硅基二氧化硅波導(dǎo)和探測(cè)器垂直耦合結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于光電集成以及光電探測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種硅基二氧化硅波導(dǎo)和探測(cè)器垂直耦合結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]集成光路在光通訊領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。通常情況下，為對(duì)波導(dǎo)內(nèi)光強(qiáng)進(jìn)行探測(cè)，需要利用光纖或透鏡等結(jié)構(gòu)，從波導(dǎo)出光面處耦合出光信號(hào)并使其進(jìn)入探測(cè)器組件。
[0003]使用分立波導(dǎo)與探測(cè)器的方法集成度低，容易帶來可靠性問題和體積問題。為解決上述問題，有相關(guān)的光電集成方法面世。如專利200410040306.6，給出了一種單片集成光電回路的制作方法，該方法在同一基片上同時(shí)制作光回路與探測(cè)器部分，再利用有機(jī)材料填充方法將光信號(hào)引出到探測(cè)器端。專利200910147801.X給出了一種利用絕緣體上硅制作相似光電集成結(jié)構(gòu)的技術(shù)。上述光電集成方法解決了分立探測(cè)元件的可靠性問題，但成本較高，生產(chǎn)效率低。
[0004]上述光電集成方法將光從波導(dǎo)出光面耦合，該類方法存在如下不足:1.出光面端連接的光纖或者透鏡增大了器件體積；2.出光面只能作為波導(dǎo)終端，使用該類耦合方法無法探測(cè)波導(dǎo)中傳輸光的信號(hào)。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005](一 )要解決的技術(shù)問題
[0006]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是:提供一種硅基二氧化硅波導(dǎo)和探測(cè)器垂直耦合結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)耦合結(jié)構(gòu)的體積較小，且其出光面不僅能夠作為波導(dǎo)終端，還能夠探測(cè)波導(dǎo)中傳輸光的信號(hào)。
[0007]( 二)技術(shù)方案
[0008]為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供一種硅基二氧化硅波導(dǎo)和探測(cè)器垂直耦合結(jié)構(gòu)，其包括:襯底1、波導(dǎo)2、上包層3和探測(cè)器4 ;所述襯底I為硅襯底，其上形成波導(dǎo)2，波導(dǎo)2上形成上包層3，上包層3上待形成探測(cè)器4的位置通過去薄上包層3而形成凹陷，凹陷內(nèi)形成波導(dǎo)本體電極5，探測(cè)器4光敏面使用導(dǎo)光樹脂層6與波導(dǎo)2耦合，波導(dǎo)2中光的傳輸方向與探測(cè)器4光的引出方向垂直，探測(cè)器電極與波導(dǎo)本體電極5通過導(dǎo)電樹脂層7相連。
[0009]其中，所述波導(dǎo)本體電極5上通過金絲壓焊將探測(cè)器探測(cè)信號(hào)引出到管腳或者放大電路。
[0010]其中，所述波導(dǎo)2和探測(cè)器4分別獨(dú)立制作，通過導(dǎo)光樹脂和導(dǎo)電樹脂實(shí)現(xiàn)耦合。
[0011]其中，所述襯底I包括硅襯底和形成在硅襯底上方的二氧化硅緩沖層，波導(dǎo)2形成在二氧化硅緩沖層上方。
[0012]其中，所述上包層3去薄需滿足:當(dāng)需要將光全部引出時(shí)，則將上包層去除至波導(dǎo)深度，如需要部分光引出時(shí)，則去除上包層的部分厚度。
[0013](三)有益效果
[0014]上述技術(shù)方案所提供的硅基二氧化硅波導(dǎo)和探測(cè)器垂直耦合結(jié)構(gòu)，通過采用樹脂粘接的方式，替代了傳統(tǒng)光電集成方法所使用的半導(dǎo)體工藝，制作成本降低；同時(shí)垂直耦合方法使用波導(dǎo)上表面探測(cè)光強(qiáng)，探測(cè)距離長(zhǎng)，耦合精度要求較??；相對(duì)于出光面探測(cè)的的方案，將光電子集成器件從平面結(jié)構(gòu)升級(jí)為三維結(jié)構(gòu)，并且耦合可靠性更高。
【附圖說明】
[0015]圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例硅基二氧化硅波導(dǎo)和探測(cè)器垂直耦合結(jié)構(gòu)的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例硅基二氧化硅波導(dǎo)和探測(cè)器垂直耦合結(jié)構(gòu)的中心部位剖面圖；
[0017]圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例硅基二氧化硅波導(dǎo)和探測(cè)器垂直耦合結(jié)構(gòu)的中心部位剖面圖局部放大圖；
