本發(fā)明涉及波導(dǎo)，尤其涉及一種錐形波導(dǎo)的制備方法、錐形波導(dǎo)。

背景技術(shù)：

1、波導(dǎo)(wave?guide)是集成光電子器件中不可缺少的元件，可廣泛應(yīng)用于光功率分裂器、光耦合器、光調(diào)制器、基于干涉儀的交換機(jī)、半導(dǎo)體激光器和密集波分多路復(fù)用(dense?wavelength?divisionmultiplexing，dwdm)通信系統(tǒng)等領(lǐng)域。

2、在波導(dǎo)的設(shè)計與制造過程中，散射損失(scattering?loss)是評估其傳輸效率與質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，該損失與波導(dǎo)的中心層(core?layer)和包覆層(cladding?layer)之間的折射率差值平方成正比關(guān)系。傳統(tǒng)硅(si)/二氧化硅(sio2)波導(dǎo)體系雖已成熟應(yīng)用，但受限于其較大的折射率差，導(dǎo)致散射損失相對較高，在光源波長低于1100nm時會遭遇顯著的光吸收現(xiàn)象，限制了其在特定波長范圍內(nèi)的應(yīng)用效果。相比之下，氮化硅(sin)/二氧化硅(sio2)波導(dǎo)體系憑借其較小的折射率差，理論上能夠顯著降低散射損失，從而在更寬的波長范圍內(nèi)(如400-2000nm)實現(xiàn)高效、低損耗的光傳輸，使得sin/sio2波導(dǎo)可廣泛應(yīng)用于包括但不限于擴(kuò)展現(xiàn)實顯示(xr?displays)、量子計算(quantum?computing)、量子傳感(quantum?sensing)、數(shù)據(jù)通信(datacom)、陀螺儀(gyros)以及電信(telecom)等領(lǐng)域。

3、傳統(tǒng)的脊(rib)波導(dǎo)和通道(channel)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)在與激光器或單模光纖進(jìn)行光耦合時，存在模態(tài)不匹配現(xiàn)象，導(dǎo)致耦合損耗，降低光耦合效率，增加系統(tǒng)的整體損耗。

4、為克服模態(tài)不匹配的問題，現(xiàn)有技術(shù)中主流方案是通過在波導(dǎo)中引入錐形結(jié)構(gòu)，錐形結(jié)構(gòu)通過逐漸改變波導(dǎo)的橫截面尺寸和形狀，在波導(dǎo)與光源之間實現(xiàn)更平滑的模態(tài)過渡，減少因模態(tài)不匹配引起的耦合損耗，從而提高光耦合效率。

5、然而，盡管錐形結(jié)構(gòu)在理論上具有顯著優(yōu)勢，其制造工藝卻面臨諸多挑戰(zhàn)。目前主流的制造方案是通過灰度級掩模在中心層上形成具有傾斜外形的光敏抗抗蝕劑圖案，將光敏抗蝕劑圖案的形狀轉(zhuǎn)錄到中心層上。該方案需要搭配光敏抗蝕劑和灰度級掩膜來形成3d錐形波導(dǎo)。

6、另一種制造錐形結(jié)構(gòu)的方案是根據(jù)錐形結(jié)構(gòu)的形狀和尺寸，利用3d灰度光刻技術(shù)對光刻膠進(jìn)行曝光、顯影，得到光刻膠層錐形結(jié)構(gòu)圖案，然后將光刻膠層錐形結(jié)構(gòu)圖案轉(zhuǎn)移至頂部硅層。該方案需要依賴于3d灰度光刻技術(shù)。

7、綜上，現(xiàn)有的錐形結(jié)構(gòu)制造工藝通常都需要定制化的灰度光刻板或昂貴的直寫式曝光設(shè)備，增加了生產(chǎn)成本和工藝復(fù)雜度，不利于大規(guī)模推廣應(yīng)用。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種錐形波導(dǎo)的制備方法、錐形波導(dǎo)。

