【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于集成光電子，特別是涉及一種薄膜鈮酸鋰電光相位調制器及其制備方法。
技術介紹
1、具有單偏振特性的電光相位調制器是光學系統中的一種常用器件，因其能對光波的相位特性進行調制，在光通信、高功率激光合成、激光雷達、精密測量和傳感等領域有著重要的應用價值。基于鈮酸鋰電光效應的相位調制器具有大帶寬、低插損等優勢，因此鈮酸鋰材料已被廣泛應用于電光相位調制器的制備中。目前絕大多數相位調制器都是由鈮酸鋰晶體材料制作而成，且一般采用質子交換或鈦擴散光波導結構。然而，這種方式形成的鈮酸鋰光波導折射率差小，對于光的限制較弱，因此光模場面積較大，電光重疊度低，導致基于鈮酸鋰晶體材料的相位調制器器件尺寸大、集成度低，限制了其發展與應用。
2、近年來，絕緣體上鈮酸鋰薄膜材料的發展給電光調制器件小型化、集成化提供了一種新的技術路徑。相比于鈮酸鋰晶體材料，薄膜材料在保留鈮酸鋰固有特性的同時，可以將光場限制在微米甚至亞微米尺寸上，可大大提升光場與電場的重疊度，能夠實現電光的高速轉換；除此之外，由于薄膜材料中鈮酸鋰與絕緣體(二氧化硅)的高折射率差，使得其光波導對光場具有更強的束縛能力，可實現器件向小型化及高集成化發展。然而，鈮酸鋰薄膜材料一般采用刻蝕工藝制備脊型光波導，該法制備的光波導表面粗糙且存在生成物，很難精確控制其刻蝕工藝，使得光傳輸損耗變大；其次，刻蝕形成的脊型光波導在光傳輸時，可同時支持te與tm兩種模式偏振光傳輸，器件的偏振消光比較小，限制了單偏振相位調制器的應用。
技術實現思路
2、為了實現本專利技術目的，本專利技術一方面提供了一種薄膜鈮酸鋰電光相位調制器的制備方法，包括以下步驟：
3、s1：提供一薄膜鈮酸鋰晶圓，清洗并干燥；
4、s2：制備薄膜鈮酸鋰擴散型光波導掩膜8；
5、s3：制備薄膜鈮酸鋰擴散型光波導7；
6、s4：制備相位調制區域脊型光波導掩膜8；
7、s5：制備相位調制區域脊型光波導6；
8、s6：制備芯片上包層4；
9、s7：制備調制區域電極5；
10、s8：將制備好的薄膜鈮酸鋰晶圓進行劃片解理，將劃好的薄膜鈮酸鋰晶圓小片兩端進行拋光，完成薄膜鈮酸鋰電光相位調制器的制作。
11、進一步的，所述s2包括以下步驟：
12、s2-1：在所述薄膜鈮酸鋰晶圓表面生長一層擴散型光波導掩膜，其厚度為100-300nm；
13、s2-2：通過光刻顯影在所述擴散型光波導掩膜上制備擴散型光波導圖；
14、s2-3：利用干法刻蝕將光刻膠未覆蓋區域進行刻蝕，刻蝕深度需與所述擴散型光波導掩膜厚度相同；
15、s2-4：去除殘留光刻膠，所述擴散型光波導掩膜8制備完成。
16、進一步的，所述s3具體為：將所述薄膜鈮酸鋰晶圓放入質子交換爐中，進行質子交換，后在管式退火爐中進行退火，所述擴散型光波導制備完成。
17、進一步的，質子源9為苯甲酸和苯甲酸鋰混合液，質子交換溫度為230-245℃，質子交換時間為1-3h；退火環境為氧氣氛圍，退火溫度為300-400℃，退火時間為3-5h。
18、進一步的，所述s4包括以下步驟：
19、s4-1：在擴散型光波導7制備完成的薄膜鈮酸鋰晶圓表面生長一層脊型光波導掩膜，其厚度為600-1000nm；
20、s4-2：通過光刻顯影在所述脊型光波導掩膜上制備脊型光波導圖；
21、s4-3：再利用干法刻蝕的工藝將光刻膠未遮住的區域進行刻蝕，刻蝕深度需與所述脊型光波導掩膜厚度相同；
22、s4-4：去除殘留光刻膠，所述脊型光波導掩膜8制備完成。
23、進一步的，所述s5采用基于氬離子的干法刻蝕對脊型光波導圖進行刻蝕，后去除脊型光波導掩膜，所述脊型光波導6制備完成。
24、進一步的，所述s6具體為在做完擴散型光波導的薄膜鈮酸鋰晶圓表面生長一層高質量氧化硅上包層4，所述上包層4厚度為200～800nm。
25、進一步的，所述s7包括以下步驟：
26、s7-1：在所述薄膜鈮酸鋰晶圓表面濺射一層wti/au，厚度為100/80nm；
27、s7-2：通過光刻顯影在所述表面制備調制區域調制電極所需圖案；
28、s7-3：光刻完成后將所述薄膜鈮酸鋰晶圓放入電鍍液中進行金電鍍，后去除表面光刻膠，再將wti/au腐蝕干凈，此時調制區域的電極5制備完成。
29、另一方面，本專利技術還提供一種薄膜鈮酸鋰電光相位調制器，包括襯底1、絕緣層2、鈮酸鋰薄膜3、上包層4、調制電極5、脊型光波導6、擴散型光波導7；
30、所述襯底1為硅或鈮酸鋰；