[0018]圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例硅基二氧化硅波導(dǎo)和探測(cè)器垂直耦合結(jié)構(gòu)在耦合探測(cè)器前的波導(dǎo)本體部分。
[0019]圖中:1_襯底；2-波導(dǎo)；3_上包層；4_探測(cè)器；5_波導(dǎo)本體電極；6_導(dǎo)光樹脂層；7-導(dǎo)電樹脂層。
【具體實(shí)施方式】
[0020]為使本實(shí)用新型的目的、內(nèi)容和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0021]在本實(shí)用新型的描述中，需要說明的是，術(shù)語“上”、“下”、“左”、“右”、“頂”、“底”、
“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本實(shí)用新型和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本實(shí)用新型的限制。此外，術(shù)語“第一”、“第二”、“第三”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性。
[0022]在本實(shí)用新型的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接連接，也可以是通過中間媒介間接連接，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以視具體情況理解上述術(shù)語在本實(shí)用新型中的具體含義。
[0023]此外，在本實(shí)用新型的描述中，除非另有說明，“多個(gè)”的含義是兩個(gè)或兩個(gè)以上。
[0024]本實(shí)用新型的目的是減小器件體積增強(qiáng)可靠性，同時(shí)規(guī)避單片光電集成成本過高的問題，相應(yīng)地，本實(shí)用新型的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示，局部結(jié)構(gòu)如圖2至圖4所示，其中二氧化硅波導(dǎo)2制作在襯底I上，波導(dǎo)2上形成上包層3，上包層3對(duì)波導(dǎo)光起到束縛作用，減小損耗并保護(hù)波導(dǎo)。
[0025]制作垂直耦合結(jié)構(gòu)需要在適當(dāng)位置去除上包層3，以形成凹陷，隨后在去除上包層3后形成的凹陷中制作波導(dǎo)本體電極5，利用半導(dǎo)體工藝制作探測(cè)器4并將探測(cè)器4放置在去除上包層3形成的凹陷中，探測(cè)器4光敏面使用導(dǎo)光樹脂層6與波導(dǎo)2耦合，波導(dǎo)2中光的傳輸方向與探測(cè)器光的引出方向垂直，實(shí)現(xiàn)兩者的垂直耦合，探測(cè)器電極與波導(dǎo)本體電極5使用導(dǎo)電樹脂層7相連。在波導(dǎo)本體電極5上利用金絲壓焊，可將探測(cè)器探測(cè)信號(hào)引出到管腳或者放大電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)波導(dǎo)內(nèi)傳輸光的探測(cè)。在圖3的局部放大剖面圖中，可以較為清晰的看到波導(dǎo)2以及導(dǎo)光樹脂層6和導(dǎo)電樹脂層7的位置。
[0026]本實(shí)施例中，相對(duì)于其他光電集成方法，波導(dǎo)本體和探測(cè)器是分別制作的，再利用粘接樹脂將二者連接；相對(duì)于其他耦合方法，波導(dǎo)光是從上表面耦合出并通過導(dǎo)光樹脂進(jìn)入探測(cè)器光敏面的；波導(dǎo)本體制作電極如圖4，探測(cè)器4反扣在波導(dǎo)本體上，通過波導(dǎo)本體電極5將信號(hào)引出。
[0027]本實(shí)施例硅基二氧化硅波導(dǎo)和探測(cè)器垂直耦合結(jié)構(gòu)的制作過程如下:
[0028](I)制作硅基二氧化硅波導(dǎo)，常用的波導(dǎo)制作工藝有PECVD等。由于硅襯底I折射率較高，故在使用前在其上方制作二氧化硅緩沖層。隨后沉積波導(dǎo)2，利用摻雜的方法調(diào)節(jié)波導(dǎo)2的折射率，隨后沉積上包層3起到對(duì)光的束縛作用，減小損耗。
[0029](2)利用常規(guī)半導(dǎo)體工藝制作光電探測(cè)器。光電探測(cè)器光敏區(qū)應(yīng)能夠覆蓋波導(dǎo)區(qū)域。探測(cè)器電極均與光敏區(qū)位于同一平面。
[0030](3)在波導(dǎo)本體上需要耦合探測(cè)器的位置局部去除波導(dǎo)上包層3。該去除過程可采用反應(yīng)等離子體刻蝕工藝(RIE)等多種工藝手段，其核心在于控制去除厚度。如需要將光全部引出，則將上包層去除至波導(dǎo)深度，如需要部分光引出，則只需去除上包層的部分厚度。
[0031](4)在去除上包層后形成的凹陷中制作波導(dǎo)本體電極。具體方法是，利用光刻制作研磨后鍍鈦金層，電極形狀與位置需與探測(cè)器電極相匹配。
[0032](5)根據(jù)需要選擇導(dǎo)光樹脂，如需要將光全部引出，則首先依照步驟(3)所述去除波導(dǎo)上包層，隨后選擇折射率大于波導(dǎo)2的樹脂作為導(dǎo)光樹脂。如需要引出部分光，則首先依照步驟(3)所述去除波導(dǎo)上包層，隨后選擇折射率與波導(dǎo)2相近的樹脂以形成耦合模式。
