[发明专利]波导光开关及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种波导光开关，特别涉及一种三维垂直耦合型波导光开关及其制作方法。

背景技术

传统的波导光开关局限于二维平面集成结构，对微制作技术而言它能够实现较高的精确度。但是，在二维平面结构的波导光开关中，电极不能淀积在一个波导的正顶部，而且它也非常靠近另一个波导，因而电极会同时影响到两个波导，从而需要较高的电极驱动功率。

随着三维集成光学的发展，光电子领域科技工作者越来越多地关注三维垂直耦合型光波导器件的研究。(Keil N，Weinert C，Wirges W，et al.Thermo-optical coupler switches usinghybridpolymer/silicaintegration technology[J].Electron.Lett，2000，36(5)：430-431.)报道了一种混合式垂直耦合波导光开关，其采用四层膜结构，从基底硅片至金属电极依次为下波导芯层、垂直耦合层(公共包层)、上波导芯层、上波导上包层。下波导芯层包括下波导及下波导侧包层，上波导芯层包括上波导及上波导侧包层；下波导芯层、垂直耦合层(公共包层)、上波导芯层、上波导上包层选用的材料依次为二氧化硅(SiO₂)、硅(Si)、氟丙烯酸酯(fluoracrylate)、氟丙烯酸酯(fluoracrylate)。下波导为位于下波导侧包层内的矩形直波导，上波导为位于上波导侧包层内的矩形直波导，两者之间的相对夹角为0.4°。这种波导光开关由于下波导由二氧化硅构成，上波导是由聚合物组成，垂直耦合层(公共包层)由硅组成，因而存在制作工艺较复杂，制作成本高，开关驱动功率高，响应速度慢，消光比低，插入损耗大等缺点。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种制作工艺简单、制作成本低，并且开关驱动功率低、响应速度快、消光比高、插入损耗小的波导光开关及其制作方法。

本发明的波导光开关采用五层膜结构，从基底硅片至金属电极依次为下波导下包层、下波导芯层、垂直耦合层、上波导芯层、上波导上包层；其中下波导芯层包括下波导及下波导侧包层，上波导芯层包括上波导及上波导侧包层；下波导下包层、下波导侧包层、垂直耦合层、上波导侧包层、上波导上包层均采用聚酯类聚合物BCB；上波导和下波导均采用环化橡胶类聚合物Su8。

所述下波导下包层厚度为3～5μm；下波导芯层厚度为3.5～4.5μm；垂直耦合层厚度为1～2μm；上波导芯层厚度为3.5～4.5μm；上波导上包层厚度为3～5μm；上波导和下波导之间的夹角为0.2°～1.8°。

所述波导光开关制作方法具体包括以下步骤：

a、对基底硅片1表面进行常规清洁处理；

b、在步骤a处理过的基底表面上旋涂BCB作为下波导下包层2；旋涂采用匀胶机；匀胶机旋转速度为500～700转/分时旋涂5～9s，然后匀胶机旋转速度为1000～2000转/分时旋涂8～12s；

c、对经过步骤b得到的的片子进行坚膜处理；坚膜采用烘箱，对烘箱先抽真空，然后通入氮气；在常压氮气条件下，温度205～215℃时烘38～42分钟，自然降温至室温后取出片子；

d、在经过步骤c得到的片子上表面旋涂一层Su8，并进行前烘；旋涂采用匀胶机，匀胶机旋转速度为500～700转/分时旋涂5～7s，然后匀胶机旋转速度为4000～6000转/分时旋涂5～7s；前烘采用烘箱，在暗室中常压条件下，温度65～70℃时烘8～12分钟，然后温度95～100℃时烘8～12分钟，自然降温至室温后取出片子；

e、对经过步骤d得到的片子上表面进行光刻，刻出下波导7图形后进行显影和后烘；显影时间为25s～35s；后烘采用烘箱，在暗室中常压条件下，温度65～70℃时烘8～12分钟，然后温度95～100℃时烘8～12分钟，自然降温至室温后取出片子；

f、在经过步骤e得到的片子上表面旋涂一层BCB并进行坚膜处理；该BCB将下波导7包住，下波导7与下波导侧包层3构成下波导芯层，下波导芯层上表面的BCB为垂直耦合层4；旋涂采用匀胶机，匀胶机旋转速度为500～700转/分时旋涂5～9s，然后匀胶机旋转速度为2000～4000转/分时旋涂8～12s；坚膜采用烘箱，对烘箱先抽真空，然后通入氮气；在常压氮气条件下，温度205～215℃时烘38～42分钟，然后温度245～255℃时烘58～62分钟，自然降温至室温后取出片子；