一种双层低损耗铌酸锂光栅耦合器及其制备方法

本发明属于半导体器件领域，特别涉及一种双层低损耗铌酸锂光栅耦合器及其制备方法。

背景技术：

1、近年来，随着大数据、人工智能、云计算等技术的发展，对于芯片的需求大大提升。铌酸锂晶体(linbo3，ln)是一种多功能光电材料，具有很多优良的物理性质，如电光、声光、光折变、非线性光学、压电、介电、铁电、热释电等，并且其机械稳定性好，本征带宽大，波长透光范围宽。铌酸锂在集成光学领域有望成为下一代集成光子芯片衬底材料。在光通信领域，信号在光纤和芯片之间的耦合是一个重要的研究方向，目前光纤与芯片间的耦合方案主要可以分为水平耦合和垂直耦合两种。相较于水平耦合，垂直耦合的优点在于：布局位置灵活，可以布局在光子芯片上的任意位置，而水平耦合方案需要布局在端面位置，限制了器件的整体布局；对准容差大，耦合光场的模斑尺寸大，远大于水平耦合方案，因此对于光纤的对准要求宽松，即使存在扰动也能保证耦合效率的稳定。

2、在垂直耦合的方案中，光栅的耦合损耗主要来自衬底泄露和光纤与光栅耦合器之间的模式失配，所以现有的发明对于提升光栅耦合器的耦合效率一般采用增加衬底金属反射层和改变光栅的周期和占空比获得啁啾光栅的方式，但这两种方法都会增加光栅耦合器在实际制作过程中的工艺难度。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种双层低损耗铌酸锂光栅耦合器及其制备方法，该耦合器具有低损耗，工艺流程简单，制作工艺容差大的优势。

2、本发明提供了一种双层低损耗铌酸锂光栅耦合器，所述耦合器由下至上包括衬底、埋氧层、氮化硅层、铌酸锂层和上包层；所述氮化硅层和铌酸锂层前半周期占空比线性改变且线性改变程度不同，后半周期占空比相同；所述上包层覆盖所述氮化硅层和铌酸锂层。

3、优选的，所述衬底的材料为硅。

4、优选的，所述埋氧层和上包层的材料为二氧化硅。

5、本发明还提供了一种双层低损耗铌酸锂光栅耦合器的制备方法，包括如下步骤：

6、(1)清洗衬底并对其进行热氧化形成埋氧层；

7、(2)对埋氧层进行化学机械抛光；

8、(3)沉积氮化硅并对其进行光刻、刻蚀以形成氮化硅层；

9、(4)沉积氧化硅并对氧化硅层进行化学机械抛光；

10、(5)与铌酸锂晶圆进行键合，形成铌酸锂层并在铌酸锂层刻蚀形成相应的图案；

11、(6)最后沉积上包层，得到双层低损耗铌酸锂光栅耦合器。

12、有益效果

13、本发明通过异质集成的方式，在单层铌酸锂光栅下另添加一层光栅，即可达到与现有技术相近的耦合效率，具有低损耗，工艺流程简单，制作工艺容差大的优势。

技术特征：

1.一种双层低损耗铌酸锂光栅耦合器，其特征在于：所述耦合器由下至上包括衬底(1)、埋氧层(2)、氮化硅层(3)、铌酸锂层(4)和上包层(5)；所述氮化硅层(3)和铌酸锂层(4)前半周期占空比线性改变且线性改变程度不同，后半周期占空比相同；所述上包层(5)覆盖所述氮化硅层(3)和铌酸锂层(4)。

2.根据权利要求1所述的双层低损耗铌酸锂光栅耦合器，其特征在于：所述衬底(1)的材料为硅。

3.根据权利要求1所述的双层低损耗铌酸锂光栅耦合器，其特征在于：所述埋氧层(2)和上包层(5)的材料为二氧化硅。

4.一种双层低损耗铌酸锂光栅耦合器的制备方法，包括如下步骤：

技术总结本发明涉及一种双层低损耗铌酸锂光栅耦合器及其制备方法，所述耦合器由下至上包括衬底(1)、埋氧层(2)、氮化硅层(3)、铌酸锂层(4)和上包层(5)。本发明通过异质集成的方式，在单层铌酸锂光栅下另添加一层光栅，即可达到与现有技术相近的耦合效率，具有低损耗，工艺流程简单，制作工艺容差大的优势。技术研发人员：蔡艳,朱倩男,岳文成受保护的技术使用者：中国科学院上海微系统与信息技术研究所技术研发日：技术公布日：2024/9/2