[0033](6)在波導(dǎo)本體的波導(dǎo)2位置涂覆導(dǎo)光樹脂層6，在電極位置涂覆導(dǎo)電樹脂層7，放置探測(cè)器4，使導(dǎo)光樹脂層6與光敏區(qū)相連，導(dǎo)電樹脂層7與探測(cè)器電極相連。在探測(cè)器4背面施以一定的壓力，該力起到保證探測(cè)器位置不變的作用，同時(shí)該力不應(yīng)過大，避免導(dǎo)光樹脂層6與導(dǎo)電樹脂層7混合。
[0034](7)保持壓力的條件下固化導(dǎo)光樹脂層6與導(dǎo)電樹脂層7，完成整個(gè)垂直耦合結(jié)構(gòu)的制作。
[0035]由上述技術(shù)方案可以看出，本實(shí)用新型通過本實(shí)用新型通過采用樹脂粘接的方式，替代了傳統(tǒng)光電集成方法所使用的半導(dǎo)體工藝，制作成本降低。同時(shí)垂直耦合方法使用波導(dǎo)上表面探測(cè)光強(qiáng)，探測(cè)距離長(zhǎng)，耦合精度要求較小。相對(duì)于出光面探測(cè)的的方案，將光電子集成器件從平面結(jié)構(gòu)升級(jí)為三維結(jié)構(gòu)，并且耦合可靠性更高。
[0036]以上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變形，這些改進(jìn)和變形也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種硅基二氧化硅波導(dǎo)和探測(cè)器垂直耦合結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括:襯底(I)、波導(dǎo)(2)、上包層(3)和探測(cè)器(4);所述襯底(I)為硅襯底，其上形成波導(dǎo)(2)，波導(dǎo)(2)上形成上包層(3)，上包層(3)上待形成探測(cè)器(4)的位置通過去薄上包層(3)而形成凹陷，凹陷內(nèi)形成波導(dǎo)本體電極(5)，探測(cè)器(4)光敏面使用導(dǎo)光樹脂層(6)與波導(dǎo)(2)耦合，波導(dǎo)(2)中光的傳輸方向與探測(cè)器(4)光的引出方向垂直，探測(cè)器電極與波導(dǎo)本體電極(5)通過導(dǎo)電樹脂層(7)相連。
2.如權(quán)利要求1所述的硅基二氧化硅波導(dǎo)和探測(cè)器垂直耦合結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述波導(dǎo)本體電極(5)上通過金絲壓焊將探測(cè)器探測(cè)信號(hào)引出到管腳或者放大電路。
3.如權(quán)利要求1所述的硅基二氧化硅波導(dǎo)和探測(cè)器垂直耦合結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述波導(dǎo)⑵和探測(cè)器⑷分別獨(dú)立制作，通過導(dǎo)光樹脂和導(dǎo)電樹脂實(shí)現(xiàn)耦合。
4.如權(quán)利要求1所述的硅基二氧化硅波導(dǎo)和探測(cè)器垂直耦合結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述襯底(I)包括硅襯底和形成在硅襯底上方的二氧化硅緩沖層，波導(dǎo)(2)形成在二氧化硅緩沖層上方。
5.如權(quán)利要求1所述的硅基二氧化硅波導(dǎo)和探測(cè)器垂直耦合結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述上包層(3)去薄需滿足:當(dāng)需要將光全部引出時(shí)，則將上包層去除至波導(dǎo)深度，如需要部分光引出時(shí)，則去除上包層的部分厚度。
【專利摘要】本實(shí)用新型屬于光電集成以及光電探測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種硅基二氧化硅波導(dǎo)和探測(cè)器垂直耦合結(jié)構(gòu)，包括：襯底、波導(dǎo)、上包層和探測(cè)器；襯底為硅襯底，其上形成波導(dǎo)，波導(dǎo)上形成上包層，上包層上通過去薄形成凹陷，凹陷內(nèi)形成波導(dǎo)本體電極，探測(cè)器光敏面使用導(dǎo)光樹脂層與波導(dǎo)耦合，波導(dǎo)中光的傳輸方向與探測(cè)器光的引出方向垂直，探測(cè)器電極與波導(dǎo)本體電極通過導(dǎo)電樹脂層相連。本實(shí)用新型通過采用樹脂粘接的方式，替代了傳統(tǒng)光電集成方法所使用的半導(dǎo)體工藝，制作成本降低；同時(shí)垂直耦合方法使用波導(dǎo)上表面探測(cè)光強(qiáng)，探測(cè)距離長(zhǎng)，耦合精度要求較小；相對(duì)于出光面探測(cè)的的方案，將光電子集成器件從平面結(jié)構(gòu)升級(jí)為三維結(jié)構(gòu)，并且耦合可靠性更高。
【IPC分類】G02B6-42
【公開號(hào)】CN204347303
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201420742388
【發(fā)明人】李巖, 張巖, 康佳
【申請(qǐng)人】中國航天科工集團(tuán)第三研究院第八三五八研究所
【公開日】2015年5月20日
【申請(qǐng)日】2014年12月1日