专利名称：聚合物上硅光波导的制作方法
技术领域：
本发明涉及光波导，特别是涉及一种聚合物上硅光波导。
背景技术：
集成光子技术上光子技术的重要发展方向。采用集成光子技术，可以研制出具有性能优越、结构紧凑、体积小等优点的具有各种功能的光子器件，在光通信、光信息处理、光传感等应用领域中都有着重要的应用。在集成光子技术中，光波导是构建集成光子器件的基础。目前的光波导包括全二氧化硅光波导、铌酸锂光波导、玻璃光波导、聚合物光波导和III-V族化合物半导体材料光波导等。由于各种材料所具有的材料特性不同，有着各自不同的应用，如二氧化硅光波导在无源光波导器件中的应用，铌酸锂光波导在光调制器中的应用，玻璃光波导在低成本的光分路器中的应用等。硅材料是微电子技术和微机械技术的重要基础材料，为此，发展硅材料在集成光子技术中的应用也是极期重要的，特别是未来实现微电子、微机械和光子器件间的单片集成，需要在硅材料上能够实现所要求的各种功能。目前，人们主要采用绝缘体上硅材料进行硅光波导及相关器件的研究工作，利用二氧化硅层作为光的下限制层，起到硅波导芯层与衬底层间的光隔离作用。采用这种绝缘体上硅材料进行硅光波导及相关器件的研制，存在的不足是器件的设计上自由度相当小，特别是无法对下限制层与硅波导芯层界面处进行处理，也就无法充分利用硅材料的特点。本发明提出在聚合物材料上实现硅波导，具有集成光子器件设计自由度大，工艺简单等优点，可以同时利用硅材料和聚合物材料的特性，将两者结合，进行光子器件新功能的研究和开发。
发明内容
本发明的目的在于提供一种聚合物上硅光波导，可以用于硅基集成光子器件的研究和开发。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是聚合物上硅光波导依次包括上限制层、硅芯层、聚合物下限制层和衬底。
所述的硅芯层形状为平板、脊型、倒脊型、上下脊型或者条型。
所述的聚合物下限制层所采用的聚合物材料为氟化聚酰亚胺、或氟化聚甲基丙烯酸甲脂、或者氟化树脂、或者氟化硅脂。
所述的衬底为硅、石英、玻璃、铌酸锂或者聚合物等介质材料，上限制层为聚合物、二氧化硅、氮化硅、空气等介质材料或者由两种以上介材料组合而成。
本发明具有的有益的效果是本发明提出在聚合物材料上实现硅波导，具有集成光子器件设计自由度大的优点，可以同时利用硅材料和聚合物材料的特性，将两者结合，进行光子器件新功能的研究和开发。在制作上更是具有工艺简单的特点。
图1是具有平板结构的聚合物上硅光波导的结构图；图2是具有脊型结构的聚合物上硅光波导的结构图；图3是具有倒脊型结构的聚合物上硅光波导的结构图；图4是具有上下脊型结构的聚合物上硅光波导的结构图；图5是具有条型结构的聚合物上硅光波导的结构图。
图中1为基于硅的光波导芯层，2为基于聚合物的下限制层，3为上限制层，4为衬底，11为脊型结构硅芯层，12为脊型结构硅芯层，13为脊型结构硅芯层，14为条型结构硅芯层。
具体实施例方式
如图1所示，本发明依次包括上限制层3、硅芯层1、聚合物下限制层2和衬底4，硅芯层1形状为平板。。
如图2所示，硅芯层11形状为脊型；如图3所示，硅芯层12形状为倒脊型；如图4所示，硅芯层13形状为上下脊型；如图5所示，硅芯层14形状为条型。
所述的聚合物下限制层2所采用的聚合物材料为氟化聚酰亚胺、或氟化聚甲基丙烯酸甲脂、或者氟化树脂、或者氟化硅脂。
所述的衬底4为硅、石英、玻璃、铌酸锂或者聚合物介质材料，上限制层3为聚合物、二氧化硅、氮化硅、空气等介质材料或者由两种以上介质材料组合而成。
实施例1在一片作为光波导芯层的硅片上，采用旋转涂敷成膜法制作一层聚酰亚胺，将具有聚酰亚胺的硅片这一面与作为衬底片的玻璃片相粘合，进行聚酰亚胺固化。然后将作为光波导芯层的硅片的另一面进行抛光减薄至所需要的芯层厚度，即获得衬底为玻璃、下限制层为聚酰亚胺、上限制层为空气的聚合物上硅平板光波导。
