平面光波导及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种平面光波导及其制备方法，该平面光波导包括由下至上依次层叠的基板、纳米热压印胶层、第一包层、波导芯层和第二包层；所述纳米热压印胶层的表面形成有多个凹槽；所述第一包层形成于所述凹槽的侧壁、底壁和所述纳米热压印胶层的上表面；所述波导芯层填充所述凹槽，并且与所述纳米热压印胶层之间由所述第一包层间隔开；所述第二包层作为所述平面光波导的外表面覆盖所述第一包层和所述波导芯层。本发明专利技术中的平面光波导通过在基板上设置纳米热压印胶层，并在纳米热压印胶层上形成波导芯层，能够避免使用刻蚀和离子扩散等传统工艺，降低工艺成本，减少污染，进一步推进PLC光器件产业的发展。PLC光器件产业的发展。PLC光器件产业的发展。

【技术实现步骤摘要】
平面光波导及其制备方法


[0001]本专利技术涉及半导体材料
，具体涉及一种平面光波导及其制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着光纤通信的投资方向由通信干线、局域网、专用网等向FTTP(Fibre To The Home)方向发展，FTTP的核心光器件—光分路器市场的春天也随之到来，市场需求不断扩大，国内外器件厂家一致看到这一市场。目前有两种类型光分路器可以满足分光的需要：一种是传统光器件厂家利用传统的拉锥耦合器工艺生产的熔融拉锥式光纤分路器(Fused Fiber Splitter)，一种是基于光学集成技术生产的平面光波导(PLC)分路器。PLC分路器是当今国内外研究的热点，具有很好的应用前景。
[0003]PLC光器件一般在六种材料上制作，它们是：铌酸锂(LiNbO3)、
Ⅲ‑Ⅴ
族半导体化合物、二氧化硅(SiO2)、SOI(Silicon
‑
on
‑
Insulator，绝缘体上硅)、聚合物(Polymer)和玻璃。以上六种常用的PLC光波导材料中，InP波导、二氧化硅波导、SOI波导和聚合物波导以刻蚀工艺制作，铌酸锂波导和玻璃波导以离子扩散工艺制作。
[0004]而在上述工艺中通常会用到刻蚀(ICP/RIE)和化学腐蚀等工艺，这些工艺不仅复杂，而且会产生大量的有毒有害物质。

