一种薄膜电光调制器及其制备方法技术

本申请公开了一种薄膜电光调制器，所述薄膜电光调制器包括衬底层(1)、压电薄膜层(3)和格栅电极层(4)，其中，所述压电薄膜层(3)的一侧形成脊型波导(6)，并且，所述脊型波导(6)与所述格栅电极层(4)分居所述压电薄膜层(3)的两侧，从而能够在所述压电薄膜层(3)上进行二次刻蚀，使得所述脊型波导(6)对光波具有更强的束缚能力，从而减少信号损耗。本申请还提供一种制备所述薄膜电光调制器的方法，所述方法基于价格低廉的无衬底的压电晶圆进行制备，使用主要成分为二氧化硅的釉料作为粘结剂连接压电薄膜层(3)与衬底层(1)，从而突破传统工艺和成本的限制。和成本的限制。和成本的限制。

【技术实现步骤摘要】
一种薄膜电光调制器及其制备方法


[0001]本申请属于半导体电光器件领域，特别涉及一种薄膜电光调制器及其制备方法。

技术介绍

[0002]电光调制器是利用电光材料，如铌酸锂晶体(LiNbO3)、砷化稼晶体(GaAs)或者钽酸锂晶体(LiTaO3)的电光效应而制成的调制器，其中，所述电光效应即所述电光材料被施加电压后，其折射率发生变化，引起通过该材料的光波的特性发生变化的效应，利用所述电光调制器可以实现对光信号的相位、幅度、强度以及偏振状态的调制。
[0003]图1示出一种传统电光调制器的剖面结构示意图，如图1所示，传统电光调制器的核心部件为由电光材料制备的波导，其中，所述波导与金属电极设置于压电薄膜层的同侧，所述信号在所述波导中的损耗率主要受到波导的高度、宽度以及压电薄膜层的厚度等因素的影响。
[0004]然而，传统的薄膜波导电光调制器由于本身的工艺限制，例如，传统的铌酸锂薄膜制备方法需要离子注入和键合工艺，而离子注入机和键合机的价格昂贵，这就限制了很多企业进行铌酸锂薄膜的制备；并且，键合机单机只能单片操作，所以使得大批铌酸锂薄膜的制备变得困难，难以大批量制备；而且，传统的薄膜电光调制器是以具有衬底的压电薄膜为基础制备的，由于压电薄膜的价格昂贵，导致由其制备的薄膜电光调制器的价格也相应昂贵。

