專利名稱：一種金屬鍵合的垂直耦合光柵耦合器及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光通信和光互連領(lǐng)域，特別是涉及一種光波導(dǎo)的耦合結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和制備。該光柵耦合器的結(jié)構(gòu)可以有效降低光纖和波導(dǎo)垂直耦合時(shí)的耦合損耗。
背景技術(shù)：
隨著微納光電子技術(shù)的發(fā)展，光電子器件的尺寸越來越小。特別是在硅基光子學(xué)中所選用的光波導(dǎo)材料為硅，采用的是SOI結(jié)構(gòu)，由于SOI光波導(dǎo)器件的大折射率差，使其具有器件尺寸小、集成度高等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)其小的器件尺寸也給硅基集成光學(xué)系統(tǒng)帶來了耦合與對(duì)準(zhǔn)的困難。SOI波導(dǎo)的截面尺寸為幾百納米，而單模光纖的截面尺寸為9 μ m左右，兩者之間大的模場(chǎng)失配使得直接對(duì)準(zhǔn)耦合的效率很低。在直接對(duì)準(zhǔn)耦合時(shí)，采用拉錐光纖來進(jìn)行I禹合可以提高I禹合的效率，但是由于拉錐光纖的輸出光斑直徑仍有3 μ m左右，與SOI波導(dǎo)仍然存在較大的模場(chǎng)失配，從而其耦合效率仍然很低，一般不高于10%。并且在波導(dǎo)端面與光纖進(jìn)行耦合時(shí)，需要對(duì)波導(dǎo)端面進(jìn)行拋光處理，以減小由于端面不平整造成的散射損耗。因此，需要提出更優(yōu)的方案來替代直接耦合實(shí)現(xiàn)SOI波導(dǎo)與光纖之間的耦合。光柵耦合器作為一種面耦合器，它可以在系統(tǒng)的任何地方實(shí)現(xiàn)信號(hào)的上傳和下載，大大增強(qiáng)了系統(tǒng)的靈活性。光柵耦合器通過光柵的衍射使光路中的光發(fā)生方向偏轉(zhuǎn)，從而將入射到光柵表面的光轉(zhuǎn)向進(jìn)入波導(dǎo)中傳播，或?qū)⒉▽?dǎo)中的光轉(zhuǎn)向從光柵面輸出。由于其是一種面耦合方式，光柵面與光纖面的尺寸大小可以設(shè)計(jì)得很相近，從而減小模斑失配所帶來的耦合損耗。但對(duì)于傳統(tǒng)的光柵結(jié)構(gòu)，由于其對(duì)稱性對(duì)單側(cè)耦合效率的限制，需要采取將光纖傾斜10°角左右入射和接收，加大了器件封裝、對(duì)準(zhǔn)等的難度，因此亟需一種能直接實(shí)現(xiàn)垂直耦合的耦合方案。垂直耦合的光柵耦合器可利用光柵的負(fù)一階衍射效應(yīng)實(shí)現(xiàn)垂直耦合，但同時(shí)由于存在負(fù)二階反射，向襯底方向的衍射和穿過光柵的透射，導(dǎo)致垂直方向耦合效率的降低。因此有必要設(shè)計(jì)一種高效率的垂直耦合光柵耦合器。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的光電子器件的耦合難題，本發(fā)明的目的在于提供一種用于實(shí)現(xiàn)高效率垂直耦合的光柵耦合器及其制作方法，其可實(shí)現(xiàn)光纖與平面光波導(dǎo)之間的垂直耦合。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:—種金屬鍵合的垂直稱合光柵稱合器，其特征在于包括:
