[发明专利]一种具有会聚与选偏功能的硅基V型槽制备方法

说明书

技术领域

本发明属于涉及数据通信、有源光缆，具体涉及一种具有会聚与选偏功能的硅基V型槽制备方法。

背景技术

光收发模块是光通讯的核心器件，完成对光信号的光-电/电-光转换。由两部分组成：接收部分和发射部分。接收部分实现光-电变换，发射部分实现电-光变换。在光模块的应用中有一项非常重要的指标就是光模块的传输距离，光模块的传输距离分为短距、中距和长距三种。一般认为2km及以下的为短距离，10～20km的为中距离，30km、40km及以上的为长距离。

光模块的传输距离受到限制，主要是因为光信号在光纤中传输时会有一定的损耗和色散。损耗是光在光纤中传输时，由于介质的吸收散射以及泄漏导致的光能量损失，这部分能量随着传输距离的增加以一定的比率耗散。色散的产生主要是因为不同波长的电磁波在同一介质中传播时速度不等，从而造成光信号的不同波长成分由于传输距离的累积而在不同的时间到达接收端，导致脉冲展宽，进而无法分辨信号值。所以在制作光模块的过程中降低光在光纤中的色散，提高激光器与光纤的耦合效率至关重要。

在长距离传输诸如1.3um的VCSEL与单模光纤耦合时，由于单模光纤芯径仅为9um，而VCSEL的氧化限制孔径在9um附近，加之发散角传播后，与光纤耦合时光斑直径远大于光纤芯径，造成耦合时光功率的浪费，因此在耦合时收缩光斑对提升耦合效率至为重要；此外，光在光纤中传播时高偏振态的激光色散更低，能够传输更远的距离。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中存在的问题提供一种具有会聚与选偏功能的硅基V型槽制备方法，该方法通过硅刻蚀及镀膜方式，实现带有45°的微反射镜的硅基V型槽波导，以实现VCSEL的光路偏转；并在硅基V型槽的45°反射镜面上制备亚波长光栅，用以实现光的偏振及会聚，使用本方法制作的硅基V型槽提升耦合效率并实现高偏振态的光以便其在光纤中传输时色散更小传播的更远。

本发明的技术方案是：

一种具有会聚与选偏功能的硅基V型槽制备方法，包括带有45°微反射镜的硅基V型槽的制作步骤，还包括在制备好的硅基V型槽的45°反射镜面上进行ICP刻蚀制备光栅的过程，该过程包括如下步骤：

一、将制备好的带有45°微反射镜的硅基V型槽依次进行去离子水冲洗、氮气吹干、移入热氧化炉进行湿氧氧化，待氧化完成后进行快速热退火；

二、对经过上述步骤处理过的硅基V型槽进行光刻、显影；

三、对上步骤处理过的硅基V型槽进行氮气吹干，然后使用稀释的HF对SiO₂进行腐蚀，用以充当第四步中硅的掩膜；

四、使用ICP完成干刻蚀，使用等离子蚀刻机，对硅进行刻蚀，去除残留的SiO₂。

具体的，带有45°微反射镜的硅基V型槽的制作步骤包括如下过程：首先选取硅片，对选取的硅片进行丙酮、乙醇-超声波清洁，去离子水冲洗，氮气吹干；然后将处理的硅片移入热氧化炉中进行湿氧氧化，氧化完成后移入热退火炉中热退火；再者是进行光刻、显影处理；第四是使用氮气吹干，后浸入HF水溶液中，制备SiO₂掩膜；最后将经过以上处理过的硅片浸入KOH水溶液，进行湿法硅刻蚀，制备带有45°微反射镜的硅基V型槽。

具体的，所述步骤一中使用的热氧化炉的温度为1200℃，富水蒸气条件下，时间为20min，快速热退火在氮气条件下进行，快速升温至1200℃，退火时间至少80s。

具体的，所述的步骤二中使用的光刻胶为ZEP520，使用的甩胶机转速3000，通过甩胶机处理时间为30s；前烘105℃、10min，使用紫外曝光机曝光，曝光时间4s，显影时间28s，显影完成后，后烘120℃，坚膜20min。

具体的，步骤三中使用的稀释的HF水溶液的配比为HF：(NH4)F：H2O＝3:6:10。

具体的，所述的步骤四中对硅进行刻蚀的过程中光栅周期为620nm、占空比0.5，光栅刻槽深度为180nm；硅刻蚀反应气体选择为SF₆，流量为50mL/min；等离子体刻蚀的腔室压强7mTorr，等离子体刻蚀机的源功率为1000W，射频源的射频功率为300W；硅刻蚀反应气体SF₆时间为7.4s；刻蚀后为对刻蚀形成的开口壁进行保护，预沉积和沉积反应气体C₄F₈时间共3s。

具体的，所述的KOH水溶液的比例为KOH：IPA：H2O＝2:1:10。