專利名稱：一種基于plc技術的陣列波導光柵結構的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及半導體技術領域，具體地，涉及一種基于PLC技術的陣列波導光柵結構。
背景技術：
基于平面光波導(Planar Lightwave Circuit,簡稱PLC)技術開發(fā)的光器件,在光網(wǎng)絡的組網(wǎng)中占據(jù)重要地位。波分復用(Waveguide Division Multiplexing,簡稱WDM)系統(tǒng)是當前最常見的光層組網(wǎng)技術，它通過復用/解復用器實現(xiàn)多路信號傳輸。而采用PLC技術制作的陣列波導光柵(Arrayed ffave-guide Grating,簡稱AWG),是應用于光網(wǎng)絡中的支撐技術一波分復用的重要器件。 陣列波導光柵是最早將PLC技術商品化的元器件之一。它是基于干涉原理形成的波分復用器件，通過集成的AWG可以實現(xiàn)波長復用和解復用，這種技術已被用于密集波分復用(DWDM)系統(tǒng)中。目前DWDM器件有多種實現(xiàn)方案，其做法一般為在硅晶圓上沉積二氧化娃膜層，再利用光刻工藝(Photolithography)及反應式離子蝕刻法(RIE)制作出AWG。該類器件通路數(shù)大、緊湊、易于批量生長，由于AWG采用與一般半導體相同的制作過程，多通道數(shù)與低通道數(shù)的制作成本相差不多，但更適合生長，而且整合度較高，因此應用在DWDM上具有相當?shù)臐摿?。目前，工業(yè)界制造平面光波導型AWG使用最普遍、發(fā)展最為成熟的技術平臺是硅片上生長二氧化娃(silica-on-silicon)的方法。Si I ica-on-si I icon技術平臺是在硅晶圓基片上，首先利用熱氧化法生長出二氧化硅的下包層，然后用半導體工業(yè)中已經(jīng)成熟的離子增強化學氣相沉積工藝(PECVD)生長出波導芯層和上包層。但在硅晶圓上通過熱氧化法生長二氧化硅(也叫熱氧化硅)的下包層，不僅時間長，而且造價高。另外，由于熱氧化硅的熱膨脹系數(shù)與芯層及硅基片的膨脹系數(shù)相差較大，層間之間產(chǎn)生的應力也相對較大，形成器件的偏振相關損耗(PDL)也較大，直接影響了器件的性能。制備二氧化硅下包層的工藝有很多種，如火焰水解法(FHD)、化學氣相沉積法(CVD )、溶膠凝膠法(So I -Ge I)和熱氧化法(thermal oxide)等。目前,工業(yè)界最常用的是熱氧化法。熱氧化法是在升溫環(huán)境下，通過外部供給高純氧使之與硅襯底反應，得到熱生長的氧化層。通過熱氧化法得到的波導膜雖然致密性和均勻性好，但是由于熱氧化成膜速度很慢，生長周期較長，生長成本較高；而且其與硅襯底、上包層材料的熱膨脹系數(shù)相差較大，層間產(chǎn)生的應力較大，使得器件的偏振相關損耗變大，極大地影響了產(chǎn)品性能。在實現(xiàn)本實用新型的過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術中至少存在生長周期長、成本聞和廣品性能差等缺陷。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于，針對上述問題，提出一種基于PLC技術的陣列波導光柵結構，以實現(xiàn)生長周期短、成本低和產(chǎn)品性能好的優(yōu)點。本實用新型的另一目的在于，提出一種基于PLC技術的陣列波導光柵結構的制作方法。為實現(xiàn)上述目 的，本實用新型采用的技術方案是一種基于PLC技術的陣列波導光柵結構，包括自下向上依次疊置的襯底、下包層和上包層，以及軸向嵌入在所述上包層內(nèi)部、且靠近下包層和上包層的連接處設置的波導芯。進一步地，所述襯底包括硅襯底。進一步地，所述下包層包括摻雜B、P的二氧化硅層。進一步地，所述波導芯包括摻雜Ge的二氧化硅層。進一步地，所述上包層包括高摻雜B、P的二氧化硅層。進一步地，所述波導芯的折射率，分別大于所述下包層和上包層的折射率。進一步地，所述上包層的折射率，和下包層的折射率相同。進一步地，所述上包層的二氧化硅層摻雜B、P的濃度，大于下包層的二氧化硅層摻雜B、P的濃度。