一硅片或玻璃片作為載體片；
一金薄膜制作的反射鏡兼作金屬鍵合層，該金屬鍵合層在載體片的上面，作為鍵合材料實(shí)現(xiàn)SOI片和載體片的鍵合，鍵合完成后金薄膜作為反射鏡用來對(duì)垂直向下的衍射光進(jìn)行反射；
一 DVS-BCB膠層，該DVS-BCB膠層在金薄膜反射鏡層的上面，作為條形波導(dǎo)、錐形波導(dǎo)和亞微米波導(dǎo)三者的下限制層；
一娃波導(dǎo)芯層，依次包括一亞微米波導(dǎo)、一錐形波導(dǎo)、一條形波導(dǎo)三者的芯層，該娃波導(dǎo)芯層在DVS-BCB膠層的上面，與亞微米波導(dǎo)連接處為錐形波導(dǎo)的窄端，該錐形波導(dǎo)芯層長度150-1000 μ m，錐形波導(dǎo)的寬端連接處為條形波導(dǎo)，在該條形波導(dǎo)芯層的表面制作有耦合光柵和反射光柵，稱合光柵用于實(shí)現(xiàn)對(duì)來自條形波導(dǎo)中的入射光的垂直稱合，反射光柵用于實(shí)現(xiàn)對(duì)未被衍射直接透射的入射光進(jìn)行反射；
一二氧化硅層，該二氧化硅層在硅波導(dǎo)芯層的上面，作為條形波導(dǎo)、錐形波導(dǎo)和亞微米波導(dǎo)三者的上限制層；
一光纖，該光纖在耦合光柵正上方的上限制層的上方，光纖的軸線與上限制層表面法線平行，該光纖用于接收向上的垂直衍射光。上限制層、波導(dǎo)芯層(光柵層刻蝕在該芯層表面)、下限制層、反射鏡層和載體片層。波導(dǎo)結(jié)構(gòu)(上限制層、波導(dǎo)芯層、下限制層三層組成)由一條形波導(dǎo)、錐形波導(dǎo)和亞微米波導(dǎo)在水平方向上銜接而成。上限制層為二氧化硅材料，波導(dǎo)芯層為硅材料，下限制層為DVS-BCB材料，反射鏡層為金材料，金反射鏡層同時(shí)是Au/Au鍵合層材料，載體片層可以為娃材料或者二氧化娃玻璃，光柵層包括稱合光柵和反射光柵，稱合光柵和反射光柵均制作在條形波導(dǎo)芯層的下表面，反射光柵在耦合光柵的左側(cè)，與條形波導(dǎo)連接的是錐形波導(dǎo)，與錐形波導(dǎo)連接的是亞微米波導(dǎo)，在二氧化硅層的上方有用于接收向上垂直衍射光的光纖，光纖的軸線與耦合光柵表面法線平行。本發(fā)明利用耦合光柵可以將通過硅波導(dǎo)芯層的光垂直衍射出波導(dǎo)，衍射方向與硅波導(dǎo)表面垂直，衍射出的光被置于稱合光柵上部二氧化娃層外面的光纖接收；上限制層為二氧化硅材料，下限制層為DVS-BCB材料。一種金屬鍵合的垂直耦合光柵耦合器的制作方法，具體步驟為:步驟1:在硅襯底上依次制作上限制層和硅波導(dǎo)芯層，形成SOI片；步驟2:清洗SOI片表面的硅波導(dǎo)芯層，烘干；步驟3:將烘干的SOI片放入勻膠機(jī)中，旋涂光刻膠層，烘干；步驟4:采用電子束曝光工藝對(duì)SOI片表面的光刻膠進(jìn)行曝光，形成條形波導(dǎo)、錐形波導(dǎo)和亞微米波導(dǎo)的光刻膠掩膜圖形；步驟5:采用感應(yīng)耦合等離子體刻蝕，形成條形波導(dǎo)、錐形波導(dǎo)和亞微米波導(dǎo)三者的芯層和上限制層；步驟6:將制有條形波導(dǎo)、錐形波導(dǎo)和亞微米波導(dǎo)三者的芯層和上限制層的SOI片放于勻膠機(jī)中，旋涂光刻膠。步驟7:采用電子束曝光工藝在條形波導(dǎo)芯層表面進(jìn)行曝光，形成耦合光柵和反射光柵的光刻膠掩膜圖形；步驟8:對(duì)曝光后的SOI片進(jìn)行顯影定影；步驟9:采用感應(yīng)耦合等離子體刻蝕，形成耦合光柵和反射光柵；步驟10:清洗已形成耦合光柵和反射光柵的SOI片表面的硅波導(dǎo)芯層，烘干；
