一种片上集成波导的微盘腔及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种片上集成波导的微盘腔及其制备方法。该微盘腔包括：氧化硅片；氧化硅片包括硅基衬底和氧化硅半导体层；氧化硅半导体层包括功能区和非功能区；功能区包括波导结构、微盘结构及位于微盘结构内的第一开口；非功能区包括第二开口；微盘结构与第一开口构成微盘腔；第一扩展腔和第二扩展腔；第一扩展腔由第一开口沿垂直于硅基衬底所在平面的方向延伸至硅基衬底内；第二扩展腔由第二开口沿垂直于硅基衬底所在平面的方向延伸至硅基衬底内；第一扩展腔与第二扩展腔连通；波导结构和微盘结构在硅基衬底的垂直投影位于第一扩展腔和第二扩展腔组成的连通结构内。本发明专利技术实施例降低了光在波导结构中的传输损耗以及提高了微盘腔的品质因子。了微盘腔的品质因子。了微盘腔的品质因子。

【技术实现步骤摘要】
一种片上集成波导的微盘腔及其制备方法


[0001]本专利技术实施例涉及光学技术，尤其涉及一种片上集成波导的微盘腔及其制备方法。

技术介绍

[0002]光学微腔是能够将光束缚在一定大小的空间与时间内的一种微小器件，由于它拥有较高的品质因子Q和较小的模式体积，可极大地增强光与物质的相互作用。因此，光学微腔在非线性光学、激光器，相干光通讯，传感等方面发挥着重要的作用。而在光学微腔上集成用于耦合的光波导，将有效推进全光集成光子器件领域的发展。
[0003]现有技术中形成的片上集成波导的微盘腔的传输损耗较大。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种片上集成波导的微盘腔及其制备方法，降低了光在波导结构中的传输损耗以及提高了微盘腔的品质因子。
[0005]第一方面，本专利技术实施例提供了一种片上集成波导的微盘腔，该微盘腔包括：
[0006]氧化硅片；所述氧化硅片包括硅基衬底和氧化硅半导体层；
[0007]所述氧化硅半导体层包括功能区和非功能区；所述功能区包括波导结构、微盘结构及位于所述微盘结构内的第一开口；所述非功能区包括第二开口；所述微盘结构与所述第一开口构成微盘腔；
[0008]第一扩展腔和第二扩展腔；所述第一扩展腔由所述第一开口沿垂直于所述硅基衬底所在平面的方向延伸至所述硅基衬底内；所述第二扩展腔由所述第二开口沿垂直于所述硅基衬底所在平面的方向延伸至所述硅基衬底内；所述第一扩展腔与所述第二扩展腔连通；所述波导结构和所述微盘结构在所述硅基衬底的垂直投影位于所述第一扩展腔和所述第二扩展腔组成的连通结构内。
[0009]可选的，所述功能区的非开口位置处的所述氧化硅半导体层的厚度大于所述非功能区的所述氧化硅半导体层的厚度。
[0010]可选的，所述波导结构为直线形波导结构；
[0011]或者，所述波导结构为弯曲型波导结构；所述弯曲形波导结构上的各个点到所述微盘结构的垂直距离为固定值。
[0012]可选的，所述波导结构和所述微盘结构的间隔距离L满足：0μm≤L≤10μm。
[0013]可选的，所述第一开口位于所述微盘结构的中心区域。
[0014]可选的，所述第二开口位于所述波导结构远离所述微盘结构的一侧。
[0015]可选的，所述第一扩展腔在所述硅基衬底与所述氧化硅半导体层的接触面处的尺寸大于所述第一开口的尺寸；
[0016]所述第二扩展腔在所述硅基衬底与所述氧化硅半导体层的接触面处的尺寸大于所述第二开口的尺寸。
[0017]第二方面，本专利技术实施例还提供了一种片上集成波导的微盘腔的制备方法，该制备方法用于制备如第一方面所述的片上集成波导的微盘腔，所述制备方法包括：
[0018]提供一氧化硅片；所述氧化硅片包括硅基衬底和氧化硅半导体层；所述氧化硅半导体层包括功能区和非功能区；
[0019]采用干法刻蚀工艺刻蚀所述氧化硅半导体层的所述非功能区，以使所述氧化硅半导体层的所述功能区形成波导结构和微盘结构；
[0020]采用干法刻蚀工艺刻蚀所述微盘结构内的氧化硅半导体层以及部分所述非功能区的所述氧化硅半导体层，以在所述微盘结构内形成第一开口以及在所述非功能区中形成第二开口；所述微盘结构与所述第一开口构成微盘腔；
[0021]分别以所述第一开口结构和所述第二开口结构为掩膜刻蚀所述硅基衬底，以形成第一扩展腔和第二扩展腔；所述第一扩展腔与所述第二扩展腔连通；所述波导结构和所述微盘结构在所述硅基衬底的垂直投影位于所述第一扩展腔和所述第二扩展腔组成的连通结构内。
[0022]可选的，分别以所述第一开口结构和所述第二开口结构为掩膜刻蚀所述硅基衬底，以形成第一扩展腔和第二扩展腔，包括：
[0023]分别以所述第一开口结构和所述第二开口结构为掩膜，采用刻蚀工艺刻蚀所述硅基衬底，以形成第一扩展腔和第二扩展腔；所述第一扩展腔在所述硅基衬底与所述氧化硅半导体层的接触面处的尺寸大于所述第一开口的尺寸；所述第二扩展腔在所述硅基衬底与所述氧化硅半导体层的接触面处的尺寸大于所述第二开口的尺寸；