同時，本實用新型采用的另一技術方案是用于制作以上所述的基于PLC技術的陣列波導光柵結構的方法；該一種基于PLC技術的陣列波導光柵結構的制作方法,包括選取襯底，在所選取的襯底上，采用離子增強化學氣相沉積法(PECVD)工藝，沉積并生長摻雜硼(B)、磷(P) 二氧化硅層，作為下包層；在所述下包層上，生長波導芯層；在所述波導芯層上，預留具有預設形狀的波導芯，并將除所述預設形狀的波導芯之外的部分腐蝕掉，留下具有預設形狀的波導芯；在所述下包層和波導芯上，生長能夠完全覆蓋所述下包層和波導芯的高摻雜B、P二氧化硅層，作為上包層，即制得所需基于PLC技術的陣列波導光柵結構。進一步地，所述襯底，包括硅襯底。進一步地，所述波導芯，包括摻雜Ge的二氧化硅層。進一步地，所述上包層的二氧化硅層摻雜B、P的濃度，大于下包層的二氧化硅層摻雜B、P的濃度。進一步地，所述波導芯的折射率，分別大于所述下包層和上包層的折射率。進一步地，所述上包層的折射率，和下包層的折射率相同。本實用新型各實施例的基于PLC技術的陣列波導光柵結構，由于包括自下向上依次疊置的襯底、下包層和上包層，以及軸向嵌入在上包層內(nèi)部、且靠近下包層和上包層的連接處設置的波導芯；可以通過在硅襯底上生長摻雜B、P 二氧化硅層作為下包層，不僅大大縮短了生長下包層的時間，縮短了產(chǎn)品的生長周期，降低了產(chǎn)品成本，而且兩者熱膨脹系數(shù)接近，大大降低了襯底對器件的應力影響，此外，由于下包層與上包層采用同種材料，有效地降低了器件的偏振相關損耗，提高了產(chǎn)品性能；從而可以克服現(xiàn)有技術中生長周期長、成本高和產(chǎn)品性能差的缺陷，以實現(xiàn)生長周期短、成本低和產(chǎn)品性能好的優(yōu)點。本實用新型的其它特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本實用新型而了解。下面通過附圖和實施例，對本實用新型的技術方案做進一步的詳細描述。
附圖用來提供對本實用新型的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與本實用新型的實施例一起用于解釋本實用新型，并不構成對本實用新型的限制。在附圖中圖I為根據(jù)本實用新型基于PLC技術的陣列波導光柵結構的橫截面結構示意圖；圖2為根據(jù)本實用新型基于PLC技術的陣列波導光柵結構的制作方法的流程示意圖。結合附圖，本實用新型實施例中附圖標記如下I-襯底；2-下包層；3-波導芯；4-上包層。
具體實施方式
·[0035]
以下結合附圖對本實用新型的優(yōu)選實施例進行說明，應當理解，此處所描述的優(yōu)選實施例僅用于說明和解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。陣列波導光柵結構的制作方法實施例根據(jù)本實用新型實施例，提供了一種基于PLC技術的陣列波導光柵結構的制作方法。如圖2所示,本實施例包括步驟100 :選用硅作襯底，即硅襯底；步驟101 :在步驟100所選取的硅襯底上，采用PECVD工藝，沉積并生長摻雜B、P二氧化硅層，作為下包層；步驟102 :在步驟101所得下包層上，生長波導芯層；步驟103 :在步驟102所得波導芯層上，預留具有預設形狀的波導芯，并將除預設形狀的波導芯之外的部分腐蝕掉，留下具有預設形狀的波導芯；該波導芯，包括摻雜Ge的
二氧化硅層；步驟104 :在步驟101所得下包層和步驟103所得波導芯上，生長能夠完全覆蓋步驟101所得下包層和步驟103所得波導芯的高摻雜B、P 二氧化硅層，作為上包層，即制得所需基于PLC技術的陣列波導光柵結構；該上包層的二氧化硅層摻雜B、P的濃度，大于下包層的二氧化硅層摻雜B、P的濃度；波導芯的折射率，分別大于所述下包層和上包層的折射率；上包層的折射率，和下包層的折射率相同。步驟100-步驟104所顯示的方法，通過在硅襯底上沉積摻雜B、P 二氧化硅作為下包層；在下包層上生長波導芯，并將多余的摻雜芯層腐蝕掉，留下具有一定形狀的部分作為波導芯；然后在下包層上形成一層能完全覆蓋波導芯的高摻雜B、P 二氧化硅作為上包層。上述實施例的基于PLC技術的陣列波導光柵結構的制作方法，在硅襯底上生長摻雜B、P 二氧化硅作為下包層；然后在下包層上形成波導芯層，光刻波導圖形，刻蝕得到波導芯；最后在波導芯上形成高摻雜B、P 二氧化娃上包層。波導芯為摻雜Ge的二氧化娃層,位于上包層和下包層之間，整個波導芯置于上包層中；波導芯的折射率(即光折射率)略大于包層(即上包層和下包層)的折射率，上包層和下包層的折射率相同。