專利名稱：一種制備玻璃基硅光波導(dǎo)材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制備硅光波導(dǎo)材料的方法，尤其是涉及一種制備玻璃基硅光波導(dǎo)材料的方法。
背景技術(shù)：
光波導(dǎo)是光信號傳輸?shù)囊环N主要載體，它在集成光學(xué)領(lǐng)域中有重要的應(yīng)用價(jià)值。常見的光波導(dǎo)材料有二氧化硅、鈮酸鋰、III-V族化合物、聚合物、絕緣體上硅(SOI)材料等。其中，硅光波導(dǎo)材料SOI因?yàn)榫哂欣诩傻亩喙δ苄远饾u成為極具潛力的一種材料，但它不適合下層工藝，不能在頂層硅的下方制作電極或進(jìn)行其它工藝加工。而通過鍵合工藝得到的玻璃基硅光波導(dǎo)材料就具有光限制好和可以同時(shí)制作上、下電極等優(yōu)點(diǎn)。申請?zhí)枮?0115581.4的發(fā)明公開了一種玻璃上的硅光波導(dǎo)材料制作方法，但由于采用了普通硅片的減薄技術(shù)，所以很難保證硅層的厚度均勻性，而且不能得到特別薄的硅層。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種制備玻璃基硅光波導(dǎo)材料的方法。它是以玻璃作為襯底，硅作為導(dǎo)波層，從而實(shí)現(xiàn)光的傳輸。
具體實(shí)施方案是利用絕緣體上硅材料(SOI)片與玻璃的鍵合和自停止效應(yīng)制備玻璃基硅光波導(dǎo)材料(SOI)，進(jìn)而制作硅光波導(dǎo)。具體制作步驟如下(1)SOI硅片和玻璃片經(jīng)常規(guī)清洗后烘干；
(2)SOI硅片的頂層硅和玻璃片的拋光面在靜電鍵合機(jī)上進(jìn)行鍵合；鍵合溫度360-380℃，鍵合電壓800-1200伏；(3)鍵合后去除SOI硅片的底層硅。
所述的硅光波導(dǎo)材料的制作方法，其特征在于鍵合前可以在所采用的SOI硅片的頂層硅上生長氧化硅、氮化硅、氮化鋁中一種膜。
所述的硅光波導(dǎo)材料的制作方法，其特征在于在步驟(1)之前可以在SOI硅片或玻璃片上預(yù)制電極和進(jìn)行刻蝕圖形預(yù)加工工藝。
所述的硅光波導(dǎo)材料的制作方法，其特征在于去除SOI硅片底層硅所采用的是高選擇性的腐蝕劑。底層硅表面生長的氧化層和緩沖氧化層用1∶10體積比氫氟酸溶液腐蝕，底層硅用40-60％(質(zhì)量)濃度的KOH溶液腐蝕。
所述的硅光波導(dǎo)材料的制作方法，其特征在于去除SOI硅片底層硅的方法可以是干法刻蝕、濕法腐蝕，或者兩者組合方法，并輔以機(jī)械拋光、化學(xué)拋光或電化學(xué)腐蝕或其組合方法。
所述的硅光波導(dǎo)材料的制作方法，其特征在于在步驟(3)之后可以根據(jù)需要對SOI硅片的緩沖氧化層采取去除或刻蝕圖形處理。
本發(fā)明具有的有益的效果是(1)本發(fā)明得到的硅光波導(dǎo)材料的導(dǎo)波層厚度可以從幾十納米到幾微米，而且厚度均勻性高；(2)玻璃作為限制層，限制效果好，尤其是對于導(dǎo)波層特別薄的情況下，普通SOI材料的緩沖氧化層已經(jīng)不能實(shí)現(xiàn)對光的限制；(3)鍵合面在鍵合之前可以通過各種工藝過程來實(shí)現(xiàn)設(shè)定的圖案、電極等。


圖1SOI硅片和玻璃鍵合示意2實(shí)施例1所述的玻璃基硅光波導(dǎo)材料示意3實(shí)施例2所述的玻璃基硅光波導(dǎo)材料示意4實(shí)施例3所述的帶有上下電極的玻璃基脊型硅光波導(dǎo)示意圖具體實(shí)施方式
實(shí)施例1、玻璃基硅光波導(dǎo)材料的制備。請參閱附圖2，圖中氧化硅2做上限制層，玻璃4做下限制層，硅3為導(dǎo)波層，具體工藝步驟為(1)SOI硅片和玻璃片常規(guī)清洗后烘干；(2)SOI硅片的頂層硅和玻璃片的拋光面在靜電鍵合機(jī)上進(jìn)行鍵合(如附圖1所示，圖中1、2、3分別為SOI硅片的底層硅、緩沖氧化層和頂層硅，4為玻璃襯底)，鍵合溫度為360攝氏度，鍵合電壓800伏；(3)鍵合后在40％質(zhì)量比濃度的KOH溶液中腐蝕掉SOI硅片的底層硅。
