[实用新型]一种基于PLC技术的阵列波导光栅结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及半导体技术领域，具体地，涉及一种基于PLC技术的阵列波导光栅结构。

背景技术

基于平面光波导（Planar Lightwave Circuit，简称PLC）技术开发的光器件，在光网络的组网中占据重要地位。波分复用（Waveguide Division Multiplexing，简称WDM）系统是当前最常见的光层组网技术，它通过复用/解复用器实现多路信号传输。而采用PLC技术制作的阵列波导光栅（Arrayed Wave-guide Grating，简称AWG），是应用于光网络中的支撑技术——波分复用的重要器件。

阵列波导光栅是最早将PLC技术商品化的元器件之一。它是基于干涉原理形成的波分复用器件，通过集成的AWG可以实现波长复用和解复用，这种技术已被用于密集波分复用（DWDM）系统中。目前DWDM器件有多种实现方案，其做法一般为在硅晶圆上沉积二氧化硅膜层，再利用光刻工艺（Photolithography）及反应式离子蚀刻法（RIE）制作出AWG。该类器件通路数大、紧凑、易于批量生长，由于AWG采用与一般半导体相同的制作过程，多通道数与低通道数的制作成本相差不多，但更适合生长，而且整合度较高，因此应用在DWDM上具有相当的潜力。

目前，工业界制造平面光波导型AWG使用最普遍、发展最为成熟的技术平台是硅片上生长二氧化硅（silica-on-silicon）的方法。

Silica-on-silicon技术平台是在硅晶圆基片上，首先利用热氧化法生长出二氧化硅的下包层， 然后用半导体工业中已经成熟的离子增强化学气相沉积工艺（PECVD）生长出波导芯层和上包层。但在硅晶圆上通过热氧化法生长二氧化硅（也叫热氧化硅）的下包层，不仅时间长，而且造价高。另外，由于热氧化硅的热膨胀系数与芯层及硅基片的膨胀系数相差较大，层间之间产生的应力也相对较大，形成器件的偏振相关损耗（PDL）也较大，直接影响了器件的性能。

制备二氧化硅下包层的工艺有很多种，如火焰水解法（FHD）、化学气相沉积法（CVD）、溶胶凝胶法（Sol-Gel）和热氧化法（thermal oxide）等。目前，工业界最常用的是热氧化法。热氧化法是在升温环境下，通过外部供给高纯氧使之与硅衬底反应，得到热生长的氧化层。通过热氧化法得到的波导膜虽然致密性和均匀性好，但是由于热氧化成膜速度很慢，生长周期较长，生长成本较高；而且其与硅衬底、上包层材料的热膨胀系数相差较大，层间产生的应力较大，使得器件的偏振相关损耗变大，极大地影响了产品性能。

在实现本实用新型的过程中，发明人发现现有技术中至少存在生长周期长、成本高和产品性能差等缺陷。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，针对上述问题，提出一种基于PLC技术的阵列波导光栅结构，以实现生长周期短、成本低和产品性能好的优点。

本实用新型的另一目的在于，提出一种基于PLC技术的阵列波导光栅结构的制作方法。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种基于PLC技术的阵列波导光栅结构，包括自下向上依次叠置的衬底、下包层和上包层，以及轴向嵌入在所述上包层内部、且靠近下包层和上包层的连接处设置的波导芯。

进一步地，所述衬底包括硅衬底。

进一步地，所述下包层包括掺杂B、P的二氧化硅层。

进一步地，所述波导芯包括掺杂Ge的二氧化硅层。

进一步地，所述上包层包括高掺杂B、P的二氧化硅层。

进一步地，所述波导芯的折射率，分别大于所述下包层和上包层的折射率。

进一步地，所述上包层的折射率，和下包层的折射率相同。

进一步地，所述上包层的二氧化硅层掺杂B、P的浓度，大于下包层的二氧化硅层掺杂B、P的浓度。

同时，本实用新型采用的另一技术方案是：用于制作以上所述的基于PLC技术的阵列波导光栅结构的方法；该一种基于PLC技术的阵列波导光栅结构的制作方法，包括：

选取衬底，在所选取的衬底上，采用离子增强化学气相沉积法（PECVD）工艺，沉积并生长掺杂硼（B）、磷（P）二氧化硅层，作为下包层；

在所述下包层上，生长波导芯层；在所述波导芯层上，预留具有预设形状的波导芯，并将除所述预设形状的波导芯之外的部分腐蚀掉，留下具有预设形状的波导芯；

在所述下包层和波导芯上，生长能够完全覆盖所述下包层和波导芯的高掺杂B、P二氧化硅层，作为上包层，即制得所需基于PLC技术的阵列波导光栅结构。

进一步地，所述衬底，包括硅衬底。