【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及半导体，特别是涉及一种集成光栅和铌酸锂薄膜波导的方法。
技术介绍
1、布拉格光栅（dbr）是功能光学器件的基本组成部分，在各种光子平台（光纤、硅和其他半导体）具有通信、激光和传感等多种应用。布拉格光栅和铌酸锂（linbo3，ln）等材料的非线性光学和电光特性组合在一起时尤其具备独特的性能。诸如频率转换，光切换，调制器和量子光学器件可以极大地受益于在铌酸锂薄膜波导中嵌入布拉格光栅反射器和滤波器功能，因为这可以实现超紧凑的电调制光开关和调制器以及紧凑的非线性光学器件(例如光学参量振荡器)。
2、但是铌酸锂单晶材料无合适的晶格匹配dbr材料而且难以采用外延生长技术，因而无法像砷化镓或磷化铟材料可通过底部光栅刻蚀和二次外延技术实现例如光通市场广泛应用的砷化镓或磷化铟dfb激光器。目前，光栅和铌酸锂薄膜波导的集成制作技术主要有以下几种方法:
3、1)钛扩散折射、质子交换折射、飞秒激光注入或表面沉积异质材质光栅, (见ieeephotonics and technology letters, vol. 14,2002, pp. 1430-1432, appliedphysics b vol. 106, 2021, pp. 51-56, electronic letters vol. 35, 1999, pp.1636 和 journal of optics a, vol. 2, 2000, pp. 481-487 )。这些方法虽然相对易于实现，但是它们的共同缺点是折射系数差异很小，耦合效率低，不能制成紧
4、2)在波导上刻蚀光栅, (见optics letters, vol. 39, 2014, pp. 371-374)。这种方法采用离子束刻蚀在钛扩散的波导上深度刻蚀光栅，利用空气和铌酸锂的折射系数差别，数个光栅对可达到>50%的反射率从而使器件更为紧凑。但是这种方法对光栅的刻蚀角度要求非常高，在刻蚀理想角度90°条件下，大于90±2°的角度会导致波导光通的完全损失。无法达到规模化生产的条件。
5、3)在脊波导的侧面刻蚀光栅, (见acs photonics, vol.8, 2021, pp. 2923-2930)。 由于脊波导的顶部光栅和光波耦合效率低, 这种方法采用电子束光刻波导形成锯齿形边缘，随后的离子束刻束在波导的侧面形成光栅，但是这种方法生产成本昂贵，效率低下，而且其传输损耗高达2.9db/cm，只能用在极短的波导器件上。
技术实现思路
1、本申请的目的是提出一种光栅和波导集成器件中的铌酸锂薄膜光栅和波导的集成方法。采用这种方法可以降低当前光栅和铌酸锂薄膜波导集成制作的难度，由于不需要在脊波导上形成光栅，在铌酸锂薄膜波导底部形成的高对比度光栅，在获得高反射的同时可以将传输损耗降低至0.1db/cm以下，改善器件的光电性能，例如提高频率转换效率，调制器的强度调制效率，以及波导器件的电光效果。该方法可以广泛应用于非线性材料的光电器件制作中，例如超紧凑的电调制光开关和调制器以及紧凑的非线性光学参量振荡器。
2、本申请提出一种集成光栅和铌酸锂薄膜波导的方法，包括如下步骤：
3、在第一晶圆的第一铌酸锂薄膜上用光刻形成光栅图案，并通过刻蚀形成光栅层；
4、在所述光栅层上沉积第一介质膜并进行化学机械抛光；
5、对第二晶圆的第二铌酸锂薄膜进行离子注入，并在经过离子注入的所述第二铌酸锂薄膜上沉积第二介质膜并进行化学机械抛光；
6、将所述第一晶圆的第一介质膜一侧和所述第二晶圆的第二介质膜一侧进行键合，并同时将所述第二铌酸锂从所述第二晶圆上剥离；
7、对剥离后的所述第二铌酸锂薄膜进行刻蚀以使得所述第二铌酸锂薄膜表面平坦化；
8、在所述第二铌酸锂薄膜表面沉积铬金属以作为脊刻蚀的掩模；
9、对所述第二铌酸锂薄膜进行光刻，并通过刻蚀形成脊波导；
10、在所述脊波导上沉积第三介质膜，然后在所述脊波导的两边沉积电极。
11、可选的，所述第一铌酸锂薄膜厚度为300-900nm，所述光栅层刻蚀深度为20-500nm。
12、可选的，所述第一介质膜厚度不小于所述光栅层厚度的三倍。
13、可选的，在所述光栅层上沉积第一介质膜并进行化学机械抛光步骤之后，所述第一介质膜厚度大于100nm；
14、在经过离子注入的所述第二铌酸锂薄膜上沉积第二介质膜并进行化学机械抛光步骤之后，所述第二介质膜厚度大于100nm。
15、可选的，在对所述第二晶圆的第二铌酸锂薄膜进行离子注入步骤中，离子注入深度在0.3-20 um之间。
