專利名稱：聚合物上硅光波導的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及光波導，特別是涉及一種聚合物上硅光波導。
背景技術：
集成光子技術上光子技術的重要發(fā)展方向。采用集成光子技術，可以研制出具有性能優(yōu)越、結構緊湊、體積小等優(yōu)點的具有各種功能的光子器件，在光通信、光信息處理、光傳感等應用領域中都有著重要的應用。在集成光子技術中，光波導是構建集成光子器件的基礎。目前的光波導包括全二氧化硅光波導、鈮酸鋰光波導、玻璃光波導、聚合物光波導和III-V族化合物半導體材料光波導等。由于各種材料所具有的材料特性不同，有著各自不同的應用，如二氧化硅光波導在無源光波導器件中的應用，鈮酸鋰光波導在光調(diào)制器中的應用，玻璃光波導在低成本的光分路器中的應用等。硅材料是微電子技術和微機械技術的重要基礎材料，為此，發(fā)展硅材料在集成光子技術中的應用也是極期重要的，特別是未來實現(xiàn)微電子、微機械和光子器件間的單片集成，需要在硅材料上能夠實現(xiàn)所要求的各種功能。目前，人們主要采用絕緣體上硅材料進行硅光波導及相關器件的研究工作，利用二氧化硅層作為光的下限制層，起到硅波導芯層與襯底層間的光隔離作用。采用這種絕緣體上硅材料進行硅光波導及相關器件的研制，存在的不足是器件的設計上自由度相當小，特別是無法對下限制層與硅波導芯層界面處進行處理，也就無法充分利用硅材料的特點。本發(fā)明提出在聚合物材料上實現(xiàn)硅波導，具有集成光子器件設計自由度大，工藝簡單等優(yōu)點，可以同時利用硅材料和聚合物材料的特性，將兩者結合，進行光子器件新功能的研究和開發(fā)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種聚合物上硅光波導，可以用于硅基集成光子器件的研究和開發(fā)。
本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是聚合物上硅光波導依次包括上限制層、硅芯層、聚合物下限制層和襯底。
所述的硅芯層形狀為平板、脊型、倒脊型、上下脊型或者條型。
所述的聚合物下限制層所采用的聚合物材料為氟化聚酰亞胺、或氟化聚甲基丙烯酸甲脂、或者氟化樹脂、或者氟化硅脂。
所述的襯底為硅、石英、玻璃、鈮酸鋰或者聚合物等介質材料，上限制層為聚合物、二氧化硅、氮化硅、空氣等介質材料或者由兩種以上介材料組合而成。
本發(fā)明具有的有益的效果是本發(fā)明提出在聚合物材料上實現(xiàn)硅波導，具有集成光子器件設計自由度大的優(yōu)點，可以同時利用硅材料和聚合物材料的特性，將兩者結合，進行光子器件新功能的研究和開發(fā)。在制作上更是具有工藝簡單的特點。


圖1是具有平板結構的聚合物上硅光波導的結構圖；圖2是具有脊型結構的聚合物上硅光波導的結構圖；圖3是具有倒脊型結構的聚合物上硅光波導的結構圖；圖4是具有上下脊型結構的聚合物上硅光波導的結構圖；圖5是具有條型結構的聚合物上硅光波導的結構圖。
圖中1為基于硅的光波導芯層，2為基于聚合物的下限制層，3為上限制層，4為襯底，11為脊型結構硅芯層，12為脊型結構硅芯層，13為脊型結構硅芯層，14為條型結構硅芯層。
具體實施例方式
如圖1所示，本發(fā)明依次包括上限制層3、硅芯層1、聚合物下限制層2和襯底4，硅芯層1形狀為平板。。
如圖2所示，硅芯層11形狀為脊型；如圖3所示，硅芯層12形狀為倒脊型；如圖4所示，硅芯層13形狀為上下脊型；如圖5所示，硅芯層14形狀為條型。
所述的聚合物下限制層2所采用的聚合物材料為氟化聚酰亞胺、或氟化聚甲基丙烯酸甲脂、或者氟化樹脂、或者氟化硅脂。
所述的襯底4為硅、石英、玻璃、鈮酸鋰或者聚合物介質材料，上限制層3為聚合物、二氧化硅、氮化硅、空氣等介質材料或者由兩種以上介質材料組合而成。
實施例1在一片作為光波導芯層的硅片上，采用旋轉涂敷成膜法制作一層聚酰亞胺，將具有聚酰亞胺的硅片這一面與作為襯底片的玻璃片相粘合，進行聚酰亞胺固化。然后將作為光波導芯層的硅片的另一面進行拋光減薄至所需要的芯層厚度，即獲得襯底為玻璃、下限制層為聚酰亞胺、上限制層為空氣的聚合物上硅平板光波導。
