光波导集成结构制备方法、光波导集成结构及电光调制器与流程

本申请涉及半导体元件制备，尤其涉及一种光波导集成结构制备方法、光波导集成结构及电光调制器。

背景技术：

1、铌酸锂和钽酸锂晶体由于其自身具有多种优良的光学性能，如压电、铁电、光电、光弹、热释电、光折变和非线性等光学性质，已被广泛应用于声表面波器件、薄膜体声波谐振器、光电传感器、铁电存储器等各种核心电子元器件。

2、而铌酸锂等晶体具有优良的非线性光学特性，电光特性、声光特性，在光信号处理、信息存储等方面具有广泛的应用。因此，可将硅材料与铌酸锂晶体结合制成电光晶体薄膜应用于电光调制器，这样可以利用硅波导导光和铌酸锂电光调制特性的特点，即光场的一部分以硅波导作为行进的光路，另一部分在铌酸锂薄膜层中得到调制，也就是借助铌酸锂晶体的优势，有效的弥补硅材料的短板，提升电光调制器的性能。z向切割得到的铌酸锂晶体具有自发极化、且在外电场的作用下能够出现极化反转的现象。另外，z向切割得到的铌酸锂晶体不仅具有上述自发极化和极化反转现象，还具有压电、光电、光弹、热释电、光折变和非线性等光学性质。因此，z向切割铌酸锂晶圆和z向切割钽酸锂晶圆是本领域制备光波导集成结构常用的基础材料。在光波导集成结构制备过程中，两个z向切割的键合薄膜的刻蚀速率不一致，导致键合后的两个薄膜上下层波导同侧出现不齐，影响波导的散射损耗。

技术实现思路

1、本申请提供一种光波导集成结构制备方法、光波导集成结构及电光调制器，以解决光波导集成结构制备过程中，两个z向切割的键合薄膜的刻蚀速率不一致，导致键合后的两个薄膜上下层波导同侧出现不齐，影响波导的散射损耗的问题。

2、第一方面，本申请提供一种光波导集成结构的制备方法，包括：

3、制备薄膜中间体；所述薄膜中间体从下至上依次为衬底层、隔离层和功能层；

4、用刻蚀法对所述薄膜中间体进行刻蚀制备波导层；

5、在所述波导层上制备二氧化硅层，并进行平坦化处理；

6、在平坦化处理后，键合一层铌酸锂薄膜得到铌酸锂层，其中键合过程中，将所述铌酸锂薄膜沿z轴正向旋转180°；

7、对键合后的铌酸锂层进行后处理，得到光波导集成结构。

8、在部分可能的实现方式中，对键合后的薄膜层进行后处理包括：

9、剥离顶层的铌酸锂层，并进行退火处理以及修复损伤；

10、进行干法刻蚀，将损伤层刻蚀至二氧化硅层；

11、进行湿法腐蚀二氧化硅，得到目标高度的光波导集成结构。

12、在部分可能的实现方式中，对键合后的薄膜层进行后处理包括：

13、对所述铌酸锂层退火并修复损伤；

14、采用化学机械抛光方法改善表面粗糙度得到目标高度的光波导集成结构。

15、在部分可能的实现方式中，所述薄膜中间体还包括缺陷层，所述衬底层、所述缺陷层、所述隔离层以及所述功能层依次层叠设置。

16、在部分可能的实现方式中，所述缺陷层的厚度为300nm～5000nm。

17、在部分可能的实现方式中，用刻蚀法对所述薄膜中间体进行刻蚀制备波导层过程中，刻蚀方法包括湿法腐蚀、干法刻蚀、聚焦离子束刻蚀。

18、在部分可能的实现方式中，平坦化处理方法包括抛光研磨、化学机械研磨加工、电子束刻蚀；其中，平坦面粗糙度小于或等于1nm。

19、在部分可能的实现方式中，进行湿法腐蚀二氧化硅过程中，使用抗氢氟酸和硝酸腐蚀的保护材料对衬底四周进行保护处理。

20、第二方面，本申请还提供一种光波导集成结构，所述光波导集成结构由第一方面所述方法制备而成。

21、第三方面，本申请还提供一种电光调制器，包括第二方面所述的光波导集成结构。

22、由以上内容可知，本申请提供一种光波导集成结构制备方法、光波导集成结构及电光调制器，所述方法包括：制备薄膜中间体；所述薄膜中间体从下至上依次为衬底层、隔离层和功能层；用刻蚀法对所述薄膜中间体进行刻蚀制备波导层；在所述波导层上制备二氧化硅层，并进行平坦化处理；在平坦化处理后，键合一层铌酸锂薄膜得到铌酸锂层，其中键合过程中，将所述铌酸锂薄膜沿z轴正向旋转180°；对键合后的铌酸锂层进行后处理，得到低损耗光波导集成结构。通过本申请提供的光波导集成结构制备方法，可以使得波导的刻蚀深度较浅，同时解决了反向键合时z/-z轴刻蚀速率不一致的问题，使得经过刻蚀的铌酸锂侧壁更加光滑，解决刻蚀的铌酸锂侧壁粗糙带来的散射损耗问题。

技术特征：

1.一种光波导集成结构的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对键合后的铌酸锂层进行后处理包括：

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对键合后的铌酸锂层进行后处理包括：

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述薄膜中间体还包括缺陷层，所述衬底层、所述缺陷层、所述隔离层以及所述功能层依次层叠设置。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述缺陷层的厚度为300nm～5000nm。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，用刻蚀法对所述薄膜中间体进行刻蚀制备波导层时，刻蚀方法包括湿法腐蚀、干法刻蚀、聚焦离子束刻蚀。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，平坦化处理方法包括抛光研磨、化学机械研磨加工、电子束刻蚀；其中，平坦面粗糙度小于或等于1nm。

8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，进行湿法腐蚀二氧化硅过程中，使用抗氢氟酸和硝酸腐蚀的保护材料对衬底四周进行保护处理。

9.一种光波导集成结构，其特征在于，所述光波导集成结构由权利要求1-8任一项所述方法制备而成。

10.一种电光调制器，其特征在于，包括权利要求9所述的光波导集成结构。

技术总结本申请提供一种光波导集成结构制备方法、光波导集成结构及电光调制器，所述方法包括：制备薄膜中间体；所述薄膜中间体从下至上依次为衬底层、隔离层和功能层；用刻蚀法对所述薄膜中间体进行刻蚀制备波导层；在所述波导层上制备二氧化硅层，并进行平坦化处理；在平坦化处理后，键合一层铌酸锂薄膜得到铌酸锂层，其中键合过程中，将所述铌酸锂薄膜沿Z轴正向旋转180°；对键合后的铌酸锂层进行后处理，得到光波导集成结构。通过本申请提供的光波导集成结构制备方法，可以使得波导的刻蚀深度较浅，同时解决了反向键合时Z/‑Z轴刻蚀速率不一致的问题，使得经过刻蚀的铌酸锂侧壁更加光滑，解决刻蚀的铌酸锂侧壁粗糙带来的散射损耗问题。技术研发人员：刘桂银,胡文,张秀全,杨超受保护的技术使用者：济南晶正电子科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/11