[发明专利]基于晶圆键合形成SiO2

说明书

本发明公开了基于晶圆键合形成SiO₂波导实现模斑转换的方法及模斑转换器，包括：准备硅衬底和SOI晶圆，在硅衬底上制作凹槽；制作第一SiO₂波导层以填充所述凹槽；将SOI晶圆的顶层硅键合到硅衬底表面，并去除SOI晶圆的衬底硅层和埋氧层；刻蚀顶层硅，在第一SiO₂波导层上形成硅波导；在硅波导和第一SiO₂波导层上制作第二SiO₂波导层；刻蚀第一SiO₂波导层和第二SiO₂波导层至凹槽底部，形成SiO₂波导。本发明能够解决SiO₂波导厚度受限的问题，可提高耦合效率，兼容CMOS工艺。

技术领域

本发明属于硅光技术领域，具体涉及基于晶圆键合形成SiO₂波导实现模斑转换的方法及模斑转换器。

背景技术

硅光芯片中端面耦合波导的模斑转换技术一直是硅光芯片商用化的核心技术难点，硅波导的模斑尺寸的直径在0.5um附近，而与之耦合的单模光纤模斑尺寸约10um，巨大的模式失配造成了很大的端面耦合损耗。

现有技术中通过Inverse Taper的结构可以把硅光波导的模斑尺寸扩展到3um左右，但是由于衬底SiO₂埋氧层(Box)和上包层(Cladding)厚度的限制，模斑尺寸很难进一步增加，模斑尺寸和模场对称性都不会很好；同时由于衬底硅的存在，模式容易扩散到衬底硅中。就算基于悬臂梁的结构的端面耦合波导可以避免模场泄露的问题，但是其SiO₂波导厚度受到SOI晶圆埋氧层SiO₂厚度的限制，比较适合和透镜光纤耦合，与单模光纤耦合依然比较困难。

发明内容

针对现有技术中所存在的不足，本发明提供了一种能够解决SiO₂波导厚度受限的问题、可提高耦合效率的基于晶圆键合形成SiO₂波导实现模斑转换的方法。

基于晶圆键合形成SiO₂波导实现模斑转换的方法，包括如下步骤：

准备硅衬底和SOI晶圆，在所述硅衬底上制作凹槽；

制作第一SiO₂波导层以填充所述凹槽；

将所述SOI晶圆的顶层硅键合到所述硅衬底表面，并去除所述SOI晶圆的衬底硅层和埋氧层；

刻蚀所述顶层硅，在所述第一SiO₂波导层上形成硅波导；

在所述硅波导和第一SiO₂波导层上制作第二SiO₂波导层；

刻蚀所述第一SiO₂波导层和第二SiO₂波导层至所述凹槽底部，形成SiO₂波导。

进一步地，在形成SiO₂波导后，还包括如下步骤：

腐蚀所述SiO₂波导以下的硅衬底，形成悬臂梁结构。

进一步地，所述制作第一SiO₂波导层以填充所述凹槽，具体包括：在所述硅衬底上生长SiO₂材料以填充所述凹槽，并进行平坦化处理，形成第一SiO₂波导层。

进一步地，所述硅波导为宽度渐变的倒锥形结构。

进一步地，所述硅波导位于所述SiO₂波导的中心位置。

进一步地，所述平坦化处理的方式包括化学机械研磨处理。

模斑转换器，通过前述任一种基于晶圆键合形成SiO₂波导实现模斑转换的方法制备得到。