技术实现思路

[0005]为解决上述问题，本申请提供一种薄膜电光调制器，所述薄膜电光调制器包括衬底层1、压电薄膜层3和格栅电极层4，其中，所述压电薄膜层3的一侧形成脊型波导6，并且，所述脊型波导6与所述格栅电极层4分居所述压电薄膜层3的两侧，从而能够在所述压电薄膜层3上进行二次刻蚀，使得所述脊型波导6对光波具有更强的束缚能力，从而减少信号损耗。本申请还提供一种制备所述薄膜电光调制器的方法，所述方法基于价格低廉的无衬底的压电晶圆进行制备，使用主要成分为二氧化硅的釉料作为粘接剂连接压电薄膜层3与衬底层1，从而突破传统工艺和成本的限制。
[0006]本申请的目的在于提供以下两个方面：
[0007]第一方面，本申请提供一种薄膜电光调制器，所述电光调制器依次包括衬底层1、釉料熔接层2、压电薄膜层3、格栅电极层4和封装层5，其中，所述压电薄膜层3在与釉料熔接层2相邻的一侧形成有脊型波导6，所述脊型波导6与所述格栅电极层4分居所述压电薄膜层3的两侧。
[0008]在一种可实现的方式中，在所述釉料熔接层2与压电薄膜层3之间还设置有二氧化硅层7。
[0009]在一种可实现的方式中，在所述压电薄膜层3与格栅电极层4相邻的侧面上还可以开设有与所述脊型波导6相对应的波导凹槽8，所述波导凹槽8的宽度不大于所述脊型波导6
的宽度，以使所述脊型波导6剖面形成类似“凹”型结构。
[0010]在一种可实现的方式中，所述波导凹槽8的深度为0nm～1μm，优选为10nm～100nm。
[0011]在一种可实现的方式中，所述脊型波导6有两条，两条所述脊型波导6形成马赫曾德尔结构。
[0012]可选地，所述马赫曾德尔结构中两条脊型波导6直线部分平行，并且间距为5μm～30μm，优选为10μm～20μm。
[0013]在一种可实现的方式中，所述脊型波导6脊的高度为100nm～5μm，优选为300nm～1μm。
[0014]在一种可实现的方式中，所述格栅电极层4包括多条电极条41，可选地，位于马赫曾德尔结构两侧电极为接地电极，其形状以及尺寸分别相同，位于马赫曾德尔结构中间电极为接信号电极，其形状与尺寸与接地电极的形状与尺寸可以不同。
[0015]可选地，所述电极条41与脊型波导直线部分的间距为100nm
‑
5μm，优选为300nm～1μm。
[0016]第二方面，本申请还提供一种制备第一方面所述薄膜电光调制器的方法，所述方法包括：
[0017]在压电晶圆的一侧表面制备波导结构；
[0018]在衬底材料表面制备釉料层；
[0019]将所述波导结构的表面与釉料层熔合；
[0020]对所述压电晶圆进行减薄处理获得压电薄膜层；
[0021]在所述压电薄膜层表面制备格栅电极层；
[0022]在所述格栅电极层上制备封装层。
[0023]在一种可实现的方式中，所述对压电晶圆表面制备波导结构包括光刻胶法和聚集离子束刻蚀法。
[0024]在一种可实现的方式中，在制备波导结构完成后，并且在将所述波导结构的表面与釉料层熔合之前，还可以包括：在制备的波导结构表面沉积SiO2，并进行平坦化加工。
[0025]可以理解的是，如果波导表面沉积有SiO2，则将所述波导结构的表面与釉料层熔合是将SiO2层与釉料层熔合熔合。
[0026]在一种可实现的方式中，所述在衬底材料表面制备釉料层可以包括：
[0027]在压电晶圆表面涂覆釉料；
[0028]对所述釉料进行平坦化处理并且定型。
[0029]可选地，所述釉料的主要成分为二氧化硅，辅料包括：氧化铝、氧化锌、乙基纤维素，溶剂包括：酯类和醚类、醇类、烃类化合物中的至少两种，一般是脂类的再加上其它类的混合，脂类可以让浆料有良好的润滑性能，也就是可以加热完更平滑，其它的由于沸点低，在升温过程中气化，保证升温后气孔比较少其中，基于所述釉料的总体积，所述二氧化硅的含量为50g/mL～200g/mL，所述釉料的粘度为50Pa
·
s～400Pa
·
s，主要成分为高纯二氧化硅，所述釉料的熔点低于压电晶圆的熔点，优选地，所述釉料可以为玻璃浆料，其中，所述玻璃浆料的烧结温度为470℃
‑
550℃，细度小于8μm，粘度为100Pa
·
s～200Pa
·
s，以便于在制备复合压电基体过程中仅有所述釉料为熔融状态，而压电晶圆为固态，并且，压电晶圆的晶格结构能够保持不变，以便保证所述复合压电基体的压电性能。
[0030]可选地，在压电晶圆表面涂覆釉料的方法包括刷涂、悬涂和喷涂。
[0031]进一步地，所述刷涂包括：
[0032]在压电晶圆上铺设一层丝网，所述丝网的厚度为100μm～500μm，所述丝网的网格可以为正方形，网孔尺寸为1mm～20mm，材料可以为铜或者不锈钢；
[0033]透过所述丝网向所述压电晶圆表面上均匀刷覆一层釉料，所述釉料的厚度小于或者等于所述丝网的厚度；
[0034]取下所述丝网。
[0035]在本申请中，所述悬涂可以为现有技术中任意一种可以晶圆为对象的悬涂方法；所述喷涂可以为现有技术中任意一种可以晶圆为对象的悬涂方法。
[0036]在一种可实现的方式中，对所述釉料进行平坦化处理并且定型包括：
[0037]对涂覆有所述釉料的压电晶圆加热至釉料溶剂的挥发温度，并保温；
[0038]继续升温至釉料熔点，保温后冷却。
[0039]可选地，所述釉料冷却凝固后可对所述釉料层进行表面处理，所述表面处本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种薄膜电光调制器，其特征在于，所述电光调制器依次包括衬底层(1)、釉料熔接层(2)、压电薄膜层(3)、格栅电极层(4)和封装层(5)，其中，所述压电薄膜层(3)在与釉料熔接层(2)相邻的一侧形成有脊型波导(6)，所述脊型波导(6)与所述格栅电极层(4)分居所述压电薄膜层(3)的两侧。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述釉料熔接层(2)与压电薄膜层(3)之间还设置有二氧化硅层(7)。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述压电薄膜层(3)与格栅电极层(4)相邻的侧面上开设有与所述脊型波导(6)相对应的波导凹槽(8)，所述波导凹槽(8)的宽度不大于所述脊型波导(6)的宽度。4.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，所述脊型波导(6)脊的高度为100nm～5μm，优选为300nm～1μm。5.一种制备权利要求1至4任一项所述铌酸锂薄膜电光调制器的方法，其特征在于，所述方法包括：在压电晶圆的一侧表面制备波导...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹志军，倪荣萍，吴剑波，叶志霖，李胜雨，张虞，许志城，
申请(专利权)人：南京南智先进光电集成技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：