31、所述絕緣層2為二氧化硅，其厚度為2～5μm；
32、所述鈮酸鋰薄膜3厚度為5～10μm，切向為x切；
33、所述上包層4為二氧化硅，其厚度為200～800nm；
34、所述調制電極5為推挽電極結構，電極厚度為10～15μm；
35、所述脊型光波導6和擴散型光波導7用于作為本調制器光波導結構。
36、進一步的，輸入輸出端采用所述擴散型光波導，調制區采用所述脊型光波導；所述擴散型光波導深度為2～4μm，所述脊型光波導深度為2～4μm；兩種光波導結構間采用倒錐型光波導過渡結構。
37、與現有技術相比，本專利技術的顯著進步在于：(1)本專利技術采用薄膜鈮酸鋰材料制備的相位調制器與傳統鈮酸鋰體材料制備的電光相位調制器相比，體積尺寸可減小至三分之一；(2)本專利技術采用擴散型波導與脊型波導相結合的方案，既保留了擴散型波導低傳輸損耗與低耦合損耗的優勢，又發揮了脊型波導寬度小，光局域能力更強的特點；(3)本專利技術提供的電光相位調制器結構，可實現光的單偏振傳輸；(4)本專利技術提供的電光相位調制器制備方法，所采用的工藝均為cmos兼容工藝，可實現晶圓級大批量生產，顯著降低調制器生產成本。
38、為更清楚說明本專利技術的功能特性以及結構參數，下面結合附圖及具體實施方式進一步說明。
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1.一種薄膜鈮酸鋰電光相位調制器的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的薄膜鈮酸鋰電光相位調制器的制備方法，其特征在于，所述S2包括以下步驟：
3.根據權利要求1所述的薄膜鈮酸鋰電光相位調制器的制備方法，其特征在于，所述S3具體為：將所述薄膜鈮酸鋰晶圓放入質子交換爐中，進行質子交換，后在管式退火爐中進行退火，所述擴散型光波導制備完成。
4.根據權利要求3所述的薄膜鈮酸鋰電光相位調制器的制備方法，其特征在于，質子源為苯甲酸和苯甲酸鋰混合液，質子交換溫度為230-245℃，質子交換時間為1-3h；退火環境為氧氣氛圍，退火溫度為300-400℃，退火時間為3-5h。
5.根據權利要求1所述的薄膜鈮酸鋰電光相位調制器的制備方法，其特征在于，所述S4包括以下步驟：
6.根據權利要求1所述的薄膜鈮酸鋰電光相位調制器的制備方法，其特征在于，所述S5采用基于氬離子的干法刻蝕對脊型光波導圖進行刻蝕，后去除脊型光波導掩膜，所述脊型光波導制備完成。
7.根據權利要求1所述的薄膜鈮酸鋰電光相位調制器的制備方法
8.根據權利要求1所述的薄膜鈮酸鋰電光相位調制器的制備方法，其特征在于，所述S7包括以下步驟：
9.一種薄膜鈮酸鋰電光相位調制器，其特征在于，包括襯底(1)、絕緣層(2)、鈮酸鋰薄膜(3)、上包層(4)、調制電極(5)、脊型光波導(6)、擴散型光波導(7)；
10.根據權利要求9所述的薄膜鈮酸鋰電光相位調制器，其特征在于，輸入輸出端采用所述擴散型光波導(7)，調制區采用所述脊型光波導(6)；所述擴散型光波導(7)深度為2～4μm，所述脊型光波導(6)深度為2～4μm；兩種光波導結構間采用倒錐型光波導過渡結構。
...【技術特征摘要】
1.一種薄膜鈮酸鋰電光相位調制器的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的薄膜鈮酸鋰電光相位調制器的制備方法，其特征在于，所述s2包括以下步驟：
3.根據權利要求1所述的薄膜鈮酸鋰電光相位調制器的制備方法，其特征在于，所述s3具體為：將所述薄膜鈮酸鋰晶圓放入質子交換爐中，進行質子交換，后在管式退火爐中進行退火，所述擴散型光波導制備完成。
4.根據權利要求3所述的薄膜鈮酸鋰電光相位調制器的制備方法，其特征在于，質子源為苯甲酸和苯甲酸鋰混合液，質子交換溫度為230-245℃，質子交換時間為1-3h；退火環境為氧氣氛圍，退火溫度為300-400℃，退火時間為3-5h。
5.根據權利要求1所述的薄膜鈮酸鋰電光相位調制器的制備方法，其特征在于，所述s4包括以下步驟：
6.根據權利要求1所述的薄膜鈮酸鋰電光相位調制器的制備方法，其特征在于，所述s5采用基于氬...
【專利技術屬性】
技術研發人員：馬琨傑，錢廣，孔月嬋，陳堂勝，
申請(專利權)人：中國電子科技集團公司第五十五研究所，
類型：發明
國別省市：
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