衍射型光阵列波导光栅及其制备方法技术

本发明专利技术提供衍射型光阵列波导光栅及其制备方法，涉及衍射光栅技术领域，该衍射型光阵列波导光栅及其制备方法，包括光栅基材，所述光栅基材的表面形成有多个凸棱，多个所述凸棱相互平行且等间距设置，相邻的两个凸棱之间形成凹槽，多个所述凹槽中的每个凹槽的深宽比大于或等于7:1，凹槽的宽度范围为15nm至95nm。本发明专利技术提供的光栅的凹槽的宽度较小，介于15nm至95nm，深宽比较大，大于等于7:1，因此本发明专利技术提供的光栅为高密度、高深宽比的亚波长光栅，其衍射效率高，且该种光栅的凹槽的侧壁光滑、陡直，因此其散射小，使其在光谱仪器、特种干涉仪、光盘技术和光互联领域具有较好的应用。

【技术实现步骤摘要】
衍射型光阵列波导光栅及其制备方法
本专利技术涉及衍射光栅
，具体为衍射型光阵列波导光栅及其制备方法。
技术介绍
亚波长光栅是半导体工业以及精密仪器中最常用到的光学器件之一，亚波长光栅是指光栅的结构特征尺寸与工作波长相当或更小，制备高密度、亚波长、高占空比的亚波长石英光栅非常困难，需要应用到的刻蚀技术有电子束刻蚀、聚焦离子束刻蚀、深紫外光刻、光全息刻蚀以及纳米压印技术，其中深紫外光刻方法有着衍射极限的问题，此外上述方法都有诸如成本太高，不能工业化生产等问题，石英光栅包括一石英基底，该石英基底的一表面上形成有多个凹槽，可以通过反应离子刻蚀方法实现对石英基底的刻蚀形成所述多个凹槽，现有技术中采用RIE技术刻蚀石英基底的过程中，多采用四氟化碳、三氟甲烷六氟化硫作为刻蚀气体对石英基底进行刻蚀，然而，RIE方法在刻蚀过程中，刻蚀气体SF6容易与石英基底发生反应生成氟硅碳化合物，该种氟硅碳化合物附着在石英基底的表面形成保护层，并阻隔刻蚀气体与石英基底接触，使刻蚀反应难以进行下去。
技术实现思路
(一)解决的技术问题针对现有技术的不足，本专利技术提供了衍射型光阵列波导光栅及其制备方法，解决
技术介绍
提出的问题。(二)技术方案为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：衍射型光阵列波导光栅及其制备方法，包括光栅基材，所述光栅基材的表面形成有多个凸棱，多个所述凸棱相互平行且等间距设置，相邻的两个凸棱之间形成凹槽，多个所述凹槽中的每个凹槽的深宽比大于或等于7:1，凹槽的宽度范围为15nm至95nm。优选的，所述光栅基材的材料包括氮化镓、砷化镓、氧化镁、硅、二氧化硅、氮化硅、石英、玻璃。优选的，多个所述凹槽中每个凹槽的深度范围175nm至700nm，多个所述凸棱中每个凸棱的宽度为15nm至90nm，所述凸棱与光栅基材一体成型。优选的，所述光栅的凹槽的宽度和凸棱的宽度之和为光栅的周期，所述周期的范围为90nm至420nm。优选的，包括以下步骤，Sp1：通入四氟化碳和氧气，四氟化碳和氧气的总体积流量为33sccm至150sccm，四氟化碳的体积流量的范围为15sccm至110sccm，氧气的体积流量的范围为3sccm至45sccm。Sp2：通入四氟化碳、六氟化硫以及氧气，刻蚀气体的等离子体的总体积流量的范围为25sccm至130sccm，六氟化硫的体积流量和四氟化碳的体积流量比例为1.5:1至3:1；Sp3：继续通入四氟化碳、六氟化硫以及氧气，四氟化碳的体积流量和六氟化硫的体积流量比例为1.5:1至9:1，四氟化碳的体积流量的范围为15sccm至120sccm，六氟化硫的体积流量的范围为10sccm至60sccm，氧气的体积流量为5sccm至55sccm。优选的，所述Sp1、Sp2中，刻蚀功率的范围为35瓦至180瓦，所述Sp3中，刻蚀功率的范围为20瓦到250瓦。优选的，所述Sp1中，刻蚀时间是2分钟至5分钟，所述Sp2中，刻蚀时间是2分钟至4.5分钟，所述Sp3中，刻蚀时间是0.5分钟至1分钟。优选的，所述Sp1中，刻蚀气体的等离子体形成的总压强的范围为0.5帕至6帕，所述Sp2中，刻蚀气体的等离子体的总压强为0.5帕至6帕，所述Sp3中，刻蚀气体的等离子体的总压强的范围为0.5帕到12帕。(三)有益效果本专利技术提供了衍射型光阵列波导光栅及其制备方法。具备以下有益效果：1、本专利技术，控制四氟化碳和氧气的总体积流量为33sccm至150sccm，四氟化碳的体积流量的范围为15sccm至110sccm，氧气的体积流量的范围为3sccm至45sccm，首先在基底的表面形成多个深度较浅的凹槽，确定光栅的占空比，如此有利于后期迅速加深凹槽的深度；2、本专利技术，通过控制刻蚀气体的总体积流量的范围为25sccm至130sccm，使刻蚀过程主要为沿着凹槽的深度方向刻蚀，较快的增加了凹槽的深度，保证了刻蚀精度和深宽比。3、本专利技术提供的光栅的凹槽的宽度较小，介于15nm至95nm，深宽比较大，大于等于7:1，因此本专利技术提供的光栅为高密度、高深宽比的亚波长光栅，其衍射效率高，且该种光栅的凹槽的侧壁光滑、陡直，因此其散射小，使其在光谱仪器、特种干涉仪、光盘技术和光互联领域具有较好的应用。附图说明图1为本专利技术的光栅结构示意图；图2为本专利技术的光栅截面示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例一：如图1、2所示，本专利技术实施例提供衍射型光阵列波导光栅，包括光栅基材，光栅基材的表面形成有多个凸棱，多个凸棱相互平行且等间距设置，相邻的两个凸棱之间形成凹槽，多个凹槽中的每个凹槽的深宽比大于或等于7:1，凹槽的宽度范围为15nm至95nm，光栅基材的材料包括氮化镓、砷化镓、氧化镁、硅、二氧化硅、氮化硅、石英、玻璃，多个凹槽中每个凹槽的深度范围175nm至700nm，多个凸棱中每个凸棱的宽度为15nm至90nm，凸棱与光栅基材一体成型，光栅的凹槽的宽度和凸棱的宽度之和为光栅的周期，周期的范围为90nm至420nm。如图1、2所示，具体参数，本专利技术实施例提供衍射型光阵列波导光栅，包括光栅基材，光栅基材的表面形成有多个凸棱，多个凸棱相互平行且等间距设置，相邻的两个凸棱之间形成凹槽，多个凹槽中的每个凹槽的深宽比等于7:1，凹槽的宽度范围为50nm，光栅基材的材料为石英，多个凹槽中每个凹槽的深度为300nm，多个凸棱中每个凸棱的宽度为50nm，凸棱与光栅基材一体成型，光栅的凹槽的宽度和凸棱的宽度之和为光栅的周期，周期为180nm。实施例二：本专利技术实施例提供衍射型光阵列波导光栅制备方法，包括以下步骤，Sp1：通入四氟化碳和氧气，四氟化碳和氧气的总体积流量为45sccm，四氟化碳的体积流量为38sccm，氧气的体积流量为7sccm。Sp2：通入四氟化碳、六氟化硫以及氧气，刻蚀气体的等离子体的总体积流量为50sccm，六氟化硫的体积流量和四氟化碳的体积流量比例为2:1；Sp3：继续通入四氟化碳、六氟化硫以及氧气，四氟化碳的体积流量和六氟化硫的体积流量比例为4:1，四氟化碳的体积流量为60sccm，六氟化硫的体积流量为15sccm，氧气的体积流量为8sccm。Sp1、Sp2中，刻蚀功率为40瓦，Sp3中，刻蚀功率为25瓦。Sp1中，刻蚀时间是2.5分钟，Sp2中，刻蚀时间是2分钟，Sp3中，刻蚀时间是0.6分钟。Sp1中，刻蚀气体的等离子体形成的总压强为3帕，Sp2中，刻蚀气体的等离子体的总压强为3帕，Sp3中，刻蚀气体的等离子体的总压强为8帕。实施例三：包括以下步骤，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.衍射型光阵列波导光栅，包括光栅基材，其特征在于：所述光栅基材的表面形成有多个凸棱，多个所述凸棱相互平行且等间距设置，相邻的两个凸棱之间形成凹槽，多个所述凹槽中的每个凹槽的深宽比大于或等于7:1，凹槽的宽度范围为15nm至95nm。/n

