上有两个限制：一是很难长出与体块单晶性质一样的铌酸锂薄膜；二是铌酸锂晶体非常难刻蚀。因此目前市场上铌酸锂电光调制器中波导的制作方式基本都是基于传统的Ti扩散技术或者质子交换退火技术。这种方法得到的铌酸锂波导和周围介质的折射率差不超过0.02，对于在其中传输的光波是弱束缚，光的传输损耗会比较大。同时，这种方法得到的波导宽度一般都在10μm左右，器件的尺寸比较大，集成度并不高，不能充分发挥材料性能优势。
技术实现思路
本申请要解决的技术问题是提供一种基于铌酸锂薄膜的光电器件的制备方法，通过该制备方法制得的光电器件具有光传输一致性好，损耗低，集成度高的优点。本申请另一个要解决的技术问题是提供一种基于铌酸锂薄膜的光电器件。为解决上述技术问题，本申请的第一方面提供一种基于铌酸锂薄膜的光电器件制备方法，包括如下步骤：在铌酸锂薄膜上的涂布刻蚀图案中转层；对所述刻蚀图案中转层进行光刻、显影，得到要制作的波导的图案；继续刻蚀，在所述铌酸锂薄膜刻蚀出所述波导的图案。可选的，所述，在铌酸锂薄膜上的涂布刻蚀图案中转层，包括：在铌酸锂薄膜上的涂布光刻胶。可选的，在铌酸锂薄膜上的涂布光刻胶之前，还包括在铌酸锂薄膜上的沉积一层无定形硅。可选的，所述对所述刻蚀图案中转层进行光刻、显影，得到要制作的波导的图案，包括先用光刻机把要制备的波导图案在光刻胶上曝光，光刻胶被光照的区域发生化学反应；然后用显影剂将发生化学反应区域的材料去除掉，得到要制作的波导的图案。可选的，所述继续刻蚀，在所述铌酸锂薄膜刻蚀出所述波导的图案，包括：继续刻蚀，使得刻蚀过程中光刻胶的图案转移到硅表面；然后继续用硅作为掩膜，继续刻蚀，在铌酸锂薄膜上刻蚀出所述波导的图案。可选的，在所述铌酸锂薄膜刻蚀出所述波导的图案之后，还包括：去除掉残留的光刻胶和无定形硅，得到波导结构。可选的，在铌酸锂薄膜上的涂布刻蚀图案中转层之前，在铌酸锂薄膜的衬底上设置一层二氧化硅。可选的，在得到所述波导结构后，对波导结构的侧壁进行去毛刺处理。可选的，所述去毛刺处理的方法为热退火或腐蚀剂漂洗。此外，为解决上述技术问题，本申请的第二方面提供一种基于铌酸锂薄膜的光电器件，所述基于铌酸锂薄膜的光电器件是上述任一项所述制备方法制成，所述铌酸锂薄膜的光电器件包括铌酸锂基体部、及设于所述基体部之上的波导结构。在本申请中，一种基于铌酸锂薄膜的光电器件制备方法，包括如下步骤：在铌酸锂薄膜上的涂布刻蚀图案中转层；对所述刻蚀图案中转层进行光刻、显影，得到要制作的波导的图案；继续刻蚀，在所述铌酸锂薄膜刻蚀出所述波导的图案。本申请提供的方法是通过刻蚀工艺在铌酸锂薄膜上制作波导，这种波导与周围介质（如SiO2）的折射率差可以达到0.7，是紧束缚，光在其中传输时的一致性好，损耗低，同时波导尺寸可以与硅光波导相比拟，在0.4~0.6μm的量级。这样得到的器件集成度比较高，当它用来做电光调制器时，电极间间距可以做的更近，电光响应的效率会更高。另外这种方法制得的光电集成器件，其功耗一般都比较低，带宽也比较大，可以实现更多领域的应用。附图说明图1为本申请一种示例性实施例示出的一种基于铌酸锂薄膜的光电器件制备方法的逻辑流程图；图2为图1中各个步骤对应的铌酸锂薄膜刻蚀的各个阶段结构示意图；图3为通过本申请的制备方法制得光电器件与通过传统方法制得的光电器件的对比图；图4为通过传统方法制得的光电器件的折射率变化曲线图；图5为通过本申请的制备方法制得的光电器件的折射率变化曲线图；图6为采用本申请实施例中铌酸锂薄膜波导制备的波导耦合器的结构示意图；图7为采用本申请实施例中铌酸锂薄膜波导制备的几种环形谐振腔的结构示意图；图8为采用本申请实施例中铌酸锂薄膜波导制备的Y结分束器的结构示意图；图9为采用本申请实施例中铌酸锂薄膜波导制备的电光调制器的结构示意图。具体实施方式下面将详细地对实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下实施例中描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。