2、本發(fā)明所解決的技術(shù)問題可以采用以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

3、一種錐形波導(dǎo)的制備方法，包括：

4、步驟s1，在基片上依次形成下包覆層和第一中心層；

5、步驟s2，在所述第一中心層上形成具有傾斜側(cè)壁的光刻膠；

6、步驟s3，以具有傾斜側(cè)壁的所述光刻膠為掩膜，對所述第一中心層進(jìn)行刻蝕，形成錐形中心層；

7、步驟s4，根據(jù)錐形波導(dǎo)的應(yīng)用波長，調(diào)整所述錐形中心層的厚度；

8、步驟s5，在所述錐形中心層上形成上包覆層，以制備得到所述錐形波導(dǎo)。

9、優(yōu)選地，所述基片為硅襯底、玻璃襯底、砷化鎵襯底、磷化銦襯底、氮化鎵襯底、藍(lán)寶石襯底中的任意一種。

10、優(yōu)選地，所述步驟s2包括：

11、步驟s21，在所述第一中心層上涂覆光刻膠；

12、步驟s22，對所述光刻膠進(jìn)行曝光且曝光不足，以在所述第一中心層上形成具有傾斜側(cè)壁的所述光刻膠。

13、優(yōu)選地，所述步驟s22中，根據(jù)所述光刻膠的類型，調(diào)整曝光時間，以實現(xiàn)曝光不足。

14、優(yōu)選地，所述步驟s22中，采用以下方式調(diào)整曝光時間包括：

15、若所述光刻膠的類型為正性光刻膠，減少曝光時間；

16、若所述光刻膠的類型為負(fù)性光刻膠，增加曝光時間。

17、優(yōu)選地，所述步驟s4中，根據(jù)錐形波導(dǎo)的應(yīng)用波長，增加所述錐形中心層的厚度。

18、優(yōu)選地，所述步驟s5中，在所述錐形中心層上形成上包覆層后，還包括：

19、對所述基片、所述下包覆層、所述錐形中心層和所述上包覆層在垂直于所述基片的第一方向上一同進(jìn)行光刻和刻蝕，以制備得到所述錐形波導(dǎo)。

20、本發(fā)明還提供一種錐形波導(dǎo)，采用如上述述的錐形波導(dǎo)的制備方法制備得到，所述錐形波導(dǎo)包括：

21、下包覆層，形成于基片上；

22、錐形中心層，采用具有傾斜側(cè)壁的光刻膠為掩膜刻蝕形成于所述下包覆層上，所述錐形中心層的厚度關(guān)聯(lián)于所述錐形波導(dǎo)的應(yīng)用波長；

23、上包覆層，形成于所述錐形中心層上。

24、優(yōu)選地，所述錐形波導(dǎo)在垂直于所述基片的第一方向上依次包括第一錐形波導(dǎo)部分、第二錐形波導(dǎo)部分和第三錐形波導(dǎo)部分；

25、所述第一錐形波導(dǎo)部分的厚度和所述第三錐形波導(dǎo)部分的厚度均保持不變，所述第二錐形波導(dǎo)部分的厚度以第一預(yù)設(shè)錐度趨勢減小，直至與所述第三錐形波導(dǎo)部分的厚度相同為止；

26、所述第一錐形波導(dǎo)部分和所述第二錐形波導(dǎo)部分的寬度以第二預(yù)設(shè)錐度趨勢減小，直至與所述第三錐形波導(dǎo)部分的寬度相同為止；

27、所述第三錐形波導(dǎo)部分的寬度以第三預(yù)設(shè)錐度趨勢減小；

28、所述第二預(yù)設(shè)錐度趨勢與所述第三預(yù)設(shè)錐度趨勢不同。

29、優(yōu)選地，所述第二預(yù)設(shè)錐度趨勢大于所述第三預(yù)設(shè)錐度趨勢。

30、優(yōu)選地，所述第一錐形波導(dǎo)部分和所述第二錐形波導(dǎo)部分為多模錐形波導(dǎo)，所述第三錐形波導(dǎo)部分為單模錐形波導(dǎo)。

31、本發(fā)明技術(shù)方案的優(yōu)點(diǎn)或有益效果在于：

32、本發(fā)明制備得到的錐形波導(dǎo)，能夠降低與激光器光源或光纖耦合時的光損耗，提升器件的整體效能；同時，在錐形波導(dǎo)制備過程中，以具有側(cè)壁傾斜的光刻膠作為掩膜，形成具有側(cè)壁傾斜的錐形中心層，無需額外定制灰度光刻板或昂貴的直寫漸變光刻機(jī)，降低了生產(chǎn)成本，能夠大規(guī)模推廣應(yīng)用。

技術(shù)特征：

1.一種錐形波導(dǎo)的制備方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述基片為硅襯底、玻璃襯底、砷化鎵襯底、磷化銦襯底、氮化鎵襯底、藍(lán)寶石襯底中的任意一種。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟s2包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述步驟s22中，根據(jù)所述光刻膠的類型，調(diào)整曝光時間，以實現(xiàn)曝光不足。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述步驟s22中，采用以下方式調(diào)整曝光時間包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟s4中，根據(jù)錐形波導(dǎo)的應(yīng)用波長，增加所述錐形中心層的厚度。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟s5中，在所述錐形中心層上形成上包覆層后，還包括：

8.一種錐形波導(dǎo)，其特征在于，采用如權(quán)利要求1-7任意一項所述的錐形波導(dǎo)的制備方法制備得到，所述錐形波導(dǎo)包括：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的錐形波導(dǎo)，其特征在于，所述錐形波導(dǎo)在垂直于所述基片的第一方向上依次包括第一錐形波導(dǎo)部分、第二錐形波導(dǎo)部分和第三錐形波導(dǎo)部分；

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的錐形波導(dǎo)，其特征在于，所述第二預(yù)設(shè)錐度趨勢大于所述第三預(yù)設(shè)錐度趨勢。

11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的錐形波導(dǎo)，其特征在于，所述第一錐形波導(dǎo)部分和所述第二錐形波導(dǎo)部分為多模錐形波導(dǎo)，所述第三錐形波導(dǎo)部分為單模錐形波導(dǎo)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種錐形波導(dǎo)的制備方法、錐形波導(dǎo)，屬于波導(dǎo)技術(shù)領(lǐng)域，包括：步驟S1，在基片上依次形成下包覆層和第一中心層；步驟S2，在第一中心層上形成具有傾斜側(cè)壁的光刻膠；步驟S3，以具有傾斜側(cè)壁的光刻膠為掩膜，對第一中心層進(jìn)行刻蝕，形成錐形中心層；步驟S4，根據(jù)錐形波導(dǎo)的應(yīng)用波長，調(diào)整錐形中心層的厚度；步驟S5，在錐形中心層上形成上包覆層，以制備得到所述錐形波導(dǎo)。有益效果：本發(fā)明以具有側(cè)壁傾斜的光刻膠作為掩膜，形成具有側(cè)壁傾斜的錐形中心層，無需額外定制灰度光刻板或昂貴的直寫漸變光刻機(jī)，降低了生產(chǎn)成本，能夠大規(guī)模推廣應(yīng)用。

技術(shù)研發(fā)人員：請求不公布姓名,朱忻
受保護(hù)的技術(shù)使用者：蘇州矩陣集成電路科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6