專利名稱：倒錐波導(dǎo)耦合器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種光通信技術(shù)領(lǐng)域光耦合器件的制作方法，特別涉及一種溶膠凝膠制作倒錐波導(dǎo)耦合器的方法。
背景技術(shù)：
隨著對通信和信息需求的飛速發(fā)展，人們對光電子器件的集成度
提出了越來越高的要求。高折射率差的SOI 4材料為制作高集成度的光電子器件提供了一個很好的平臺，高的折射率差使SOI 4波導(dǎo)對光場的限制作用增強(qiáng)，因此可以大大縮小波導(dǎo)的尺寸。目前制作的S0工4微納波導(dǎo)集成器件31已經(jīng)可以達(dá)到納米量級。然而由于單模光纖1的截面尺寸都在微米級，隨著微納波導(dǎo)集成器件31尺寸的縮小，使得微納波導(dǎo)集成器件31和光纖1之間的耦合越來越困難。因此以較簡單的工藝制作出具有較高的耦合效率的光耦合器件，對于微納波導(dǎo)集成器件31的應(yīng)用具用至關(guān)重要的意義。
倒錐波導(dǎo)耦合器，具有與微納波導(dǎo)制作工藝相兼容，高的耦合效率而被廣泛研究。早期倒錐波導(dǎo)耦合器只包含倒錐波導(dǎo)32，但是由于倒錐尖端尺寸小，使得倒錐波導(dǎo)32與光纖1對準(zhǔn)及倒錐波導(dǎo)32的端面拋光都很困難，所以給器件的制作和應(yīng)用帶來了困難。改進(jìn)后的倒錐波導(dǎo)耦合器是在原來倒錐波導(dǎo)的基礎(chǔ)上再做上一個大尺寸、低折射率的光纖耦合波導(dǎo)2，以減小倒錐波導(dǎo)32與光纖1的耦合損耗及倒錐波導(dǎo)32端面拋光的難度。
圖1為倒錐耦合器在微納波導(dǎo)器件中的原理示意圖，其中左端的光纖1進(jìn)入的光信號經(jīng)過左端光纖耦合波導(dǎo)2，耦合到左端的倒錐波導(dǎo)32，然后再傳入微納波導(dǎo)集成器件31中，經(jīng)過微納波導(dǎo)集成器件31的處理，再傳給右端的倒錐波導(dǎo)32，耦合到右端的光纖耦合波導(dǎo)2中，然后由右端的光纖耦合波導(dǎo)2傳給右端的光纖1，完成光信號在微納波導(dǎo)集成器件31中的處理。
目前的倒錐波導(dǎo)耦合器20的光纖導(dǎo)入波導(dǎo)2主要有兩種方法來制作，其一是使用等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)法來生長Si02波導(dǎo)層，然后通過電子束光刻及感應(yīng)耦合等離子體刻蝕來制作光纖導(dǎo)入波導(dǎo)。其二是用有機(jī)材料(如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA))作為光纖耦合波導(dǎo)2的材料，通過電子束光刻的方法來制作光纖導(dǎo)入波導(dǎo)。
這兩種方法的缺點在于器件制作需要昂貴的生產(chǎn)設(shè)備、工藝復(fù)雜、生產(chǎn)成本高、效率低，不適合規(guī)?；呐可a(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種倒錐波導(dǎo)耦合器的制作新方法，以實現(xiàn)微納波導(dǎo)集成器件和光纖之間低損耗的耦合連接。本發(fā)明與背景技術(shù)相比，制作工藝簡單，可規(guī)?；a(chǎn)、成本低、可以方便的對波導(dǎo)材料的折射率進(jìn)行調(diào)整等特點。是制作倒錐波導(dǎo)耦合器的新方法。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的
本發(fā)明提供一種倒錐波導(dǎo)耦合器的制作方法，其特征在于，包括
如下步驟
步驟l:在SOI上用電子束光刻和感應(yīng)耦合等離子體刻蝕技術(shù)，將SOI的硅波導(dǎo)層刻蝕為一倒錐波導(dǎo)和微納波導(dǎo)集成器件；
步驟2:利用有機(jī)/無機(jī)雜化的溶膠凝膠法制備光敏性溶膠薄膜材料；
步驟3:在SOI的Si02隔離層及倒錐波導(dǎo)和微納波導(dǎo)集成器件
上旋涂溶膠薄膜；
步驟4:對旋涂的溶膠薄膜進(jìn)行前烘、凝膠；
步驟5:在溶膠薄膜上利用掩模版進(jìn)行紫外寫入；
步驟6:腐蝕掉紫外寫入?yún)^(qū)以外的部分溶膠薄膜，形成光纖耦合
波導(dǎo)，該光纖耦合波導(dǎo)和倒錐波導(dǎo)構(gòu)成倒錐波導(dǎo)耦合器；步驟7:后烘，完成倒錐波導(dǎo)耦合器的制作。其中溶膠薄膜的厚度在3 6,，折射率為1.48 1.58。其中溶膠薄膜的前烘、凝膠溫度為100 12(TC，時間為10 30min。