【技术特征摘要】
1.衍射型光阵列波导光栅，包括光栅基材，其特征在于：所述光栅基材的表面形成有多个凸棱，多个所述凸棱相互平行且等间距设置，相邻的两个凸棱之间形成凹槽，多个所述凹槽中的每个凹槽的深宽比大于或等于7:1，凹槽的宽度范围为15nm至95nm。


2.根据权利要求1所述的衍射型光阵列波导光栅，其特征在于：所述光栅基材的材料包括氮化镓、砷化镓、氧化镁、硅、二氧化硅、氮化硅、石英、玻璃。


3.根据权利要求1所述的衍射型光阵列波导光栅，其特征在于：多个所述凹槽中每个凹槽的深度范围175nm至700nm，多个所述凸棱中每个凸棱的宽度为15nm至90nm，所述凸棱与光栅基材一体成型。


4.根据权利要求1所述的衍射型光阵列波导光栅，其特征在于：所述光栅的凹槽的宽度和凸棱的宽度之和为光栅的周期，所述周期的范围为90nm至420nm。


5.衍射型光阵列波导光栅的制备方法，其特征在于：包括以下步骤，
Sp1：通入四氟化碳和氧气，四氟化碳和氧气的总体积流量为33sccm至150sccm，四氟化碳的体积流量的范围为15sccm至110sccm，氧气的体积流量的范围为3sccm至45sccm。
Sp2：通入四氟化碳、六氟化硫以...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐来，周大海，徐炎，
申请(专利权)人：武汉永鼎光电子技术有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42