步驟11:將烘干的SOI片放入勻膠機(jī)中，在硅波導(dǎo)芯層表面旋涂DVS-BCB膠層，烘干；步驟12:將烘干的SOI片上DVS-BCB表面蒸鍍一層金薄膜作反射鏡；
步驟13:將一硅載體片或玻璃載體片清洗烘干后，蒸鍍一層金薄膜；步驟14:蒸鍍金薄膜后的硅載體片或玻璃載體片與蒸鍍金薄膜后的SOI片進(jìn)行金
/金鍵合；步驟15:去除SOI片的硅襯底，露出上限制層；步驟16:在耦合光柵正上方的上限制層的上方放置一光纖，光纖的軸線與上限制層表面法線平行。其中所述步驟3中，光刻膠在烘片機(jī)中在140_200°C下烘14_20分鐘。其中所述步驟11中，DVS-BCB膠在烘片機(jī)中在250°C下烘I小時(shí)。其中所述娃波芯層的厚度不大于260nm,上、下限制層的厚度不小于I μ m。其中錐形波導(dǎo)長度150 μ m以上。其中所述耦合光柵和反射光柵面積之和為250_350μπι2，光柵的刻蝕深度為20-260nm,耦合光柵和反射光柵的寬度相等，均為10-14 μ m。其中所述耦合光柵和反射光柵為亞微米量級(jí)的均勻周期光柵，耦合光柵周期數(shù)為10-40，反射光柵周期數(shù)在40以上，耦合光柵和反射光柵的占空比均為0.5。


圖1是本發(fā)明金屬鍵合的垂直耦合光柵耦合器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是金屬鍵合的垂直耦合光柵耦合器結(jié)構(gòu)的截面示意圖。圖3 (a)是實(shí)施例步驟I中在硅襯底9上依次制作上限制層7和硅波導(dǎo)芯層8，形成SOI片的 圖3 (b)是實(shí)施例步驟6中將制作有條形波導(dǎo)、錐形波導(dǎo)和亞微米波導(dǎo)三者的芯層和上限制層的SOI片放于勻膠機(jī)中，旋涂光刻膠層10后的 圖3 (c)是實(shí)施例步驟7中采用電子束曝光工藝在條形波導(dǎo)3芯層表面進(jìn)行曝光，形成率禹合光柵5和反射光柵4圖形后的 圖3 (d)是實(shí)施例步驟8中曝光后的SOI片進(jìn)行顯影定影后的 圖3 (e)是實(shí)施例步驟9中采用感應(yīng)耦合等離子體刻蝕，在硅波導(dǎo)芯層8表面形成耦合光柵5和反射光柵4后的 圖3 (f)是實(shí)施例步驟10中清洗已形成耦合光柵5和反射光柵4的SOI片表面的硅波導(dǎo)芯層8，烘干后的 圖3 (g)是實(shí)施例步驟11中將烘干的SOI片放入勻膠機(jī)中，在硅波導(dǎo)芯層8表面旋涂DVS-BCB膠層11，烘干后的 圖3 (h)是實(shí)施例步驟12中將烘干的SOI片上DVS-BCB膠層11表面蒸鍍一層金薄膜12作反射鏡后的 圖3 (i)是實(shí)施例步驟13中將一硅載體片或玻璃載體片13清洗烘干后，在上表面蒸鍍金薄膜層14后的 圖3 (j)是實(shí)施例步驟14中蒸鍍了金薄膜層14的硅載體片或玻璃載體片13與蒸鍍了金薄膜層12的SOI片進(jìn)行金/金鍵合，金薄膜層14和金薄膜層12鍵合后形成整體的金薄膜層15后的 圖3 (k)是實(shí)施例步驟15中去除SOI片的硅襯底9，露出上限制層7后的圖。
