一种铌酸锂薄膜脊型波导调制器及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种铌酸锂薄膜脊型波导调制器及其制备方法，该方法包括：提供一铌酸锂薄膜晶圆；在薄膜上涂覆光刻胶和导电胶；进行电子束曝光处理，在所述光刻胶中形成金属标记凹槽、第一波导凹槽和第二波导凹槽；显影处理；金属电镀处理，在相应凹槽中生成金属标记和波导结构硬掩膜；利用掩膜对薄膜进行刻蚀得到第一、第二波导；去除波导结构硬掩膜，然后涂覆导电胶，以金属标记为套刻标记进行曝光、显影处理，电镀处理分别形成三个金属电极，得到脊型波导；沉积保护层以及在脊型波导上耦合光纤，得到铌酸锂薄膜脊型波导调制器。本发明专利技术只需一步套刻法，就能制备出调制器，支持使用成本相对低很多的普通曝光胶，大大降低工艺复杂度和成本、更节能。更节能。更节能。

【技术实现步骤摘要】
一种铌酸锂薄膜脊型波导调制器及其制备方法


[0001]本专利技术适用于光通信器件领域，尤其涉及一种铌酸锂薄膜脊型波导调制器及其制备方法。

技术介绍

[0002]目前，X切铌酸锂调制器由于具备大带宽、零啁啾、优异的温度稳定性及低直流漂移等特性，在长距离光通信领域得到了广泛应用。在X切铌酸锂晶体或微米薄膜高速调制器的设计和加工中，由于铌酸锂材料在光波段的相对介电常数和微波段差异较大（光波段
ϵ
x,z=4.6，4.9；微波段
ϵ
x,z=44，28），需要使用氧化硅缓冲层、厚金电极降低微波有效折射率，从而使光学与微波相速度近似相等，提高调制带宽和速率。由于电极间距（15～35μm）较宽，波导离电极火线（hot electrode）较远，导致光波与微波的相互作用减弱，重叠积分较小，造成调制半波电压较高，典型值6
‑
8V，并且，这个半波电压太高，无法满足电压要求。
[0003]为了减小调制半波电压，现有技术中通过EBL（电子束曝光）高精度对准制备得到的纳米级铌酸锂薄膜电光调制器，其半波电压小于2V，但制备工艺需要两步套刻（即先曝光做标记，再进行波导制作），而且需要用昂贵的电子束曝光胶（HSQ），成本高且成品率较低。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术实施例提供了一种铌酸锂薄膜脊型波导调制器及其制备方法，以解决现有调制器的制备工艺复杂、制备成品效率较低的问题。
[0005]第一方面，提供一种铌酸锂薄膜脊型波导调制器的制备方法，所述制备方法包括：提供一铌酸锂薄膜晶圆；在所述铌酸锂薄膜晶圆的铌酸锂薄膜上涂覆光刻胶，在所述光刻胶上涂覆导电胶；对所述光刻胶进行电子束曝光处理，处理后在所述光刻胶中形成金属标记凹槽、第一波导凹槽和第二波导凹槽；显影处理，以去除所述光刻胶上多余的导电胶以及曝光后的光刻胶；进行金属电镀处理，在所述金属标记凹槽中生成金属标记，在所述第一波导凹槽和所述第二波导凹槽中生成波导结构硬掩膜；去除所述铌酸锂薄膜上的光刻胶；利用所述导结构硬掩膜对所述铌酸锂薄膜晶圆的铌酸锂薄膜进行刻蚀，得到位于所述波导结构硬掩膜下方的第一波导和第二波导；去除所述波导结构硬掩膜，去除所述金属标记上保护胶；在所述铌酸锂波导薄膜片上涂覆光刻胶，在所述光刻胶上涂覆导电胶；以金属标记为套刻标记，对所述光刻胶进行电子束曝光套刻处理；显影处理后，进行金属电镀处理，所述第一波导外侧形成第一金属电极，在所述第一波导和所述第二波导的一侧壁之间形成第二金属电极，在所述第二波导的另一侧壁旁边形成第三金属电极，得到铌酸锂薄膜调制器脊型波导；
在所述铌酸锂薄膜调制器脊型波导的上方沉积保护层，以及在所述铌酸锂薄膜调制器脊型波导上耦合光纤，得到铌酸锂薄膜脊型波导调制器。
[0006]可选的，所述光刻胶的材料为聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）。
[0007]可选的，在制备得到所述铌酸锂薄膜调制器脊型波导之前，还包括：利用数值仿真软件建立铌酸锂薄膜脊型波导的仿真模型，通过调整仿真模型中波导结构参数，确定铌酸锂薄膜脊型波导的优化结构；利用数值仿真软件建立铌酸锂薄膜脊型波导调制器的仿真模型，所述铌酸锂薄膜脊型波导调制器包括所述铌酸锂薄膜脊型波导和GSG对称型金属电极，通过调整仿真模型中的波导结构参数和电极结构参数，确定铌酸锂薄膜脊型波导调制器的最优结构。
[0008]可选的，确定铌酸锂薄膜脊型波导调制器的最优结构之后，还包括：按照所述最优结构中确定的波导结构参数和电极结构参数，制备得到铌酸锂薄膜脊型波导调制器；所述波导结构参数包括：所述第一波导和所述第二波导的宽度、所述铌酸锂薄膜脊型波导的脊型高度以及侧壁倾角；所述电极结构参数包括：所述第一金属电极、第二金属电极和第三金属电极的宽度。
[0009]可选的，在去除所述金属标记上保护胶之后，在所述铌酸锂薄膜晶圆的铌酸锂薄膜上涂覆光刻胶之前，还包括：利用RCA溶液进行清洗处理，用于清洗所述第一波导和所述第二波导。
[0010]去除所述金属标记上保护胶包括：利用NMP去胶液对所述金属标记上的保护胶进行处理，用于去除所述保护胶。