仅是与权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的系统和方法的示例。在本申请的一种实施例中，如图1和图2所示，图1为本申请一种示例性实施例示出的一种基于铌酸锂薄膜的光电器件制备方法的逻辑流程图，图2为图1中各个步骤对应的铌酸锂薄膜刻蚀的各个阶段结构示意图。步骤S101，首先在清洗过的铌酸锂薄膜样品上沉积一层无定形硅，再涂布光刻胶。需要说的是，我们可以认为无定形硅和光刻胶，可以为一种用于刻蚀前的刻蚀图案中转层，在本申请中，用的无定形硅和光刻胶。本领域的技术人员容易理解，本申请能够用于刻蚀图案中转的材料并不限于无定形硅和光刻胶，其他能够实现刻蚀图案中转的材料也应该在本申请的保护范围之内。选取的未加工的铌酸锂薄膜样品如图2中a阶段所示。此时得到的加工后的铌酸锂薄膜如图2中b阶段所示，在b阶段中，无定形硅形成硅层102，光刻胶形成光刻胶层103。步骤S102，光刻，显影，得到要制作的波导图案。具体的，该步骤的具体过程为：先用光刻机把要制备的波导图案在光刻胶上曝光，光刻胶被光照的区域发生化学反应；然后用显影剂将发生化学反应区域的材料去除掉，得到要制作的波导的图案。此时得到的加工后的铌酸锂薄膜如图2中c阶段所示，在c阶段中，光刻胶层103被加工完成。步骤S103,继续刻蚀，在铌酸锂薄膜刻蚀出波导的图案。具体的，如图1所示，继续刻蚀，使得刻蚀过程中光刻胶的图案转移到硅表面；然后继续用硅作为掩膜，继续刻蚀，在铌酸锂薄膜上刻蚀出波导的图案。此时得到的加工后的铌酸锂薄膜如图2中d阶段所示，在d阶段中，硅层102级铌酸锂薄膜被加工完成。步骤S104,去除掉残留的光刻胶和无定形硅，得到波导结构101。此时得到的加工后的铌酸锂薄膜如图2中e阶段所示，在e阶段中，硅层102和光刻胶层103被清洗掉，得到铌酸锂薄膜形成的波导结构101。在上述实施例中，得到的波导结构101的侧壁，都会有些毛刺应力起伏，这些毛刺会导致光在其中传输时有较大的损耗。为了减少这种光损耗，就需要用一些后处理的方法，将本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于铌酸锂薄膜的光电器件制备方法，其特征在于，包括如下步骤：/n在铌酸锂薄膜上的涂布刻蚀图案中转层；/n对所述刻蚀图案中转层进行光刻、显影，得到要制作的波导的图案；/n继续刻蚀，在所述铌酸锂薄膜刻蚀出所述波导的图案。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于铌酸锂薄膜的光电器件制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
在铌酸锂薄膜上的涂布刻蚀图案中转层；
对所述刻蚀图案中转层进行光刻、显影，得到要制作的波导的图案；
继续刻蚀，在所述铌酸锂薄膜刻蚀出所述波导的图案。


2.如权利要求1所述的基于铌酸锂薄膜的光电器件制备方法，其特征在于，
所述，在铌酸锂薄膜上的涂布刻蚀图案中转层，包括：
在铌酸锂薄膜上的涂布光刻胶。


3.如权利要求2所述的基于铌酸锂薄膜的光电器件制备方法，其特征在于，
在铌酸锂薄膜上的涂布光刻胶之前，还包括
在铌酸锂薄膜上的沉积一层无定形硅。


4.如权利要求3所述的基于铌酸锂薄膜的光电器件制备方法，其特征在于，
所述对所述刻蚀图案中转层进行光刻、显影，得到要制作的波导的图案，包括
先用光刻机把要制备的波导图案在光刻胶上曝光，光刻胶被光照的区域发生化学反应；
然后用显影剂将发生化学反应区域的材料去除掉，得到要制作的波导的图案。


5.如权利要求4所述的基于铌酸锂薄膜的光电器件制备方法，其特征在于，
所述继续刻蚀，在所述铌酸锂薄膜刻蚀出所...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹志军，崔国新，许志城，
申请(专利权)人：南京南智先进光电集成技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32