[0024]其中，所述刻蚀工艺的反应物包括二氟化氙、或者氢氧化钾、或者氢氧化四甲基氨、或硝酸、氢氟酸和醋酸混合液中的至少一种。
[0025]可选的，所述干法刻蚀工艺包括反应等离子刻蚀工艺或者电感耦合等离子刻蚀工艺。
[0026]本技术方案通过设置第二扩展腔，减少光在硅基衬底中的输出损耗，从而降低了光在氧化硅波导结构中的传输损耗；同时通过设置第一扩展腔，减少由波导结构耦合至微盘腔内的光在硅基衬底中的输出损耗，提升了微盘腔的品质因子，这样提升了整个片上集成波导的微盘腔输出光的功率，解决了现有技术中片上集成波导的微盘腔的传输损耗较大的问题，有利于其在非线性方面的应用。
附图说明
[0027]图1是本专利技术实施例提供的一种片上集成波导的微盘腔的结构示意图；
[0028]图2是本专利技术实施例提供的一种片上集成波导的微盘腔的俯视结构示意图；
[0029]图3是沿图2中A
’
B
’
剖面线得到的片上集成波导的微盘腔的剖面结构示意图；
[0030]图4是本专利技术实施例提供的另一种片上集成波导的微盘腔的俯视结构示意图；
[0031]图5是本专利技术实施例提供的一种片上集成波导的微盘腔的制备方法的流程示意图；
[0032]图6
‑
11是本专利技术实施例提供的一种片上集成波导的微盘腔的工艺制备过程图。
具体实施方式
[0033]下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本专利技术，而非对本专利技术的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本专利技术相关的部分而非全部结构。
[0034]图1是本专利技术实施例提供的一种片上集成波导的微盘腔的结构示意图，图2是本专利技术实施例提供的一种片上集成波导的微盘腔的俯视结构示意图；图3是沿图2中A
’
B
’
剖面线得到的片上集成波导的微盘腔的剖面结构示意图；如图1
‑
3所示，该微盘腔包括：氧化硅片10；氧化硅片10包括硅基衬底11和氧化硅半导体层12；氧化硅半导体层12包括功能区A和非功能区B；功能区A包括波导结构121、微盘结构122及位于微盘结构122内的第一开口123；非功能区B包括第二开口124；微盘结构122与第一开口123构成微盘腔125；第一扩展腔111和第二扩展腔112；第一扩展腔111由第一开口123沿垂直于硅基衬底11所在平面的方向延伸至硅基衬底11内；第二扩展腔112由第二开口124沿垂直于硅基衬底11所在平面的方向延伸至硅基衬底11内；第一扩展腔111与第二扩展腔112连通；波导结构121和微盘结构122在硅基衬底11的垂直投影位于第一扩展腔111和第二扩展腔112组成的连通结构内。
[0035]其中，片上集成波导的微盘腔是先将光经过波导结构121耦合至微盘腔1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种片上集成波导的微盘腔，其特征在于，包括：氧化硅片；所述氧化硅片包括硅基衬底和氧化硅半导体层；所述氧化硅半导体层包括功能区和非功能区；所述功能区包括波导结构、微盘结构及位于所述微盘结构内的第一开口；所述非功能区包括第二开口；所述微盘结构与所述第一开口构成微盘腔；第一扩展腔和第二扩展腔；所述第一扩展腔由所述第一开口沿垂直于所述硅基衬底所在平面的方向延伸至所述硅基衬底内；所述第二扩展腔由所述第二开口沿垂直于所述硅基衬底所在平面的方向延伸至所述硅基衬底内；所述第一扩展腔与所述第二扩展腔连通；所述波导结构和所述微盘结构在所述硅基衬底的垂直投影位于所述第一扩展腔和所述第二扩展腔组成的连通结构内。2.根据权利要求1所述的片上集成波导的微盘腔，其特征在于，所述功能区的非开口位置处的所述氧化硅半导体层的厚度大于所述非功能区的所述氧化硅半导体层的厚度。3.根据权利要求1所述的片上集成波导的微盘腔，其特征在于，所述波导结构为直线形波导结构；或者，所述波导结构为弯曲型波导结构；所述弯曲形波导结构上的各个点到所述微盘结构的垂直距离为固定值。4.根据权利要求3所述的片上集成波导的微盘腔，其特征在于，所述波导结构和所述微盘结构的间隔距离L满足：0μm≤L≤10μm。5.根据权利要求1所述的片上集成波导的微盘腔，其特征在于，所述第一开口位于所述微盘结构的中心区域。6.根据权利要求1所述的片上集成波导的微盘腔，其特征在于，所述第二开口位于所述波导结构远离所述微盘结构的一侧。7.根据权利要求1所述的片上集成波导的微盘腔，其特征在于，所述第一扩展腔在所述硅基衬底与所述氧化硅半导体层的接触面处的尺寸大于所述第一开口的尺寸；所述第二扩展腔在所述硅基衬底与所述氧化硅半导体层的接触面处的尺寸...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜校顺，顾佳新，李知轩，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：