[发明专利]一种基于定向耦合结构的硅基光波导滤模器及其制备方法

权利要求书

1.一种基于定向耦合结构的硅基光波导滤模器，其特征在于：由硅衬底，二氧化硅上、下包层，位于上、下包层间的两个结构参数相同的硅芯层输入波导Core1和输出波导Core2组成；输入波导Core1和输出波导Core2为少模波导，可以同时传输E₁₁、E₂₁、E₃₁三种模式；输入波导Core1和输出波导Core2均是截面为矩形的直波导结构；输入波导Core1和输出波导Core2在其各自的输入和输出端具有S型弯曲，且Core1在尾端收窄；输入波导Core1和输出波导Core2的高度均为220 nm，宽度均为1.42 μm；当波导间距为180 nm和170 nm，耦合长度分别为102 μm和94 μm时，实现输入E₁₁、E₂₁、E₃₁模式，输出E₂₁和E₃₁模式，滤掉E₁₁模式；当波导间距为180 nm和170 nm，耦合长度分别为126 μm和116 μm时，实现输入E₁₁、E₂₁、E₃₁模式，输出E₂₁模式，滤掉E₁₁和E₃₁模式；二氧化硅上、下包层的折射率为1.445，硅芯层的折射率为3.455。

2.权利要求1所述的一种基于定向耦合结构的硅基光波导滤模器的制备方法，其步骤如下：

1）清洗SOI片：将顶层Si厚度为220 nm的SOI片用丙醇清洗10~20分钟，再用甲醇、异丙醇和去离子水分别超声清洗8~15分钟，氮气吹干后在130~180 ℃下烘干SOI片表面水汽；

2）匀胶：在步骤1) 烘干的SOI片表面旋涂PMMA光刻胶，旋涂的转速为2000~3000 rpm，旋涂时间为50~70 秒；

3）前烘：将步骤2)旋涂PMMA光刻胶的SOI片进行前烘，前烘温度为170~190℃，前烘时间为8~15分钟；

4）电子束光刻：将步骤3）前烘完的SOI片进行电子束光刻，从而在PMMA光刻胶上得到与输入波导Core1和输出波导Core2结构一致的光刻胶图案，光刻完成后将SOI片取出；

5）显影：将步骤4)光刻完成的SOI片在室温下放入MIBK和IPA的混合溶液中显影30~40秒，MIBK和IPA的摩尔用量比例为1：3，然后在IPA溶液中定影40~60秒，未被电子束光刻的PMMA光刻胶被去除，然后在50~70℃下热烘3~6分钟，在85~95℃下热烘8~15分钟；

6）刻蚀：使用ICP刻蚀机对步骤5) 热烘后的SOI片进行刻蚀，在与输入波导Core1和输出波导Core2结构一致的光刻胶图案的掩膜作用下，除输入波导Core1和输出波导Core2结构之外的硅芯层会被刻蚀，控制刻蚀时间，使刻蚀的深度为220 nm，刻蚀气体为SF₆和C₄F₈；

7）洗去残胶：将步骤6) ICP刻蚀后的SOI片用丙酮、甲醇、异丙醇和去离子水分别进行超声清洗8~15分钟，从而除去波导表面残留的PMMA光刻胶；

8）生长二氧化硅：将步骤7)除去残留PMMA光刻的SOI片用等离子体增强化学气相沉积技术生长一层厚度为0.5~1.5μm的二氧化硅上包层，从而得到基于定向耦合结构的硅基光波导滤模器。