热光移相器及其制造方法技术

根据本发明专利技术示例性方面的一种热光移相器（２００），包括：衬底（２０１）；形成在该衬底（２０１）上的牺牲层（２０２）；形成在该牺牲层（２０２）上的第一包覆层（２０３），该第一包覆层（２０３）的薄膜密度高于该牺牲层（２０２）的薄膜密度；形成在该第一包覆层（２０３）上的光波导芯（２０４）；设在该第一包覆层（２０３）之上以覆盖该光波导芯（２０４）的第二包覆层（２０５）；设于直接位于该光波导芯（２０４）的该第二包覆层（２０５）的一个区域内的热生成加热器（２０６）；和形成在该光波导芯（２０４）侧面区域中的凹槽（２０７），所述凹槽（２０７）从该第二包覆层（２０５）的表面延伸至该衬底（２０１）的表面。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种热光移相器及其制造方法；尤其涉及一种能够适合作为光学装置，如利用热光效应产生的相变的开关、可变衰减器或波长滤波器，而使用的热光移相器。
技术介绍
在光通信领域中，由于波分多路复用(WDM)通信系统的出现，多信道通信得到了快速的发展。基于此，为了实现对各个信道的功能性控制，需要数量与信道的数量相一致的光学元件。此处的例子是保持各个信道的功率一致并进行切换。因此，能够应用在光学开关和其他类似光学装置中的小型光学回路元件的需求量增加。目前，许多单器件(single-unit)光学开关已经面世，而具有多个输入/输出端口且采用大量光学开关的矩阵开关也已经投入实际应用中。为了实现光学开关，可采用多种技术方案。例如，一种方法是，通过机械式移动输入端口和输出端口从而连接两者(例如，参见专利文献1)，另一种方法是，通过转动可移动的反射镜使其以特定的角度倾斜从而连接输入端口和输出端口(例如，参见专利文献2和非专利文献1)，在一种方法中则采用了液晶(例如，参见专利文献3)，又一种方法是，通过在已连接的波导或其他类似装置的交叉点上生成气泡来控制光的反射以改变输入端口和输出端口之间的连接。以上只是多种可行的方法中的一些。其中，利用热光移相器的平面光波回路(PLC)型装置能够采用半导体电路制造技术进行制造。相应地，这种易于制造的装置也相当容易集成，在改善功能性和增加规模等方面具有优势。热光移相器通常通过如下方法获得。首先，在衬底上生成具有包覆层-->和芯的光波导。金属薄膜或其他类似导电薄膜形成在该光波导上并沿着该光波导形成细线形状，以使得能够传导电流。当电能被从外部供给至这薄膜时，因薄膜的电阻作用而产生热量，以使得该膜作为光波导的加热器工作。这个加热器产生的热量通过光波导的包覆层传递到芯。最终，在被该加热器加热的光波导部分中的折射率增加。有效的波导长度也对应于折射率的最终变化以及该波导长度相应地增加，而输出终端处光出现相移。通过调节供给到加热器的电能，相移量能够根据要求进行控制。当光波导由石英玻璃形成时，石英玻璃的折射率温度系数(dn/dT)约为1×10-5(/℃)。通过在输入端将单一的光波导分成两股光波导，再将这两股光波导中的至少一股连接至热光移相器上，接着使这两股光波导在输出端重新结合，就能够获得光学开关。例如，如果被这两股光波导引导的光的相位被相互移开二分之一波长，则输出端的输出就能减少至零。同样，如果这两股分开的光波导的相位没有发生移动，输入的光就可以原封不动地被输出。从而实现对输出的开/关控制。然而，如果为了多路复用，需要在单个光学回路中设置多个热光移相器，则总光学回路的功耗比每个热光移相器消耗的大量功率时还要高很多。迄今为止，热光移相器已经被投入到实际应用中，例如，当引导光具有通常用来光通信的1550nm(纳米)的波长时，进行二分之一波长的相移所需的功率约为每个信道400mW(毫瓦)。因此，比如，如果要控制具有40个信道的光通信回路，且为每个信道都提供采用前述热光移相器的开关，那么，所需的最大功率为40×400mW(即16000mW或16W)。一种有效利用由加热器所产生的热量的方法，作为第一方案，已经被提出(例如，参见专利文献4)。图6和图7示出有效利用由加热器所产生的热量的第一常规方案。图6是图7中沿着VI-VI截得的横截面图。如图6所示，对于适于第一方案的热光移相器，例如，衬底101具有0.8mm的厚度且由硅组成。牺牲层102设于衬底101之上。牺牲层102由向玻璃里掺加磷形成的掺磷硅玻璃(PSG)制成，例如具有5μm的薄膜厚度。包覆层103设于牺牲层102之上。包覆层103由设于牺牲层102之上的下包覆层104和设于下包覆层104之上的上包覆层105组成。下包覆层-->104和上包覆层105都由例如向玻璃里掺加硼和磷获得的硼磷硅玻璃(BPSG)形成，且例如分别具有14μm和15μm的膜厚。衬底101可以由半导体而非由硅形成，或由例如石英玻璃的绝缘体形成。牺牲层102并不限于PSG，也可以由比衬底101和包覆层103蚀刻速度更高且相对于衬底101和包覆层103能够选择性地被蚀刻的任何材料形成，而且，只要符合这些条件，牺牲层102可以由例如半导体或其它不同于PSG的玻璃形成。