技术实现思路

[0005]为了解决上述问题，本专利技术提供一种平面光波导及其制备方法，该平面光波导通过在基板上设置纳米热压印胶层，并在纳米热压印胶层上形成波导芯层，能够避免使用刻蚀和离子扩散等传统工艺，降低工艺成本，减少污染，进一步推进PLC光器件产业的发展。
[0006]为了实现上述目的，根据本专利技术的第一方面，提供了一种平面光波导。
[0007]该平面光波导包括由下至上依次层叠的基板、纳米热压印胶层、第一包层、波导芯层和第二包层；其中，
[0008]所述纳米热压印胶层的表面形成有多个凹槽；所述第一包层形成于所述凹槽的侧壁、底壁和所述纳米热压印胶层的上表面；所述波导芯层填充所述凹槽，并且与所述纳米热压印胶层之间由所述第一包层间隔开；所述第二包层作为所述平面光波导的外表面覆盖所述第一包层和所述波导芯层。
[0009]为了实现上述目的，根据本专利技术的第二方面，提供了一种平面光波导的制备方法。
[0010]该平面光波导的制备方法包括以下步骤：
[0011]提供基板；
[0012]在所述基板上涂覆纳米热压印胶层；
[0013]利用纳米热压印法在所述纳米热压印胶层表面压印形成多个凹槽；
[0014]在所述凹槽的侧壁、底壁和所述纳米热压印胶层的上表面形成第一包层，并且不完全填充所述凹槽；
[0015]在所述凹槽内填充芯层材料形成波导芯层；
[0016]形成第二包层，所述第二包层覆盖所述波导芯层和所述第一包层。
[0017]进一步的，所述纳米压印胶为SiO2微粉和聚酰亚胺溶液形成的混合物；其中，所述SiO2微粉的重量占所述SiO2微粉和所述聚酰亚胺溶液总重量的60～80％。
[0018]进一步的，所述纳米热压印法的工艺条件为：首先在压力15～20kPa，温度为110～150℃下保压20～30min；然后在压力20～25kPa，温度为260～280℃下保压20～30min完成固化压印；最后脱模得到所述多个凹槽。
[0019]进一步的，在所述凹槽内填充芯层材料形成波导芯层包括：
[0020]利用等离子化学气相沉积工艺在所述多个凹槽内填充芯层材料形成波导芯层；
[0021]对所述波导芯层进行抛光处理，以使位于所述凹槽结构内的所述波导芯层的上表面与覆盖在所述纳米热压印胶层的上表面的所述第一包层平齐。
[0022]进一步的，所述波导芯层所采用的等离子化学气相沉积的工艺条件为：在生长温度为250～400℃，气体流量为1000～2000sccm，混合气体中各组分的体积比为GeH4：SiH4：N2O＝(15～20)：(20～30)：(200～500)，射频功率为600～750W，压强为200～400mToor。
[0023]进一步的，利用等离子化学气相沉积工艺形成所述第一包层；
[0024]利用等离子化学气相沉积工艺形成所述第二包层。
[0025]进一步的，所述第一包层和所述第二包层所采用的等离子化学气相沉积的工艺条件均为：在生长温度为250～400℃，气体流量为1000～2000sccm，混合气体中各组分的体积比为B2H6：POCl3：SiH4：N2O＝(5～10)：(5～10)：(20～30)：(200～500)，射频功率为600～750W，压强为200～400mToor。
[0026]进一步的，所述芯层材料为掺杂锗的SiO2，所述第一包层和所述第二包层的材料均为磷和硼离子掺杂的SiO2；
[0027]所述波导芯层与所述第一包层的相对折射率差
△
，以及所述波导芯层与所述第二包层的相对折射率差
△
均为0～0.5％。
[0028]进一步的，所述基板的材料为金属、陶瓷、玻璃、单晶硅片中的一种。
[0029]本专利技术所选热压印胶具有热固性特征，其中，聚酰亚胺在高温聚合后能够耐400℃以上高温，具有很好的耐温特性；另外，SiO2微粉的加入能够进一步提高复合材料的致密性、耐温性以及化学稳定性，最高耐温可达到600℃以上。
[0030]相比传统的平面光波导制备方法，本专利技术具有如下优点：
[0031]第一、无需光刻、刻蚀(ICP/RIE)和化学腐蚀工艺等复杂工艺，制备方法更加简单，避免产生大量的有毒有害物质。
[0032]第二、基板不直接参与光波导芯片信号的传输，仅作为纳米压印图案的支撑材料，可选择金属、陶瓷、玻璃、单晶Si片中的任意一种，避免了光波导设计时的局限性。
[0033]第三、采用SiO2微粉和聚酰亚胺复合材料作为纳米热压印图案基材，具有致密性高、耐温性好以及良好的化学稳定性，能够耐600℃以上高温，有利于后续芯层及包层的化学气相沉积。
[0034]第四，采用纳米热压印与气相沉积技术相结合的方法制备平面光波导，不仅制备方法更加简单，而且也兼顾了各自的优势，对于进一步推进PLC光器件产业的发展具有重要意义。
附图说明
[0035]通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本专利技术的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
[0036]图1～图7为本专利技术实施例中平面光波导制备方法的流程示意图。
[0037]图中：
[0038]1、基板；2、纳米压印胶层；3、第一包层；4、波导芯层；5、第二包层。
具体实施方式
[0039]下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种平面光波导，其特征在于，包括由下至上依次层叠的基板、纳米热压印胶层、第一包层、波导芯层和第二包层；其中，所述纳米热压印胶层的表面形成有多个凹槽；所述第一包层形成于所述凹槽的侧壁、底壁和所述纳米热压印胶层的上表面；所述波导芯层填充所述凹槽，并且与所述纳米热压印胶层之间由所述第一包层间隔开；所述第二包层作为所述平面光波导的外表面覆盖所述第一包层和所述波导芯层。2.一种权利要求1所述的平面光波导的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：提供基板；在所述基板上涂覆纳米热压印胶层；利用纳米热压印法在所述纳米热压印胶层表面压印形成多个凹槽；在所述凹槽的侧壁、底壁和所述纳米热压印胶层的上表面形成第一包层，并且不完全填充所述凹槽；在所述凹槽内填充芯层材料形成波导芯层；形成第二包层，所述第二包层覆盖所述波导芯层和所述第一包层。3.根据权利要求2所述的平面光波导的制备方法，其特征在于，所述纳米压印胶为SiO2微粉和聚酰亚胺溶液形成的混合物；其中，所述SiO2微粉的重量占所述SiO2微粉和所述聚酰亚胺溶液总重量的60～80％。4.根据权利要求2或3所述的平面光波导的制备方法，其特征在于，所述纳米热压印法的工艺条件为：首先在压力15～20kPa，温度为110～150℃下保压20～30min；然后在压力20～25kPa，温度为260～280℃下保压20～30min完成固化压印；最后脱模得到所述多个凹槽。5.根据权利要求2所述的平面光波导的制备方法，其特征在于，在所述凹槽内填充芯层材料形成波导芯层包括：利用等离子化学气相沉积工艺在所述多个凹槽内填充芯层材料形成波导芯层；对所述波导芯层进行抛光处理，以使位于所述凹槽结...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐良，曹力力，蓝文安，刘圣龙，刘建哲，余雅俊，夏建白，李京波，
申请(专利权)人：浙江博蓝特半导体科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：