[0011]可选的，在去除所述波导结构硬掩膜之后，在形成第一金属电极、第二金属电极和第三金属电极之前，还包括：依次涂覆光刻胶，曝光处理，显影处理。
[0012]可选的，所述铌酸锂薄膜晶圆的铌酸锂薄膜采用X切型构造，铌酸锂薄膜的厚度为500nm
‑
800nm。
[0013]可选的，所述波导结构硬掩膜的材质为金属铬。
[0014]可选的，利用电子束蒸发方法或利用等离子体沉积方法，在所述铌酸锂薄膜调制器脊型波导的上方生长保护层。
[0015]第二方面，提供一种铌酸锂薄膜脊型波导调制器，所述铌酸锂薄膜脊型波导调制器包括：铌酸锂薄膜晶圆，所述铌酸锂薄膜晶圆的铌酸锂薄膜上分别间隔设置有金属标记、第一波导和第二波导；在位于所述第一波导外侧的铌酸锂薄膜上设置有第一金属电极，在位于所述第一波导和所述第二波导的一侧壁之间的铌酸锂薄膜上设置有第二金属电极，在所述第二波导的另一侧壁旁边的铌酸锂薄膜上设置有第三金属电极，得到铌酸锂薄膜调制器脊型波导；保护层，位于所述铌酸锂薄膜调制器脊型波导的上方；以及在所述铌酸锂薄膜调制器脊型波导前端和后端分别设置的耦合光纤；并且，所述铌酸锂薄膜脊型波导调制器通过如第一方面所述的制备方法得到。
[0016]本专利技术与现有技术相比存在的有益效果是：相比现有其他纳米级铌酸锂薄膜脊型波导需要两步套刻（先曝光做标记，套刻进
行波导制作，再套刻进行金属电极制作）的制备方法，而且需要用昂贵的电子束曝光胶；本专利技术的铌酸锂薄膜脊型波导调制器及其制备方法，只需一步套刻法，就可以制备出调制器，并且支持使用成本相对低很多的普通曝光胶，大大降低工艺复杂度和成本、更节能。此方法不仅减少了成本，并且在减少工艺步骤的同时，也减少了脏污引入的概率以及提高套刻精度。
附图说明
[0017]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0018]图1是本专利技术实施例一提供的一种铌酸锂薄膜脊型波导调制器的制备方法的流程示意图；图2是本专利技术实施例一提供的一种铌酸锂薄膜脊型波导调制器的制备方法工艺效果流程图；图3是本专利技术实施例二提供的一种铌酸锂薄膜脊型波导调制器的截面图；图4是本专利技术实施例二提供的一种铌酸锂薄膜脊型波导调制器的俯视图；附图标号：1、光刻胶；2、导电胶；3、铌酸锂薄膜；41、保护层、42、外延层；5、衬底；7、波导结构硬掩膜；8、保护胶；11、金属标记；21、第一波导；22、第二波导；31、第一金属电极；32、第二金属电极；33、第三金属电极。
具体实施方式
[0019]为了说明本专利技术的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铌酸锂薄膜脊型波导调制器的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：提供一铌酸锂薄膜晶圆；在所述铌酸锂薄膜晶圆的铌酸锂薄膜上涂覆光刻胶，在所述光刻胶上涂覆导电胶；对所述光刻胶进行电子束曝光处理，处理后在所述光刻胶中形成金属标记凹槽、第一波导凹槽和第二波导凹槽；显影处理，以去除所述光刻胶上多余的导电胶以及曝光后的光刻胶；进行金属电镀处理，在所述金属标记凹槽中生成金属标记，在所述第一波导和所述第二波导中生成波导结构硬掩膜；去除所述铌酸锂薄膜上的光刻胶；对所述金属标记进行涂覆保护胶处理；利用所述导结构硬掩膜对所述铌酸锂薄膜晶圆的铌酸锂薄膜进行刻蚀，得到位于所述波导结构硬掩膜下方的第一波导和第二波导；去除所述波导结构硬掩膜，去除所述金属标记上保护胶；在所述铌酸锂薄膜晶圆的铌酸锂薄膜上涂覆光刻胶，在所述光刻胶上涂覆导电胶；以所述金属标记为套刻标记，对所述光刻胶进行电子束曝光处理；显影处理后，进行金属电镀处理，在所述第一波导外侧形成第一金属电极，在所述第一波导和所述第二波导的一侧壁之间形成第二金属电极，在所述第二波导的另一侧壁旁边形成第三金属电极，得到铌酸锂薄膜调制器脊型波导；在所述铌酸锂薄膜调制器脊型波导的上方沉积保护层，以及在所述铌酸锂薄膜调制器脊型波导上耦合光纤，得到铌酸锂薄膜脊型波导调制器。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述光刻胶的材料为聚甲基丙烯酸甲酯。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在制备得到所述铌酸锂薄膜调制器脊型波导之前，还包括：利用数值仿真软件建立铌酸锂薄膜脊型波导的仿真模型，通过调整仿真模型中波导结构参数，确定铌酸锂薄膜脊型波导的优化结构；利用数值仿真软件建立铌酸锂薄膜脊型波导调制器的仿真模型，所述铌酸锂薄膜脊型波导调制器包括所述铌酸锂薄膜脊型波导和GSG对称型金属电极，通过调整仿真模型中的波导结构参数和电极结构参数，确定铌酸锂薄膜脊型波导调制器的最优结构。4.根据权利要求3所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨志远，汪斌，李鑫，陶艺，刘磊，郑名扬，刘洋，谢秀平，
申请(专利权)人：济南量子技术研究院，
类型：发明
国别省市：