本申請涉及光波導(dǎo)制造，具體公開了光波導(dǎo)、其制造方法及光波導(dǎo)模斑適配器。
背景技術(shù)：
1、光波導(dǎo)因其制造工藝與集成電路工藝（ic）兼容，廣泛應(yīng)用于光纖通信、光纖傳感與光計算等器件。優(yōu)質(zhì)的光波導(dǎo)材料要求具有大折射率差、低傳輸損耗、無需高溫（＜450℃）成形、與ic工藝兼容、光電特性明顯等特點。其中，芯包層折射率差越大，低損耗彎曲半徑也越小，構(gòu)成的光芯片尺寸就越小，反之就越大。
2、光波導(dǎo)制造工藝與ic兼容，形成下包層、芯層沉積、掩膜光刻、芯層刻蝕、上包層沉積。結(jié)構(gòu)包括條形、脊形。常用的光波導(dǎo)材料有窄禁帶類和寬禁帶類之分。
3、窄禁帶材料有硅si、鍺ge、ⅲ-ⅴ族化合物等，折射率較大，具有光生伏特、電致發(fā)光等光電效應(yīng)，缺點是光傳輸損耗大、透明窗口窄，常用于光源、光電探測器、調(diào)制器等有源器件。
4、寬禁帶材料有摻二氧化鍺的二氧化硅sio2-geo2、氮化硅si3n4、氮氧化硅sion、硼磷硅玻璃bpsg（含b2o3、p2o5的sio2玻璃）、離子交換玻璃、二氧化鈦tio2、五氧化二鉭ta2o5、藍寶石al2o3等，光傳輸損耗低，缺點是光電特性不明顯，常用于平面光波導(dǎo)分路器、陣列波導(dǎo)光柵等無源器件。
5、針對寬禁帶材料，如碳化硅sic等，有很好的光電效應(yīng)，在電力電子和射頻功放等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，構(gòu)成的光波導(dǎo)芯包層折射率差較大。sic可通過pvd法（物理氣相沉積法）或cvd法（化學(xué)氣相沉積法）沉膜，且具有較大的二、三階非線性系數(shù)，目前已有光頻轉(zhuǎn)換器、光調(diào)制器、光頻梳等方面的應(yīng)用研究，但更多的應(yīng)用是作為耐磨耐腐耐高溫涂層、鋰電池負(fù)極材料等。
6、現(xiàn)有技術(shù)中，碳氧化硅的制造方式與sic的制造方式相同，且碳氧化硅常用于耐磨耐腐耐高溫涂層、鋰電池負(fù)極材料、ic制程中的硬掩膜和低介電常數(shù)材料等。現(xiàn)有技術(shù)中未見有將碳氧化硅應(yīng)用在光波導(dǎo)的芯層的制造、及芯層的應(yīng)用過程中。
7、有鑒于此，本發(fā)明提供了光波導(dǎo)、其制造方法及光波導(dǎo)模斑適配器，以便解決上述問題。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的在于提供一種光波導(dǎo)、其制造方法及光波導(dǎo)模斑適配器，以獲得一種基于碳氧化硅材料所制成的光波導(dǎo)和光波導(dǎo)模斑適配器。
2、為了達到上述目的，本發(fā)明的基礎(chǔ)方案提供光波導(dǎo)，包括單模低損耗傳輸結(jié)構(gòu)，所述單模低損耗傳輸結(jié)構(gòu)包括芯區(qū)和上下包層，芯區(qū)的材料包括碳氧化硅，上下包層的材料包括sio2或較芯區(qū)碳氧化硅的折射率低的碳氧化硅；
3、在光通信波段1250nm-1650nm之間，碳氧化硅的折射率符合：
4、1.4≤碳氧化硅的折射率≤2.7，芯包層的折射率差δ符合：0%≤δ≤46%。
5、進一步，當(dāng)芯包層的折射率差符合：0%≤δ≤3.5%，同時芯區(qū)的材料采用碳氧化硅，上下包層的材料采用sio2或較芯區(qū)碳氧化硅的折射率低的碳氧化硅時，光波導(dǎo)的芯區(qū)具備矩形截面。
6、進一步，當(dāng)芯包層的折射率差符合：3.5%≤δ≤46%，同時芯區(qū)的材料采用碳氧化硅，上下包層的材料采用sio2或較芯區(qū)碳氧化硅的折射率低的碳氧化硅時，光波導(dǎo)的芯區(qū)具備脊形截面，脊形截面的尺寸符合：
7、；
8、；