實(shí)施例2、玻璃基硅光波導(dǎo)材料的制備。請參閱圖3，圖中玻璃4-氮化硅或氮化鋁中一種，8做下限制層，硅3為導(dǎo)波層，具體工藝步驟為(1)SOI硅片高溫氧化，在頂層硅上生成一層氧化層；(2)SOI硅片和玻璃片常規(guī)清洗后烘干；(3)SOI硅片的頂層硅和玻璃片的拋光面在靜電鍵合機(jī)上進(jìn)行鍵合，鍵合溫度為380攝氏度，鍵合電壓1200伏；(4)鍵合后在1∶10體積比氫氟酸溶液中腐蝕掉SOI硅片的底層硅表面生長的氧化層；(5)在50％質(zhì)量比濃度的KOH溶液中腐蝕掉SOI硅片的底層硅；(6)在1∶10體積比氫氟酸溶液中腐蝕掉SOI硅片的緩沖氧化層；實(shí)施例3、帶上下電極的玻璃基脊型硅光波導(dǎo)制作請參閱附圖4所示，圖中6、7為上、下電極，5為脊型硅導(dǎo)波層，4為玻璃襯底)的具體步驟為
(1)SOI硅片常規(guī)清洗后烘干并預(yù)制下電極7；(2)玻璃常規(guī)清洗后烘干；(3)SOI硅片的頂層硅和玻璃片的拋光面在靜電鍵合機(jī)上進(jìn)行鍵合，鍵合溫度為380攝氏度，鍵合電壓900伏；(4)在40％質(zhì)量比濃度的KOH溶液中腐蝕掉SOI硅片的底層硅；(5)在1∶10體積比氫氟酸溶液中腐蝕掉SOI硅片的緩沖氧化層；(6)用硅刻蝕機(jī)刻蝕出脊型波導(dǎo)5；(7)在脊型波導(dǎo)上做出上電極6。
權(quán)利要求
1.一種制備玻璃基硅光波導(dǎo)材料的方法，其特征在于利用絕緣體上硅材料片與玻璃的鍵合和自停止效應(yīng)制備玻璃基硅光波導(dǎo)材料，進(jìn)而制作硅光波導(dǎo)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的玻璃基硅光波導(dǎo)材料制備方法，其特征在于具體制作步驟如下(1)絕緣層上硅片和玻璃片經(jīng)常規(guī)清洗后烘干；(2)絕緣層上硅片的頂層硅和玻璃片的拋光面在靜電鍵合機(jī)上進(jìn)行鍵合；(3)鍵合后去除SOI硅片的底層硅。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的玻璃基硅光波導(dǎo)材料的制備方法，其特征在于鍵合前或在所采用的絕緣層上硅片的頂層硅上生長氧化硅、氮化硅、氮化鋁中一種膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的玻璃基硅光波導(dǎo)材料的制備方法，其特征在于在步驟(1)之前或在絕緣層上硅片或玻璃片上預(yù)制電極和進(jìn)行刻蝕圖形預(yù)加工工藝。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的玻璃基硅光波導(dǎo)材料的制備方法，其特征在于去除SOI硅片底層硅的方法為干法刻蝕、濕法腐蝕，或者兩者組合方法，并輔以機(jī)械拋光、化學(xué)拋光或電化學(xué)腐蝕或其組合方法。
6.根據(jù)權(quán)利要求2或5所述的玻璃基硅光波導(dǎo)材料的制備方法，其特征在于去除SOI硅片底層硅采用40-60質(zhì)量百分濃度的KOH腐蝕液，底層硅上的氧化層用1∶10體積比氫氟酸溶液腐蝕。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的玻璃基硅光波導(dǎo)材料的制備方法，其特征在于在步驟(3)之后可以根據(jù)需要對SOI硅片的緩沖氧化層采取去除或刻蝕圖形處理。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的玻璃基硅光波導(dǎo)材料的制備方法，其特征在于制作的光波導(dǎo)材料的導(dǎo)波層厚度為幾十納米到幾微米，玻璃作限制層。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種玻璃基硅光波導(dǎo)材料的制備方法。該材料是以玻璃為襯底，硅為導(dǎo)波層。其制備方法為將絕緣體上的硅材料(SOI)的頂層硅和玻璃片的拋光面常規(guī)清洗、烘干后進(jìn)行鍵合，鍵合后利用自停止效應(yīng)去除SOI硅片的底層硅。該材料和制作工藝的優(yōu)點(diǎn)是所制得的光波導(dǎo)材料的導(dǎo)波層厚度可以從幾十納米到幾微米，而且厚度均勻性高；玻璃作為限制層，限制效果好；鍵合面在鍵合之前可以通過各種工藝過程來實(shí)現(xiàn)設(shè)定的圖案、電極等。
文檔編號G02B6/13GK1693931SQ200510026059
公開日2005年11月9日 申請日期2005年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月20日
發(fā)明者李廣波, 楊建義, 龍文華, 賈科淼, 王躍林 申請人:中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所