16、可选的，将所述第一晶圆的第一介质膜一侧和所述第二晶圆的第二介质膜一侧进行键合步骤后，所述第一介质膜和所述第二介质膜总厚度200-1000nm之间。
17、可选的，所述第一晶圆的铌酸锂薄膜为硅基铌酸锂薄膜。
18、可选的，所述光刻为电子束光刻。
19、可选的，所述蚀刻为感应耦合电浆蚀刻。
20、可选的，所述第一介质膜和所述第二介质膜为二氧化硅介质膜。
21、本申请还提出了一种集成光栅和铌酸锂薄膜波导的方法，包括如下步骤：
22、（1）在a硅基铌酸锂薄膜晶圆上用电子束光刻形成光栅图案，随后采用感应耦合电浆蚀刻在铌酸锂薄膜上刻蚀光栅结构形成光栅层；
23、（2）在铌酸锂光栅上沉积二氧化硅介质膜并进行化学机械抛光以使表面平坦化并降低表面粗糙度以便与b晶圆铌酸锂薄膜波导层的键合；
24、（3）在已经过离子注入的铌酸锂晶圆b上沉积二氧化硅介质膜并进行化学机械抛光以降低表面粗糙度，并将其与有光栅层的晶圆a键合，其表面形成sio2-sio2键合并加热至>220c；以加强键合强度并实现离子注入铌酸锂单晶薄膜的剥离；
25、（4）采用氩离子刻蚀已剥离的铌酸锂薄膜表面以降低其表面粗糙度，然后在其表面沉积铬金属薄膜作为脊刻蚀的掩模，在光刻图案化后用感应耦合电浆蚀刻在铌酸锂薄膜上刻蚀脊波导；
26、（5）在铌酸锂薄膜脊波导上沉积二氧化硅介质膜，然后在脊的两边沉积所需的电极,形成集成光电器件。
27、其中所述的；其中在a硅基铌酸锂薄膜上形成光栅结构，铌酸锂薄膜的厚度为300-900nm，光栅的刻蚀深度为20-500nm，形成铌酸锂波导的底部光栅结构。
28、其中另一b铌酸锂晶圆经过离子注入工艺过程，离子注入破坏层深度可介于0.3-20um。
29、其中采用本申请制作集成铌酸锂波导器件时，在a晶圆光栅层上沉积大于3倍光栅刻蚀深度的二氧化硅介质膜并以化学机械抛光的手段去除光栅造成的波形轮廓，使二氧化硅表面平坦化，同时达到表面粗糙度小于1nm（rms）。
30、其中采用本申请制作集成铌酸锂波导器件时，在b铌酸本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种集成光栅和铌酸锂薄膜波导的方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的集成光栅和铌酸锂薄膜波导的方法，其特征在于，所述第一铌酸锂薄膜厚度为300-900nm，所述光栅层刻蚀深度为20-500nm。
3.根据权利要求1所述的集成光栅和铌酸锂薄膜波导的方法，其特征在于，所述第一介质膜厚度不小于所述光栅层厚度的三倍。
4.根据权利要求1所述的集成光栅和铌酸锂薄膜波导的方法，其特征在于，
5.根据权利要求1所述的集成光栅和铌酸锂薄膜波导的方法，其特征在于，在对所述第二晶圆的第二铌酸锂薄膜进行离子注入步骤中，离子注入深度在0.3-20 um之间。
6.根据权利要求1所述的集成光栅和铌酸锂薄膜波导的方法，其特征在于，
7.根据权利要求1所述的集成光栅和铌酸锂薄膜波导的方法，其特征在于，所述第一晶圆的铌酸锂薄膜为硅基铌酸锂薄膜。
8.根据权利要求1所述的集成光栅和铌酸锂薄膜波导的方法，其特征在于，所述光刻为电子束光刻。
9.根据权利要求1所述的集成光栅和铌酸锂薄膜波导的方法，所
10.根据权利要求1所述的集成光栅和铌酸锂薄膜波导的方法，所述第一介质膜和所述第二介质膜为二氧化硅介质膜。
...【技术特征摘要】
1.一种集成光栅和铌酸锂薄膜波导的方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的集成光栅和铌酸锂薄膜波导的方法，其特征在于，所述第一铌酸锂薄膜厚度为300-900nm，所述光栅层刻蚀深度为20-500nm。
3.根据权利要求1所述的集成光栅和铌酸锂薄膜波导的方法，其特征在于，所述第一介质膜厚度不小于所述光栅层厚度的三倍。
4.根据权利要求1所述的集成光栅和铌酸锂薄膜波导的方法，其特征在于，
5.根据权利要求1所述的集成光栅和铌酸锂薄膜波导的方法，其特征在于，在对所述第二晶圆的第二铌酸锂薄膜进行离子注入步骤...
【专利技术属性】
技术研发人员：张岚，潘振辉，许明，
申请(专利权)人：平湖科谱激光科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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