9、式中，h為平板波導(dǎo)高度，h為脊形波導(dǎo)高度，w為脊形波導(dǎo)寬度，且h≥h/2、h≥2λ。
10、本發(fā)明的基礎(chǔ)方案還提供了光波導(dǎo)的制造方法，用于制造如上述的光波導(dǎo)，包括如下步驟：
11、步驟a1：在襯底晶圓上制造下包層；
12、步驟a2：通過pvd法或cvd法在下包層上進行低溫沉積碳氧化硅材料，制得芯層；
13、步驟a3：在芯層上制造掩膜層，并在掩膜層上光刻待刻蝕的芯區(qū)設(shè)計版圖；
14、步驟a4：進行芯層刻蝕，形成具備有矩形芯區(qū)或脊形芯區(qū)的光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)；
15、步驟a5：通過pvd法或cvd法在光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)上進行低溫沉積碳氧化硅材料，制得上包層，獲得光波導(dǎo)；
16、其中，芯層碳氧化硅的折射率大于上包層及下包層碳氧化硅的折射率，且，在光通信波段1250nm-1650nm之間，碳氧化硅的折射率符合：1.4≤碳氧化硅的折射率≤2.7，芯包層折射率差δ符合：0%≤δ≤46%。
17、進一步，在步驟a1中，當(dāng)襯底晶圓采用單晶硅氧化片時，其氧化層就是下包層，其氧化層的折射率為1.457±0.001@632.8nm，厚度不小于10μm；
18、當(dāng)襯底晶圓采用單晶硅時，其制造下包層的過程包括以pvd法或cvd法在襯底晶圓上進行低溫沉積碳氧化硅材料。
19、進一步，在步驟a2中，當(dāng)采用pvd法沉積碳氧化硅材料時，使用純度超過99%的sic靶材，在ar等離子體和o2作用下進行碳氧化硅材料的沉積。
20、進一步，在步驟a2中，當(dāng)采用cvd法沉積碳氧化硅材料時，可具體通過lpcvd法、pecvd法及icpcvd法中的任一種在低于350℃的溫度下進行碳氧化硅材料的沉積。
21、進一步，在低于350℃的溫度下進行碳氧化硅材料的沉積過程中，當(dāng)需要制備折射率為1.58@632.8nm的芯層時，具體的過程變量控制如下：射頻rf功率為150w、sih4氣體流量為40sccm、n2o氣體流量為20sccm、cf4氣體流量為80sccm，其中，sih4可替換為等流量的氣態(tài)氘代硅化物，氘代硅化物包括如sid4、si2d6、sidc13、sic12d2中的任一種。
22、進一步，在低于350℃的溫度下進行碳氧化硅材料的沉積過程中，當(dāng)需要制備折射率為1.58@632.8nm的芯層時，具體的過程變量控制如下：射頻rf功率為80w、sih4氣體流量為10sccm、ch4氣體流量為100sccm、co2氣體流量為200sccm，其中，sih4可替換為等流量的氣態(tài)氘代硅化物，氘代硅化物包括如sid4、si2d6、sidc13、sic12d2中的任一種，ch4氣體替換為等流量的cd4氣體。
23、本發(fā)明的基礎(chǔ)方案還提供了光波導(dǎo)模斑適配器，包括光波導(dǎo)和與光波導(dǎo)連接并用于連通光纖的耦合段，所述光波導(dǎo)由上述的制造方法制造而成。
24、本基礎(chǔ)方案的原理及效果在于：
25、1、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所提供的光波導(dǎo)，以折射率區(qū)間在1.4到2.7（包括1.4和2.7）的碳氧化硅作為材料制造，具備傳輸損耗低，很好的熱光系數(shù)的特點，適用于不同尺寸的光波導(dǎo)器件，可用于光電單片集成和混合集成。
26、2、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所提供的基于碳氧化硅材料的光波導(dǎo)，在芯包層大折射率差的情況下仍能實現(xiàn)單模傳輸，與標(biāo)準(zhǔn)的單模光纖耦合損耗低。