其中紫外寫入，是使用接觸式曝光系統(tǒng)的紫外光9，該紫外光9的波長^365nm，功率^350w，曝光時間5 30min。
其中溶膠薄膜使用一種正性感光材料，未曝光的部分顯影后會被去掉，曝光的溶膠薄膜會留下來，使用正丙醇為顯影劑，顯影時間3 5min。
其中制作的光纖耦合波導(dǎo)是截面尺寸為3x3, 6x6,的矩形波導(dǎo)。


為進(jìn)一步說明本發(fā)明的具體技術(shù)內(nèi)容，以下配合附圖及實施例對
本發(fā)明的特征作詳細(xì)的說明，其中
圖1為倒錐耦合器在微納波導(dǎo)器件中的原理示意圖2為本發(fā)明的倒錐波導(dǎo)立體示意圖3 A為涂膠后倒錐波導(dǎo)剖面示意圖3 B為接觸式紫外光曝光剖面示意圖3 C為接觸式紫外光曝光后剖面示意圖3 D為本發(fā)明倒錐波導(dǎo)耦合器剖面示意圖4為本發(fā)明的倒錐耦合器立體示意圖。
具體實施例方式
一種倒錐波導(dǎo)耦合器20制作新方法，其主要特征是將紫外寫入
溶膠凝膠制作波導(dǎo)的工藝和微納波導(dǎo)的制作工藝相結(jié)合。首先使用電
子束光刻及感應(yīng)耦合等離子體刻蝕工藝制作出微納集成波導(dǎo)器件31及倒錐波導(dǎo)32，然后使用紫外寫入溶膠凝膠的方法在倒錐波導(dǎo)32上套刻出光纖耦合波導(dǎo)2。
請參閱圖1一圖4，本發(fā)明為一種倒錐波導(dǎo)耦合器20的制作方法，
包括如下步驟步驟1:在S0I(絕緣體上硅)4上用電子束光刻和感應(yīng)耦合等離
子體刻蝕技術(shù)，將SOI 4的硅波導(dǎo)層3刻蝕為一倒錐波導(dǎo)32和微納
波導(dǎo)集成器件31;
選擇的SOI 4為一種薄硅波導(dǎo)層3的片子，其中Si02隔離層5的厚度在1 2pm，硅波導(dǎo)層3的厚度在300 400nm。室溫，4000 rpm的條件下對SOI 4進(jìn)行聚甲基丙烯酸甲酯(P應(yīng)A)的旋涂，180"C下對旋涂了聚甲基丙烯酸甲酯(P畫A)的SOI 4前烘10min，然后使用電子束光刻和感應(yīng)耦合等離子體刻蝕技術(shù)，將SOI 4的硅波導(dǎo)層3刻蝕為一倒錐波導(dǎo)32和微納波導(dǎo)集成器件31;
步驟2:利用有機(jī)/無機(jī)雜化的溶膠凝膠法制備光敏性溶膠薄膜7材料;
取一定比例的反應(yīng)先軀體甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷(MAPTMS)和催化劑鹽酸(HC1)溶液，磁力攪拌2h水解；然后按照所需光纖耦合波導(dǎo)2的要求，將一定量的粘合劑甲基丙烯酸(MAA)、調(diào)節(jié)折射率材料四丙氧基鋯(ZPO)，溶解在正丙醇(n-Propyl alcohol)中磁力攪拌30min，隨后與水解產(chǎn)物混合繼續(xù)攪拌lh;在避光條件下，將一定量的光敏劑1一羥基一環(huán)已基苯酮(HCPK)加入溶膠中攪拌30min，最后將整個溶膠在避光條件下用0.5,微孔濾膜過濾，放置老化24h，光敏性Si02材料的折射率隨ZP0摻雜量的增加而增大。整個實驗過程在常溫下進(jìn)行；
步驟3:在SOI 4的Si02隔離層5及倒錐波導(dǎo)32和微納波導(dǎo)集成器件31上旋涂溶膠薄膜7;
利用勻膠機(jī)旋涂溶膠薄膜7，首先將SOI 4緊緊地吸附在勻膠機(jī)的旋轉(zhuǎn)臺上，把溶膠薄膜7材料均勻的滴在S0I4上，然后勻膠機(jī)高速旋轉(zhuǎn)，旋涂速率為4000rpm，時間為30s， SOI 4的SiO2隔離層5及倒錐波導(dǎo)32和微納波導(dǎo)集成器件31上即形成3 6,厚的溶膠薄膜7，溶膠薄膜7的折射率為1.4S 1.58;
步驟4:對旋涂的溶膠薄膜7進(jìn)行前烘、凝膠；
為了固化溶膠薄膜7，防止接觸式紫外光9曝光時發(fā)生粘版現(xiàn)象，在100 120°C下前烘10 30min，溶膠薄膜7由原來的液態(tài)變成固態(tài)；步驟5:在溶膠薄膜7上利用掩模版8進(jìn)行紫外寫入；利用刻有波導(dǎo)圖形的掩模版8，通過接觸式曝光系統(tǒng)進(jìn)行紫外光
9曝光，紫外光9波長^365nm，功率^350w，曝光時間5 30min。掩模版8透光部分下的被曝光的溶膠薄膜7，由于金屬鋯進(jìn)一步進(jìn)入有機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，折射率增大，折射率隨著曝光時間的增加而增大，最后趨于飽和；未曝光的溶膠薄膜7折射率不變；
