实现对称结构硅基二氧化硅应力光波导偏振不灵敏的方法技术

一种用于实现具有对称结构的硅基二氧化硅应力光波导偏振不灵敏的方法，其特征在于，包括如下步骤：　　　　（１）在硅衬底上用热氧化法、火焰水解法或等离子增强化学气相沉积法形成二氧化硅下包层；　　　　（２）用等离子增强化学气相沉积法生长可调整波导双折射系数的高折射率ＳｉＯＮ补偿层；　　　　（３）在波导中心用反应离子刻蚀法对称刻蚀掉其中一半；　　　　（４）火焰水解法或等离子增强化学气相沉积法生长芯层；　　　　（５）进行抛光处理；　　　　（６）用反应离子刻蚀法刻蚀芯层，形成条状对称结构的光波导层；　　　　（７）火焰水解法或等离子增强化学气相沉积法生长上包层，整个对称结构的硅基二氧化硅偏振不灵敏应力光波导制备完毕。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及具有对称结构的硅基二氧化硅应力光波导一类的器件，用以实现该类波导的偏振不灵敏，特别涉及硅基二氧化硅阵列波导光栅(AWG)和马赫—曾德干涉(MZI)型器件的偏振不灵敏。
技术介绍
硅基二氧化硅光波导是在硅衬底上沉积二氧化硅经刻蚀后形成的光波导，由于二氧化硅与硅衬底的热膨胀系数不一致，制备的波导存在应力不对称，该类光波导表现为较大的应力双折射，双折射系数约10-4量级，而一般的器件都要求对偏振不灵敏，需将整个波导的双折射系数降到10-5量级，因此实现硅基二氧化硅应力光波导偏振不灵敏是该类型波导广泛应用的前提。目前国际上对硅基二氧化硅偏振相关补偿的方法有沉积非晶硅薄膜法、插入半波片法、应力释放槽法、上包层重掺杂B、P法、不同宽度的波导混合集成法等(见文献Hiroshi Takahashi，Yoshinori Hibino，YasujiOhmori，Masao Kawachi.Polarisation-Insensitive Arrayed-WaveguideWavelength Multiplexer with Birefringence Compensation Film.IEEEPhotonics Technology Letters，1993，5(6)707-709.Yasuyuki Inoue，Hiroshi Takahashi，Shinji Ando，et al.Elimination of polarization sensitivity insilica-based wavelength division multiplexer using a polyimide half waveplate，IEEE J.of Lightwave Technology.1997，15(10)1974-1957.S.Suzuki，S.Sumida，Y.Inoue，et al.Polarisation insensitive arrayed-waveguide gratingsusing dopant rich silica-based glass with ghermal expansion adjusted to Sisubstrate.Electronics Letters.1997，33(13)1173-1174.E.Wildermuth，Ch.Nadler，M.Lanker，et al.Penalty-free polarisation compensation of SiO2/Siarrayed waveguide grating wavelength multiplexers using stress releasegrooves.Electronics letters，1998，34(20)16611662.Y.Inoue，M.Itoh，Y.Hibino，et al.Novel birefringence compensating AWG design.Optical Soc-iety of America.2000，WB4-1.)。K.Worhoff报道了用LPCVD生长高折射率氮化硅(Si3N4)作补偿层、PECVD生长3μm×3μm低折射率氮氧化硅(SiON)作芯区的双芯区方法减小波导的双折射效应(见文献K.Worhoff，B.J.Offrein，P.V.Lambeck，et al.Rirefringence Compensation ApplyingDouble-Core Waveguide Structures.IEEE Photonics Technology Letters，11(2)206-208.)。而用PECVD生长可调整波导双折射系数的高折射率SiON补偿层，在波导中心对称刻蚀掉其中一半补偿层实现波导及相关器件的偏振不灵敏，在国际上还没有报道。由于二氧化硅与硅衬底的热膨胀系数不一致，硅基二氧化硅应力光波导表现为正的双折射系数，即Bnc＝nTM，nc-nTE，nc＞0 (1)而在该应力光波导的上方或下方沉积一定厚度的高折射率SiON补偿层可改变应力光波导的双折射系数，如附图1所示(模拟结果)。SiON补偿层可使应力波导的双折射系数补偿为负值即Bc＝nTM，c-nTE，c＜0 (2)下标nc表示无补偿层，c表示有补偿层。基于这一事实，可将波导对称地分为两部分，一部分为沉积补偿层的负双折射系数的波导，另一部分用无沉积补偿层的正双折射系数的波导，这样光通过整个波导后的光程为TM光L2·nTM,c+L2·nTM,nc---(3)]]>TE光L2·nTE,c+L2·nTE,nc---(4)]]>而通过整个波导后的双折射为B＝(nTM，c-nTE，c)+(nTM，nc-nTE，nc)＝Bc+Bnc(5)恰当选择SiON的厚度及折射率，就可使整个波导的双折射系数降到足够的小，达到10-5量级，实现整个光波导的偏振不灵敏。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种可实现具有对称结构的硅基二氧化硅应力光波导偏振不灵敏的方法，关键在于在硅基二氧化硅光波导对称的一半生长了可调整波导双折射系数的高折射率SiON补偿层，使硅基二氧化硅光波导对光的偏振不灵敏，可实现硅基二氧化硅AWG和硅基二氧化硅MZI型器件的偏振不灵敏。本专利技术是通过下面方法实现的本专利技术一种用于实现具有对称结构的硅基二氧化硅应力光波导偏振不灵敏的方法，其特征在于，(1)在硅衬底上用热氧化法、火焰水解法或等离子增强化学气相沉积法形成二氧化硅下包层；(2)用等离子增强化学气相沉积法生长可调整波导双折射系数的高折射率SiON补偿层；(3)在波导中心用反应离子刻蚀法对称刻蚀掉其中一半；(4)火焰水解法或等离子增强化学气相沉积法生长芯层；(5)进行抛光处理；(6)用反应离子刻蚀法刻蚀芯层13，形成条状对称结构的光波导层14；(7)火焰水解法或等离子增强化学气相沉积法生长上包层，整个对称结构的硅基二氧化硅偏振不灵敏应力光波导制备完毕。其中步骤(6)所述的对称结构的条状光波导层可以是直波导、弯曲波导或二者的组合。其中步骤(2)中的高折射率SiON补偿层生长在芯区的上方，以中心对称刻蚀掉其中一半，可实现整个对称结构的硅基二氧化硅应力光波导的偏振不灵敏。其中步骤(2)中的高折射率SiON补偿层同时生长在芯区的上方和下方，以中心对称刻蚀掉其中一半，可实现整个对称结构的硅基二氧化硅应力光波导的偏振不灵敏。附图说明图1是现有技术中应力光波导双折射系数随SiON补偿层厚度、折射率变化图；图2是用高折射率SiON补偿层实现对称结构硅基二氧化硅应力光波导偏振不灵敏的工艺流程图；图3是用高折射率SiON补偿层实现对称结构硅基二氧化硅应力光波导偏振不灵敏的侧向剖面图；图4是用高折射率SiON补偿层实现对称结构硅基二氧化硅应力光波导偏振不灵敏的横向剖面图。具体实施例方式请参阅图2，图2-1是在硅衬底10上用热氧化法、火焰水解法(FHD)或等离子增强化学气相沉积法(PECVD)形成厚度应不低于15μm的二氧化硅下包层11，以限制光本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：安俊明，李健，郜定山，夏君磊，李建光，王红杰，胡雄伟，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：