圖4是本發(fā)明具體實(shí)施例中金屬鍵合的垂直耦合光柵耦合器的耦合效率與波長之間的關(guān)系不意圖。圖5是本發(fā)明具體實(shí)施例中金屬鍵合的垂直耦合光柵耦合器在入射光波長為1550nm時(shí)光柵稱合器各層中的電磁波電場(chǎng)分量的分布不意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和特征作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。如圖1、圖2所示，一種金屬鍵合的垂直耦合光柵耦合器，包括:—載體片13,該載體片為娃片或者玻璃片；一反射鏡層15兼作鍵合層，該反射鏡層為金材料；反射鏡厚度不小于50nm ;可以對(duì)率禹合光柵垂直向下的衍射光進(jìn)行高反射，以提高娃波導(dǎo)芯層8與光纖6之間的I禹合效率；一下限制層11，該下限制層11為DVS-BCB材料；一硅波導(dǎo)芯層8，該波導(dǎo)芯層8制作在上限制層7下面；該波導(dǎo)芯層8厚度不大于260nm ;該波導(dǎo)芯層8包括:亞微米波導(dǎo)1、錐形波導(dǎo)2和條形波導(dǎo)3三者的芯層；亞微米波導(dǎo)I為長方體；該亞微米波導(dǎo)I的寬度小于I μ m ;錐形波導(dǎo)2的窄端與亞微米波導(dǎo)I連接，另一端與條形波導(dǎo)3連接；該錐形波導(dǎo)2的長度150 μ m以上，寬度介于亞微米波導(dǎo)I與條形波導(dǎo)3之間，由于錐形波導(dǎo)2足夠長，亞微米波導(dǎo)I和條形波導(dǎo)3之間的傳輸損耗可以忽略；在條形波導(dǎo)3的下表面制作有稱合光柵5和反射光柵4 ；一上限制層7，該上限制層7為二氧化硅材料；—光纖6，該光纖6用于接收耦合光柵5的垂直向上衍射光，光纖6的軸線與上限制層7的表面法線平行。其中所述硅波導(dǎo)芯層8和上限制層7是去除了硅襯底9的SOI片。本發(fā)明娃波導(dǎo)芯層8的厚度不大于260nm,上、下限制層的厚度大于I μ m,由于上、下限制層材料的折射率小于硅波導(dǎo)芯層，可以將光限制在硅波導(dǎo)芯層中；耦合光柵5和反射光柵4面積之和為250-350 μ m2，耦合光柵5和反射光柵4的刻蝕深度為20_260nm，耦合光柵和反射光柵二者的光柵齒長度相等，均為10-14 μ m。其中所述耦合光柵和反射光柵為亞微米量級(jí)的均勻周期光柵，耦合光柵周期數(shù)為10-40，反射光柵周期數(shù)在40以上，耦合光柵和反射光柵的占空比均為0.5,反射光柵4的周期為稱合光柵5的周期的一半。本發(fā)明中由于I禹合光柵5制作在條形波導(dǎo)3的下表面上,可以將光I禹合出波導(dǎo)進(jìn)入外部的光纖。亞微米波導(dǎo)I中的入射光經(jīng)過錐形波導(dǎo)2進(jìn)入條形波導(dǎo)3中的耦合光柵區(qū)域，被耦合光柵衍射，衍射光分為:由負(fù)一階衍射引起的垂直向上衍射和垂直向下衍射、由負(fù)二階衍射引起的與入射光方向相反的二階背反射三個(gè)部分，其中垂直向上的衍射光被光纖6接收，垂直向下的衍射光經(jīng)底部的金反射鏡反射后再受耦合光柵衍射有部分光垂直向上出射被光纖6接收。由于耦合光柵5的長度與光纖6的芯層直徑相當(dāng)，耦合光柵長度有限，有部分入射光來不及被衍射直接穿過耦合光柵區(qū)域向前透射，這部分透射光經(jīng)過反射光柵4反射后被耦合光柵5衍射；通過合理選擇反射光柵4和耦合光柵5之間的間距，可以利用反射光柵4和耦合光柵5的反射光之間發(fā)生相消干涉來減弱或消除二階背反射。通過上述措施，可以獲得垂直方向具有高耦合效率的光柵耦合器。