實施例2在一片作為光波導芯層的硅片上，采用旋轉涂敷成膜法制作一層樹脂，將具有樹脂的硅片這一面與作為襯底片的硅片相粘合，進行樹脂固化。然后將作為光波導芯層的硅片的另一面進行拋光減薄至所需要的芯層厚度。隨后在減薄的面上進行光刻，制作出長條掩膜，放入干法刻蝕設備中刻蝕出脊型結構。最給再旋轉涂敷制作一層聚甲基丙烯酸甲脂聚合物作為上限制層，即獲得襯底為硅、下限制層為樹脂、上限制層為聚甲基丙烯酸甲脂聚合物的聚合物上硅脊型光波導。
實施例3首先，在作為光波導芯層的硅片進行條波導光刻，并在干法刻蝕設備中刻蝕出光波導的倒脊型結構，去除作為掩膜層的光刻膠。在制作有下脊型結構的硅片表面上，采用旋轉涂敷成膜法制作一層聚酰亞胺，將具有聚酰亞胺的硅片這一面與作為襯底片的聚酰亞胺聚合物膜片相粘合，進行下限制層聚酰亞胺固化。然后將作為光波導芯層的硅片的另一面進行拋光減薄至所需要的芯層厚度，并采用低溫化學沉積的方法沉積上一層厚度大于5微米的二氧化硅層，即獲得襯底為聚合物、下限制層為聚酰亞胺、上限制層為二氧化硅的基于聚合物上硅的倒脊型光波導。
實施例4首先，將作為光波導芯層的硅片進行熱氧化，隨后進行條波導光刻，并在氫氟酸內(nèi)將條波導圖型轉移至二氧化硅層，再以二氧化硅層作為掩膜，采用濕法腐蝕方法，腐蝕出光波導的下脊型結構，去除作為掩膜層的二氧化硅。在制作有下脊型結構的硅片表面上，采用旋轉涂敷成膜法制作一層硅脂，將具有硅脂的硅片這一面與作為襯底片的硅脂膜片相粘合，進行下限制層硅脂固化。然后將作為光波導芯層的硅片的另一面進行拋光減薄至所需要的芯層厚度，并采用低溫化學沉積的方法沉積上一層二氧化硅層，再進行套刻，實現(xiàn)上表面的長條掩膜圖形與光波導的下脊型對準，腐蝕去二氧化硅層后，以二氧化硅層作為掩膜，采用濕法腐蝕方法，腐蝕出光波導的上脊型結構。再采用低溫化學沉積的方法沉積上一層薄的二氧化硅層，即獲得襯底為硅脂、下限制層為硅脂、上限制層為二氧化硅和空氣的基于聚合物上硅的上下脊型光波導。
實施例5在一片作為光波導芯層的硅片上，采用旋轉涂敷成膜法制作一層聚酰亞胺，將具有聚酰亞胺的硅片這一面與作為襯底片的玻璃片相粘合，進行聚酰亞胺固化。然后將作為光波導芯層的硅片的另一面進行拋光減薄至所需要的芯層厚度。隨后在減薄的面上進行光刻，制作出長條掩膜，放入氫氟酸內(nèi)腐蝕出脊型結構。最給再旋轉涂敷制作一層聚酰亞胺作為上限制層，即獲得襯底為玻璃、下限制層為聚酰亞胺、上限制層為聚酰亞胺的聚合物上硅條型光波導。
上述具體實施方式
用來解釋說明本發(fā)明，而不是對本發(fā)明進行限制，在本發(fā)明的精神和權利要求的保護范圍內(nèi)，對本發(fā)明作出的任何修改和改變，都落入本發(fā)明的保護范圍。
權利要求
1.聚合物上硅光波導，其特征在于它依次包括上限制層、硅芯層、聚合物下限制層和襯底。
2.根據(jù)權利要求1所述的聚合物上硅光波導，其特征在于所述的硅芯層形狀為平板。
3.根據(jù)權利要求1所述的聚合物上硅光波導，其特征在于所述的硅芯層形狀為脊型。
4.根據(jù)權利要求1所述的聚合物上硅光波導，其特征在于所述的硅芯層形狀為倒脊型。
5.根據(jù)權利要求1所述的聚合物上硅光波導，其特征在于所述的硅芯層形狀為上下脊型。
6.根據(jù)權利要求1所述的聚合物上硅光波導，其特征在于所述的硅芯層形狀為條型。
7.根據(jù)權利要求1所述的聚合物上硅光波導，其特征在于所述的聚合物下限制層所采用的聚合物材料為氟化聚酰亞胺、或氟化聚甲基丙烯酸甲脂、或者氟化樹脂、或者氟化硅脂。
8.根據(jù)權利要求1所述的聚合物上硅光波導，其特征在于所述的襯底為硅、石英、玻璃、鈮酸鋰或者聚合物介質材料，上限制層為聚合物、二氧化硅、氮化硅、空氣等介質材料或者由兩種以上介質材料組合而成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種聚合物上硅光波導，它依次包括上限制層、硅芯層、聚合物下限制層和襯底。硅芯層形狀為平板、脊型、倒脊型、上下脊型或者條型。本發(fā)明提出在聚合物材料上實現(xiàn)硅波導，具有集成光子器件設計自由度大的優(yōu)點，可以同時利用硅材料和聚合物材料的特性，將兩者結合，進行光子器件新功能的研究和開發(fā)。在制作上更是具有工藝簡單的特點。
文檔編號G02B6/10GK1727928SQ200510050878
公開日2006年2月1日 申請日期2005年7月28日 優(yōu)先權日2005年7月28日
發(fā)明者楊建義, 王帆, 李廣波, 江曉清, 王明華 申請人:浙江大學