实施例2在一片作为光波导芯层的硅片上，采用旋转涂敷成膜法制作一层树脂，将具有树脂的硅片这一面与作为衬底片的硅片相粘合，进行树脂固化。然后将作为光波导芯层的硅片的另一面进行抛光减薄至所需要的芯层厚度。随后在减薄的面上进行光刻，制作出长条掩膜，放入干法刻蚀设备中刻蚀出脊型结构。最给再旋转涂敷制作一层聚甲基丙烯酸甲脂聚合物作为上限制层，即获得衬底为硅、下限制层为树脂、上限制层为聚甲基丙烯酸甲脂聚合物的聚合物上硅脊型光波导。
实施例3首先，在作为光波导芯层的硅片进行条波导光刻，并在干法刻蚀设备中刻蚀出光波导的倒脊型结构，去除作为掩膜层的光刻胶。在制作有下脊型结构的硅片表面上，采用旋转涂敷成膜法制作一层聚酰亚胺，将具有聚酰亚胺的硅片这一面与作为衬底片的聚酰亚胺聚合物膜片相粘合，进行下限制层聚酰亚胺固化。然后将作为光波导芯层的硅片的另一面进行抛光减薄至所需要的芯层厚度，并采用低温化学沉积的方法沉积上一层厚度大于5微米的二氧化硅层，即获得衬底为聚合物、下限制层为聚酰亚胺、上限制层为二氧化硅的基于聚合物上硅的倒脊型光波导。
实施例4首先，将作为光波导芯层的硅片进行热氧化，随后进行条波导光刻，并在氢氟酸内将条波导图型转移至二氧化硅层，再以二氧化硅层作为掩膜，采用湿法腐蚀方法，腐蚀出光波导的下脊型结构，去除作为掩膜层的二氧化硅。在制作有下脊型结构的硅片表面上，采用旋转涂敷成膜法制作一层硅脂，将具有硅脂的硅片这一面与作为衬底片的硅脂膜片相粘合，进行下限制层硅脂固化。然后将作为光波导芯层的硅片的另一面进行抛光减薄至所需要的芯层厚度，并采用低温化学沉积的方法沉积上一层二氧化硅层，再进行套刻，实现上表面的长条掩膜图形与光波导的下脊型对准，腐蚀去二氧化硅层后，以二氧化硅层作为掩膜，采用湿法腐蚀方法，腐蚀出光波导的上脊型结构。再采用低温化学沉积的方法沉积上一层薄的二氧化硅层，即获得衬底为硅脂、下限制层为硅脂、上限制层为二氧化硅和空气的基于聚合物上硅的上下脊型光波导。
实施例5在一片作为光波导芯层的硅片上，采用旋转涂敷成膜法制作一层聚酰亚胺，将具有聚酰亚胺的硅片这一面与作为衬底片的玻璃片相粘合，进行聚酰亚胺固化。然后将作为光波导芯层的硅片的另一面进行抛光减薄至所需要的芯层厚度。随后在减薄的面上进行光刻，制作出长条掩膜，放入氢氟酸内腐蚀出脊型结构。最给再旋转涂敷制作一层聚酰亚胺作为上限制层，即获得衬底为玻璃、下限制层为聚酰亚胺、上限制层为聚酰亚胺的聚合物上硅条型光波导。
上述具体实施方式
用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。
权利要求
1.聚合物上硅光波导，其特征在于它依次包括上限制层、硅芯层、聚合物下限制层和衬底。
2.根据权利要求1所述的聚合物上硅光波导，其特征在于所述的硅芯层形状为平板。
3.根据权利要求1所述的聚合物上硅光波导，其特征在于所述的硅芯层形状为脊型。
4.根据权利要求1所述的聚合物上硅光波导，其特征在于所述的硅芯层形状为倒脊型。
5.根据权利要求1所述的聚合物上硅光波导，其特征在于所述的硅芯层形状为上下脊型。
6.根据权利要求1所述的聚合物上硅光波导，其特征在于所述的硅芯层形状为条型。
7.根据权利要求1所述的聚合物上硅光波导，其特征在于所述的聚合物下限制层所采用的聚合物材料为氟化聚酰亚胺、或氟化聚甲基丙烯酸甲脂、或者氟化树脂、或者氟化硅脂。
8.根据权利要求1所述的聚合物上硅光波导，其特征在于所述的衬底为硅、石英、玻璃、铌酸锂或者聚合物介质材料，上限制层为聚合物、二氧化硅、氮化硅、空气等介质材料或者由两种以上介质材料组合而成。
全文摘要
本发明公开了一种聚合物上硅光波导，它依次包括上限制层、硅芯层、聚合物下限制层和衬底。硅芯层形状为平板、脊型、倒脊型、上下脊型或者条型。本发明提出在聚合物材料上实现硅波导，具有集成光子器件设计自由度大的优点，可以同时利用硅材料和聚合物材料的特性，将两者结合，进行光子器件新功能的研究和开发。在制作上更是具有工艺简单的特点。
文档编号G02B6/10GK1727928SQ200510050878
公开日2006年2月1日 申请日期2005年7月28日 优先权日2005年7月28日
发明者杨建义, 王帆, 李广波, 江晓清, 王明华 申请人:浙江大学