本發(fā)明提供一種金屬鍵合的垂直耦合光柵耦合器的制作方法，如圖3所示，包括如下步驟:步驟1:在硅襯底9上依次制作上限制層7和硅波導(dǎo)芯層8，形成SOI片，如圖3(a)所示；步驟2:清洗SOI片表面的硅波導(dǎo)芯層8，烘干；步驟3:將烘干的SOI片放入勻膠機(jī)中，旋涂光刻膠層，烘干；其中所述步驟3中，光刻膠在烘片機(jī)中在140-200°C下烘14-20分鐘。步驟4:采用電子束曝光工藝對(duì)SOI片表面的光刻膠進(jìn)行曝光，形成條形波導(dǎo)3、錐形波導(dǎo)2和亞微米波導(dǎo)I的光刻膠掩膜圖形；步驟5:采用感應(yīng)耦合等離子體刻蝕，形成條形波導(dǎo)、錐形波導(dǎo)和亞微米波導(dǎo)三者的芯層和上限制層，如圖1中所示；步驟6:將制作有條形波導(dǎo)、錐形波導(dǎo)和亞微米波導(dǎo)三者的芯層和上限制層的SOI片放于勻膠機(jī)中，旋涂光刻膠層10，如圖3 (b)所示步驟7:，采用電子束曝光工藝在條形波導(dǎo)3芯層表面進(jìn)行曝光，形成耦合光柵5和反射光柵4的圖形，如圖3 (c)所示；其中所述耦合光柵5和反射光柵4面積之和為250-350 μ m2,稱合光柵5和反射光柵4光柵齒的長度相等,均為10-14μηι。其中所述I禹合光柵5和反射光柵4為亞微米量級(jí)的均勻周期光柵，耦合光柵5周期數(shù)為10-40，反射光柵4周期數(shù)在40以上，耦合光柵5和反射光柵4的占空比均為0.5 ；步驟8:曝光后的SOI片進(jìn)行顯影定影，如圖3 (d)所示；步驟9:采用感應(yīng)耦合等離子體刻蝕，在硅波導(dǎo)芯層8表面形成耦合光柵5和反射光柵4,如圖3 Ce)所不,稱合光柵5和反射光柵4的刻蝕深度為20-260nm ；步驟10:清洗已形成耦合光柵5和反射光柵4的SOI片表面的硅波導(dǎo)芯層8，烘干，如圖3 (f)所示；步驟11:將烘干的SOI片放入勻膠機(jī)中，在硅波導(dǎo)芯層8表面旋涂DVS-BCB膠層11，烘干，如圖3 (g)所示。其中所述步驟11中，DVS-BCB膠在烘片機(jī)中在250°C下烘I小時(shí)；步驟12:將烘干的SOI片上DVS-BCB膠層11表面蒸鍍一層金薄膜12作反射鏡，如圖3 (h)所示；步驟13:將一硅載體片或玻璃載體片13清洗烘干后，在上表面蒸鍍金薄膜層14，如圖3 (i)所示；步驟14:蒸鍍了金薄膜層14的硅載體片或玻璃載體片13與蒸鍍了金薄膜層12的SOI片進(jìn)行金/金鍵合，金薄膜層14和金薄膜層12鍵合后形成整體的金薄膜層15，如圖3(j )所示；步驟15:去除SOI片的硅襯底9，露出上限制層7，如圖3 (k)所示；步驟16:在稱合光柵5正上方的上限制層7的上方放置一光纖6,光纖6的軸線與上限制層6表面法線平行。圖4是本發(fā)明金屬鍵合的垂直耦合光柵耦合器具體實(shí)施例耦合效率的仿真曲線。曲線橫軸為波長，縱軸為耦合效率，也即是硅波導(dǎo)芯層8中輸入光功率為I時(shí)垂直耦合進(jìn)入光纖6中的光功率，在波長為1550nm時(shí)，耦合效率最高為89.5%。圖5是本發(fā)明金屬鍵合的垂直稱合光柵稱合器具體實(shí)施例在入射光波長為1550nm時(shí)光柵稱合器各層中的電磁波電場(chǎng)分量的分布，入射光從娃波導(dǎo)芯層8的左邊入射,經(jīng)過稱合光柵5實(shí)現(xiàn)向上垂直衍射,來不及向上衍射就向左透射的部分入射光經(jīng)過反射光柵4反射回來，然后再次經(jīng)過耦合光柵向上垂直衍射，圖5中可以看出絕大部分入射光都實(shí)現(xiàn)了向上垂直耦合。