上述實施例的基于PLC技術的陣列波導光柵結構的制作方法，通過在硅襯底上生長摻雜B、P 二氧化硅層作為下包層，不僅大大縮短了生長下包層的時間，縮短了產(chǎn)品的生長周期，降低了產(chǎn)品成本，而且兩者(即硅襯底和下包層)熱膨脹系數(shù)接近，大大降低了襯底(即硅襯底)對器件的應力影響，此外，由于下包層與上包層采用同種材料(即均采用摻雜B、P的二氧化硅層)，有效地降低了器件的偏振相關損耗，提高了產(chǎn)品性能。另外，這種方法也可以用在生長其他的PLC光學器件。通過上述實施例的基于PLC技術的陣列波導光柵結構的制作方法，制得的基于PLC技術的陣列波導光柵結構中襯底為娃片,下包層和上包層均為摻雜B、P 二氧化娃,折射率相同；但上包層的B、P摻雜濃度略高于下包層的B、P摻雜濃度以致上包層的高溫回流溫度低于下包層的高溫回流溫度波導芯為摻雜Ge 二氧化硅，折射率略高于上下包層，以此形成波導條件，使得光信號限制在波導芯中傳輸。陣列波導光柵結構實施例根據(jù)本實用新型實施例，提供了一種基于PLC技術的陣列波導光柵結構。如圖I所示，本實施例包括自下向上依次疊置的襯底(如襯底I)、下包層(如下包層2)和上包層(如上包層4)，以及軸向嵌入在上包層內(nèi)部、且靠近下包層和上包層的連接處設置的波導芯(如 波導芯3)。具體地，上述襯底包括硅襯底，和/或下包層包括摻雜B、P的二氧化硅層，和/或波導芯包括摻雜Ge的二氧化硅層，和/或上包層包括高摻雜B、P的二氧化硅層。波導芯的折射率，分別大于下包層和上包層的折射率；上包層的折射率，和下包層的折射率相同。上包層的二氧化硅層摻雜B、P的濃度，大于下包層的二氧化硅層摻雜B、P的濃度。上述實施例的基于PLC技術的陣列波導光柵結構，可以通過圖2所示的基于PLC技術的陣列波導光柵結構的制作方法制得。關于該基于PLC技術的陣列波導光柵結構的制作過程，可參見上述制作方法實施例和圖2的相關說明，在此不再贅述。上述實施例的基于PLC技術的陣列波導光柵結構，可以通過PECVD在硅襯底上沉積摻雜B、P 二氧化硅作為下包層，不僅大大縮短了下包層生長時間，縮短了產(chǎn)品的生長周期，降低了產(chǎn)品成本，而且與襯底材料(即硅襯底)的熱膨脹系數(shù)接近，大大降低了硅襯底對器件的應力影響，此外，下包層與上包層采用同種材料(均為摻雜B、P的二氧化硅層)，有效地降低了器件的偏振相關損耗，提高了產(chǎn)品性能。最后應說明的是以上所述僅為本實用新型的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本實用新型，盡管參照前述實施例對本實用新型進行了詳細的說明，對于本領域的技術人員來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換。凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
權利要求1.一種基于PLC技術的陣列波導光柵結構，其特征在于，包括自下向上依次疊置的襯底、下包層和上包層，以及軸向嵌入在所述上包層內(nèi)部、且靠近下包層和上包層的連接處設置的波導芯。
2.根據(jù)權利要求I所述的基于PLC技術的陣列波導光柵結構，其特征在于，所述襯底包括娃襯底。
3.根據(jù)權利要求I或 2所述的基于PLC技術的陣列波導光柵結構，其特征在于，所述波導芯的折射率，分別大于所述下包層和上包層的折射率。
4.根據(jù)權利要求I或2所述的基于PLC技術的陣列波導光柵結構，其特征在于，所述上包層的折射率，和下包層的折射率相同。
專利摘要本實用新型公開了一種基于PLC技術的陣列波導光柵結構，包括自下向上依次疊置的襯底、下包層和上包層，以及軸向嵌入在所述上包層內(nèi)部、且靠近下包層和上包層的連接處設置的波導芯。本實用新型所述基于PLC技術的陣列波導光柵結構，可以克服現(xiàn)有技術中生長周期長、成本高和產(chǎn)品性能差等缺陷，以實現(xiàn)生長周期短、成本低和產(chǎn)品性能好的優(yōu)點。
文檔編號G02B6/13GK202771025SQ201220315700
公開日2013年3月6日 申請日期2012年6月29日 優(yōu)先權日2012年6月29日
發(fā)明者宋齊望, 孫麥可 申請人:無錫思力康光子科技有限公司