[发明专利]硅基二氧化硅波导和探测器垂直耦合结构及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于光电集成以及光电探测技术领域，涉及一种硅基二氧化硅波导和探测器垂直耦合结构及其制备方法。

背景技术

集成光路在光通讯领域有广泛应用。通常情况下，为对波导内光强进行探测，需要利用光纤或透镜等结构，从波导出光面处耦合出光信号并使其进入探测器组件。

使用分立波导与探测器的方法集成度低，容易带来可靠性问题和体积问题。为解决上述问题，有相关的光电集成方法面世。如专利200410040306.6，给出了一种单片集成光电回路的制作方法，该方法在同一基片上同时制作光回路与探测器部分，再利用有机材料填充方法将光信号引出到探测器端。专利200910147801.X给出了一种利用绝缘体上硅制作相似光电集成结构的技术。上述光电集成方法解决了分立探测元件的可靠性问题，但成本较高，生产效率低。

上述光电集成方法将光从波导出光面耦合，该类方法存在如下不足：1.出光面端连接的光纤或者透镜增大了器件体积；2.出光面只能作为波导终端，使用该类耦合方法无法探测波导中传输光的信号。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：提供一种硅基二氧化硅波导和探测器垂直耦合结构及其制备方法，实现耦合结构的体积较小，且其出光面不仅能够作为波导终端，还能够探测波导中传输光的信号。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种硅基二氧化硅波导和探测器垂直耦合结构，其包括：衬底1、波导2、上包层3和探测器4；所述衬底1为硅衬底，其上形成波导2，波导2上形成上包层3，上包层3上待形成探测器4的位置通过去薄上包层3而形成凹陷，凹陷内形成波导本体电极5，探测器4光敏面使用导光树脂层6与波导2耦合，波导2中光的传输方向与探测器4光的引出方向垂直，探测器电极与波导本体电极5通过导电树脂层7相连。

其中，所述波导本体电极5上通过金丝压焊将探测器探测信号引出到管脚或者放大电路。

其中，所述波导2和探测器4分别独立制作，通过导光树脂和导电树脂实现耦合。

其中，所述衬底1包括硅衬底和形成在硅衬底上方的二氧化硅缓冲层，波导2形成在二氧化硅缓冲层上方。

其中，所述上包层3去薄需满足：当需要将光全部引出时，则将上包层去除至波导深度，如需要部分光引出时，则去除上包层的部分厚度。

本发明还提供了一种硅基二氧化硅波导和探测器垂直耦合结构的制备方法，其包括以下步骤：

步骤一：制作硅基二氧化硅波导；

步骤二：制作光电探测器；

步骤三：在波导本体上需要耦合探测器的位置局部去除波导上包层，形成凹陷；

步骤四：在去除上包层后形成的凹陷中制作波导本体电极；

步骤五：在波导本体的波导位置涂覆导光树脂层，在电极位置涂覆导电树脂层，放置探测器，使导光树脂层与光敏区相连，导电树脂层与探测器电极相连；

步骤六：固化导光树脂层与导电树脂层，完成整个垂直耦合结构的制作。

其中，所述步骤一中，制作硅基二氧化硅波导的过程为：先制作硅衬底，再在硅衬底上方制作二氧化硅缓冲层，随后沉积波导，波导上方沉积上包层。

其中，所述步骤三中，去除波导上包层的厚度需满足：需要将光全部引出时，则将上包层去除至波导深度，如需要部分光引出，则只去除上包层的部分厚度。

(三)有益效果

上述技术方案所提供的硅基二氧化硅波导和探测器垂直耦合结构及其制备方法，通过采用树脂粘接的方式，替代了传统光电集成方法所使用的半导体工艺，制作成本降低；同时垂直耦合方法使用波导上表面探测光强，探测距离长，耦合精度要求较小；相对于出光面探测的的方案，将光电子集成器件从平面结构升级为三维结构，并且耦合可靠性更高。

附图说明

图1为本发明实施例硅基二氧化硅波导和探测器垂直耦合结构的整体结构示意图；

图2为本发明实施例硅基二氧化硅波导和探测器垂直耦合结构的中心部位剖面图；

图3为本发明实施例硅基二氧化硅波导和探测器垂直耦合结构的中心部位剖面图局部放大图；

图4为本发明实施例硅基二氧化硅波导和探测器垂直耦合结构在耦合探测器前的波导本体部分。

图中：1-衬底；2-波导；3-上包层；4-探测器；5-波导本体电极；6-导光树脂层；7-导电树脂层。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。