圖4和圖5采用的仿真工具是基于本征模展開方法的二維全矢量開源軟件Camfr，仿真中采用的具體結(jié)構(gòu)參數(shù)為:硅載體片13厚度Ιμπι (該層厚度對(duì)仿真結(jié)果無影響，仿真中取值比實(shí)際載體片厚度小得多)，金反射鏡15厚度70nm，DVS-BCBl I厚度1190nm，硅波導(dǎo)芯層8的厚度220nm，二氧化硅層7厚度I μ m，耦合光柵5和反射光柵4的周期(周期數(shù))、占空比、刻蝕深度依次為560nm (20)、0.5、40nm，反射光柵4的周期(周期數(shù))、占空比、刻蝕深度依次為280nm (50)、0.5、40nm,稱合光柵5和反射光柵4之間的間距為80nm。以上所述，僅為本發(fā)明中的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉該技術(shù)的人在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種金屬鍵合的垂直稱合光柵稱合器，其特征在于包括: 一硅片或玻璃片作為載體片； 一金薄膜制作的反射鏡兼作金屬鍵合層，該金屬鍵合層在載體片的上面； 一 DVS-BCB膠層，該DVS-BCB膠層在金薄膜反射鏡層的上面，作為條形波導(dǎo)、錐形波導(dǎo)和亞微米波導(dǎo)三者的下限制層； 一娃波導(dǎo)芯層，依次包括一亞微米波導(dǎo)、一錐形波導(dǎo)、一條形波導(dǎo)三者的芯層，該娃波導(dǎo)芯層在DVS-BCB膠層的上面，與亞微米波導(dǎo)連接處為錐形波導(dǎo)的窄端，該錐形波導(dǎo)芯層長度150-1000 μ m，錐形波導(dǎo)的寬端連接處為條形波導(dǎo)，在該條形波導(dǎo)芯層的表面制作有耦合光柵和反射光柵，稱合光柵用于實(shí)現(xiàn)對(duì)來自條形波導(dǎo)中的入射光的垂直稱合，反射光柵用于實(shí)現(xiàn)對(duì)未被衍射直接透射的入射光進(jìn)行反射； 一二氧化硅層，該二氧化硅層在硅波導(dǎo)芯層的上面，作為條形波導(dǎo)、錐形波導(dǎo)和亞微米波導(dǎo)三者的上限制層； 一光纖，該光纖在耦合光柵正上方的上限制層的上方，光纖的軸線與上限制層表面法線平行，該光纖用于接收向上的垂直衍射光。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬鍵合的垂直耦合光柵耦合器，其特征在于:所述硅波導(dǎo)芯層的厚度不大于260nm，上下限制層的厚度不小于I μ m，金薄膜層的厚度不小于50nm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬鍵合的垂直耦合光柵耦合器，其特征在于:所述耦合光柵和反射光柵的面積之和為250-350 μ m2,稱合光柵和反射光柵光柵槽的刻蝕深度為20-260nm,稱合光柵和反射光柵光柵齒的長度相等,均為10-14 μ m。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的金屬鍵合的垂直耦合光柵耦合器，其中所述耦合光柵和反射光柵為亞微米量級(jí)的均勻周期光柵，耦合光柵周期數(shù)為10-40，反射光柵周期數(shù)在40以上，I禹合光柵和反射光柵的占空比均為0.5。