平行于衬底101的表面延伸的芯106设于下包覆层104之上，上包覆层105被提供用于覆盖芯106。芯106和绕着芯106的包覆层103形成光波导107。例如，芯106垂直于其纵长方向的横截面的形状是高度为5.5μm宽度为5.5μm的矩形。芯106由比包覆层103折射率更高的材料，比如GPSG(掺锗掺磷硅玻璃)，形成，比如，芯106和包覆层103之间的相对折射率差Δ为0.65％。对于第一方案中的热光移相器，薄膜加热器108设于光波导107之上，即，设于上包覆层105的表面上。比如，薄膜加热器108是一个由铬制成且厚度为0.2μm的薄膜。如图7所示，薄膜加热器108包括位于两端的电极部分108A以及位于电极部分108A之间的加热器部分108B。电极部分108A的形状例如为正方形，而加热部分108B的形状则为例如宽度为10μm、长度为4mm的细长线。在包覆层103和牺牲层102中位于薄膜加热器108下方的区域，沿着与芯106延伸的方向相平行的方向延伸的凹槽109形成在位于光波导107两侧上的区域中。凹槽109形成在两个位置处，从而从侧面包围光波导107。凹槽109在纵长方向(即芯106延伸的方向)上的长度例如为4mm，凹槽109的宽度(即与芯106延伸的方向相垂直的方向上的长度)例如为205μm，而凹槽的深度例如为29μm。凹槽109之间的距离，即光波导107的脊宽，例如为25μm。光波导107和衬底101之间的牺牲层102被去除以形成空隙111(参见图6)。空隙111的高度与牺牲层102的薄膜厚度相同，例如皆为5μm。因此，光波导107被包覆层103而非光波导107分离开，并且通过两个凹槽109和空隙111与牺牲层102和衬底101分离开，形成桥。牺牲层102形成在衬底101的除了空隙111以外的整个表面之上。因此，对于第一方案中的热光移相器，从防止薄膜加热器108产生的-->热量逃逸至衬底101侧从而减少功耗的角度来看，位于光波导107下方的牺牲层102被去除，且光波导107形成桥结构。图8A-8C示意性地示出第一方案中热光移相器的制造方法。首先，如图8A所示，采用掺磷硅玻璃(PSG)作为牺牲层102形成在衬底101上，在此之上形成下包覆层104以放置芯106，再形成上包覆层105以将其覆盖，从而形成光波导。薄膜加热器108形成在上包覆层105的表面上。接着，如图8B所示，在薄膜加热器108之上形成抗蚀剂112，该抗蚀剂112用作掩模蚀刻出在从侧面包围所述光波导的位置处延伸到衬底101(由硅薄膜组成)的凹槽109。接着，如图8C所示，掺磷硅玻璃(牺牲层102)以湿法蚀刻的方式被选择性去除凹槽109由此形成。因此，可以制造出一种热光移相器，这种热光移相器中没有牺牲层102，而下包覆层104设于凹槽109的外部，并位于衬底101之上且离开衬底101一定距离。同时，给出了一种技术作为第二方案，该技术中，通过形成本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热光移相器，包括：　衬底；　牺牲层，所述牺牲层形成在所述衬底上方；　第一包覆层，所述第一包覆层形成在所述牺牲层上方，所述第一包覆层的薄膜密度高于所述牺牲层的薄膜密度；　光波导芯，所述光波导芯形成在所述第一包覆层上 方；　第二包覆层，所述第二包覆层设在所述第一包覆层之上以覆盖所述光波导芯；　热生成加热器，设于直接位于所述光波导芯上方的所述第二包覆层的一个区域内；和　形成在所述光波导芯侧面区域中的凹槽，所述凹槽从所述第二包覆层的表面延伸 至所述衬底的表面。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2006-10-20 286756/20061.一种热光移相器，包括：衬底；牺牲层，所述牺牲层形成在所述衬底上方；第一包覆层，所述第一包覆层形成在所述牺牲层上方，所述第一包覆层的薄膜密度高于所述牺牲层的薄膜密度；光波导芯，所述光波导芯形成在所述第一包覆层上方；第二包覆层，所述第二包覆层设在所述第一包覆层之上以覆盖所述光波导芯；热生成加热器，设于直接位于所述光波导芯上方的所述第二包覆层的一个区域内；和形成在所述光波导芯侧面区域中的凹槽，所述凹槽从所述第二包覆层的表面延伸至所述衬底的表面。2.如权利要求1所述的热光移相器，其中：所述牺牲层的体积密度至少为2.0g/cm3。3.如权利要求1所述的热光移相器，其中：所述牺牲层和所述第一包覆层由硅玻璃制成。4.如权利要求1所述的热光移相器，其中：所述牺牲层和所述第一包覆层由硅玻璃和来自磷玻璃、硼玻璃和锗玻璃中的至少一种杂质材料制成。5.如权利要求4所述的热光移相器，其中：所述牺牲层中的杂质...

【专利技术属性】
技术研发人员：高桥森生，
申请(专利权)人：日本电气株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]