27、3、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所提供的基于碳氧化硅材料的光波導(dǎo)制造方法，制造過程中工藝溫度低，無需高溫退火，并與ic制造工藝兼容。
1.光波導(dǎo)，其特征在于，包括單模低損耗傳輸結(jié)構(gòu)，所述單模低損耗傳輸結(jié)構(gòu)包括芯區(qū)和上下包層，芯區(qū)的材料包括碳氧化硅，上下包層的材料包括sio2或較芯區(qū)碳氧化硅的折射率低的碳氧化硅；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光波導(dǎo)，其特征在于，當(dāng)芯包層的折射率差符合：0%≤δ≤3.5%，同時芯區(qū)的材料采用碳氧化硅，上下包層的材料采用sio2或較芯區(qū)碳氧化硅的折射率低的碳氧化硅時，光波導(dǎo)的芯區(qū)具備矩形截面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光波導(dǎo)，其特征在于，當(dāng)芯包層的折射率差符合：3.5%≤δ≤46%，同時芯區(qū)的材料采用碳氧化硅，上下包層的材料采用sio2或較芯區(qū)碳氧化硅的折射率低的碳氧化硅時，光波導(dǎo)的芯區(qū)具備脊形截面，脊形截面的尺寸符合：
4.光波導(dǎo)的制造方法，用于制造如權(quán)利要求2或3所述的光波導(dǎo)，其特征在于，包括如下步驟：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制造方法，其特征在于，在步驟a1中，當(dāng)襯底晶圓采用單晶硅氧化片時，其氧化層就是下包層，其氧化層的折射率為1.457±0.001@632.8nm，厚度不小于10μm；
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制造方法，其特征在于，在步驟a2中，當(dāng)采用pvd法沉積碳氧化硅材料時，使用純度超過99%的sic靶材，在ar等離子體和o2作用下進行碳氧化硅材料的沉積。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制造方法，其特征在于，在步驟a2中，當(dāng)采用cvd法沉積碳氧化硅材料時，可具體通過lpcvd法、pecvd法及icpcvd法中的任一種在低于350℃的溫度下進行碳氧化硅材料的沉積。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制造方法，其特征在于，在低于350℃的溫度下進行碳氧化硅材料的沉積過程中，當(dāng)需要制備折射率為1.58@632.8nm的芯層時，具體的過程變量控制如下：射頻rf功率為150w、sih4氣體流量為40sccm、n2o氣體流量為20sccm、cf4氣體流量為80sccm，其中，sih4可替換為等流量的氣態(tài)氘代硅化物，氘代硅化物包括如sid4、si2d6、sidc13、sic12d2中的任一種。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制造方法，其特征在于，在低于350℃的溫度下進行碳氧化硅材料的沉積過程中，當(dāng)需要制備折射率為1.58@632.8nm的芯層時，具體的過程變量控制如下：射頻rf功率為80w、sih4氣體流量為10sccm、ch4氣體流量為100sccm、co2氣體流量為200sccm，其中，sih4可替換為等流量的氣態(tài)氘代硅化物，氘代硅化物包括如sid4、si2d6、sidc13、sic12d2中的任一種，ch4氣體替換為等流量的cd4氣體。
10.光波導(dǎo)模斑適配器，包括光波導(dǎo)和與光波導(dǎo)連接并用于連通光纖的耦合段，其特征在于，所述光波導(dǎo)由權(quán)利要求4所述的制造方法制造而成。