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬鍵合的垂直耦合光柵耦合器的制作方法，包括如下步驟: 步驟1:在硅襯底上依次制作上限制層和硅波導(dǎo)芯層，形成SOI片； 步驟2:清洗SOI片表面的硅波導(dǎo)芯層，烘干； 步驟3:將烘干的SOI片放入勻膠機(jī)中，旋涂光刻膠層，烘干； 步驟4:采用電子束曝光工藝對(duì)SOI片表面的光刻膠進(jìn)行曝光，形成條形波導(dǎo)、錐形波導(dǎo)和亞微米波導(dǎo)的光刻膠掩膜圖形； 步驟5:采用感應(yīng)耦合等離子體刻蝕，形成條形波導(dǎo)、錐形波導(dǎo)和亞微米波導(dǎo)三者的芯層和上限制層； 步驟6:將制有條形波導(dǎo)、錐形波導(dǎo)和亞微米波導(dǎo)的SOI片放于勻膠機(jī)中，旋涂光刻膠； 步驟7:采用電子束曝光工藝在條形波導(dǎo)層表面進(jìn)行曝光，形成耦合光柵和反射光柵的圖形； 步驟8:曝光后的SOI片進(jìn)行顯影定影； 步驟9:采用感應(yīng)耦合等離子體刻蝕，形成耦合光柵和反射光柵； 步驟10:清洗已形成耦合光柵和反射光柵的SOI片表面的硅波導(dǎo)芯層，烘干； 步驟11:將烘干的SOI片放入勻膠機(jī)中，在硅波導(dǎo)芯層表面旋涂DVS-BCB膠層，烘干；步驟12:將烘干的SOI片上DVS-BCB層表面蒸鍍一層金薄膜作反射鏡； 步驟13:將一硅載體片或玻璃載體片清洗烘干后，蒸鍍一層金薄膜； 步驟14:蒸鍍金薄膜后的硅載體片或玻璃載體片與蒸鍍金薄膜后的SOI片進(jìn)行金/金鍵合； 步驟15:去除SOI片的硅襯底，露出上限制層； 步驟16:在耦合光柵正上方的上限制層的上方放置一光纖，光纖的軸線與上限制層表面法線平行。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的金屬鍵合的垂直耦合光柵耦合器的制作方法，其中所述步驟3中，光刻膠在烘片機(jī)中在140-200°C下烘14-20分鐘。其中所述步驟11中，DVS-BCB膠在烘片機(jī)中在250°C下烘I小時(shí)。
全文摘要
本發(fā)明涉及光子器件技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種金屬鍵合的垂直耦合光柵耦合器及其制備方法。所述光柵耦合器包括一硅片或玻璃片構(gòu)成的載體片；一金屬鍵合層兼作反射鏡層；一DVS-BCB層構(gòu)成的條形波導(dǎo)、錐形波導(dǎo)和亞微米波導(dǎo)三者的下限制層；一硅層構(gòu)成的條形波導(dǎo)、錐形波導(dǎo)和亞微米波導(dǎo)三者的芯層；一二氧化硅埋氧化層構(gòu)成的條形波導(dǎo)、錐形波導(dǎo)和亞微米波導(dǎo)三者的上限制層，條形波導(dǎo)、錐形波導(dǎo)和亞微米波導(dǎo)三者在水平方向相互銜接，在條形波導(dǎo)芯層表面制作有耦合光柵和反射光柵；一光纖，該光纖的一端垂直靠近SOI去除了硅襯底之后的上限制層表面。本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)光纖與平面光波導(dǎo)之間的高效率垂直耦合。
文檔編號(hào)G02B6/34GK103197386SQ20131011165
公開日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2013年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月1日
發(fā)明者郭霞, 武華, 韓明夫 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)