步驟6:腐蝕掉紫外寫入以外的部分溶膠薄膜7，形成光纖耦合
波導(dǎo)2，該光纖耦合波導(dǎo)2和倒錐波導(dǎo)32構(gòu)成倒錐波導(dǎo)耦合器20;摻入光敏劑HCPK的光敏性雜化Si(V溶膠薄膜7是一種正性感光
材料，未曝光的溶膠薄膜7顯影后將會被去掉，曝光的溶膠薄膜7將
會留下，以正丙醇為顯影劑，顯影3 5min，之后用氮氣吹干，形成
光纖耦合波導(dǎo)2，該光纖耦合波導(dǎo)2和步驟1制作的倒錐波導(dǎo)32構(gòu)
成倒錐波導(dǎo)耦合器20;
步驟7:后烘，完成倒錐波導(dǎo)耦合器20的制作。200 40(TC溫度下后烘2h，提高光纖耦合波導(dǎo)2的強(qiáng)度，同時
進(jìn)一步提高光纖耦合波導(dǎo)2的折射率，并且將光纖耦合波導(dǎo)2中殘留
溶劑含量降低，降低器件的光傳輸損耗。
權(quán)利要求
1、一種倒錐波導(dǎo)耦合器的制作方法，其特征在于，包括如下步驟步驟1在SOI上用電子束光刻和感應(yīng)耦合等離子體刻蝕技術(shù)，將SOI的硅波導(dǎo)層刻蝕為一倒錐波導(dǎo)和微納波導(dǎo)集成器件；步驟2利用有機(jī)/無機(jī)雜化的溶膠凝膠法制備光敏性溶膠薄膜材料；步驟3在SOI的SiO2隔離層及倒錐波導(dǎo)和微納波導(dǎo)集成器件上旋涂溶膠薄膜；步驟4對旋涂的溶膠薄膜進(jìn)行前烘、凝膠；步驟5在溶膠薄膜上利用掩模版進(jìn)行紫外寫入；步驟6腐蝕掉紫外寫入?yún)^(qū)以外的部分溶膠薄膜，形成光纖耦合波導(dǎo)，該光纖耦合波導(dǎo)和倒錐波導(dǎo)構(gòu)成倒錐波導(dǎo)耦合器；步驟7后烘，完成倒錐波導(dǎo)耦合器的制作。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的倒錐波導(dǎo)耦合器的制作方法，其特征在于，其中溶膠薄膜的厚度在3 6pm，折射率為1. 48 1. 58。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的倒錐波導(dǎo)耦合器的制作方法，其特征在于，其中溶膠薄膜的前烘、凝膠溫度為100 120°C，時間為10 30min。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的倒錐波導(dǎo)耦合器的制作方法，其特征在于，其中紫外寫入，是使用接觸式曝光系統(tǒng)的紫外光9，該紫外光9的波長S365nm，功率^350w，曝光時間5 30min。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的倒錐波導(dǎo)耦合器的制作方法，其特征在于，其中溶膠薄膜使用一種正性感光材料，未曝光的部分顯影后會被去掉，曝光的溶膠薄膜會留下來，使用正丙醇為顯影劑，顯影時間3 5min。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的倒錐波導(dǎo)耦合器的制作方法，其特征在于，其中制作的光纖耦合波導(dǎo)是截面尺寸為3x3, 6x6,的矩形波導(dǎo)。
全文摘要
一種倒錐波導(dǎo)耦合器的制作方法，包括如下步驟步驟1在SOI上用電子束光刻和感應(yīng)耦合等離子體刻蝕技術(shù)，將SOI的硅波導(dǎo)層刻蝕為一倒錐波導(dǎo)和微納波導(dǎo)集成器件；步驟2利用有機(jī)/無機(jī)雜化的溶膠凝膠法制備光敏性溶膠薄膜材料；步驟3在SOI的SiO₂隔離層及倒錐波導(dǎo)和微納波導(dǎo)集成器件上旋涂溶膠薄膜；步驟4對旋涂的溶膠薄膜進(jìn)行前烘、凝膠；步驟5在溶膠薄膜上利用掩模版進(jìn)行紫外寫入；步驟6腐蝕掉紫外寫入?yún)^(qū)以外的部分溶膠薄膜，形成光纖耦合波導(dǎo)，該光纖耦合波導(dǎo)和倒錐波導(dǎo)構(gòu)成倒錐波導(dǎo)耦合器；步驟7后烘，完成倒錐波導(dǎo)耦合器的制作。
文檔編號G02B6/13GK101634729SQ20081011707
公開日2010年1月27日 申請日期2008年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月23日
發(fā)明者吳遠(yuǎn)大, 安俊明, 尹小杰, 李建光, 玥 王, 王紅杰, 胡雄偉 申請人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所