一种硅光子芯片光耦合结构加工方法及结构.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113534337A(43)申请公布日2021.10.22(21)申请号202110803249.6(22)申请日2021.07.15(71)申请人中南大学地址410083湖南省长沙市岳麓区麓山南路932号(72)发明人郑煜胡红禄段吉安(74)专利代理机构长沙启昊知识产权代理事务所(普通合伙)43266代理人谢珍贵(51)Int.Cl.G02B6/12(2006.01)G02B6/122(2006.01)G02B6/13(2006.01)权利要求书2页说明书7页附图8页(54)发明名称一种硅光子芯片光耦合结构加工方法及结构(57)摘要本申请公开了一种硅光子芯片光耦合结构加工方法及结构，该方法包括：将第一SOI晶圆的器件层刻去一部分，第一SOI晶圆的器件层被刻去的部分露出埋氧层，第一SOI晶圆的器件层保留的部分至少包括：垂直锥波导；对第一SOI晶圆的器件层刻去的部分进行填充；对填充后的第一SOI晶圆的器件层进行抛光露出垂直锥波导的上表面；将第一SOI晶圆的器件层的上表面与第二SOI晶圆的器件层的上表面键合在一起，从第二SOI晶圆的埋氧层处剥离出第二SOI晶圆的器件层；在第二SOI晶圆的器件层加工出锥波导。通过本申请解决了现有硅光子芯片光耦结构和方案都存在制造工艺复杂且耦合效率不高的问题，从而实现硅光波导芯片与单模光纤的低损耗，简化了生产工艺。CN113534337ACN113534337A权利要求书1/2页1.一种硅光子芯片光耦合结构加工方法，其特征在于，包括：将第一SOI晶圆的器件层刻去一部分，其中，所述第一SOI晶圆从顶层到底层依次为：器件层、埋氧层和底层，所述第一SOI晶圆的器件层被刻去的部分露出埋氧层，所述第一SOI晶圆的器件层保留的部分至少包括：垂直锥波导；对所述第一SOI晶圆的器件层刻去的部分进行填充；对填充后的所述第一SOI晶圆的器件层进行抛光露出所述垂直锥波导的上表面；将所述第一SOI晶圆的器件层的上表面与第二SOI晶圆的器件层的上表面键合在一起，从所述第二SOI晶圆的埋氧层处剥离出所述第二SOI晶圆的器件层；在所述第二SOI晶圆的器件层加工出锥波导，其中，所述锥波导和所述垂直锥波导构成硅光子芯片光耦合结构。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述第二SOI晶圆的器件层加工出锥波导之后，所述方法还包括：在所述锥波导上沉积一层二氧化硅作为上包层；优选地，在所述锥波导上沉积一层二氧化硅作为上包层之前，所述方法还包括：对所述第二SOI晶圆的器件层的下表面进行抛光。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一SOI晶圆的器件层保留的部分还包括：未刻去部分，其中，所述未刻去部分位于所述第一SOI晶圆的两个边缘，其中，所述两个边缘为与所述垂直锥波导的轴线平行的两个边缘，所述未刻去部分和所述垂直锥波导之间的部分被刻去并用于他进行填充。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，对所述第一SOI晶圆的器件层刻去的部分进行填充包括以下之一：沉积第一预定厚度的二氧化硅，再沉积掺杂硼和磷的二氧化硅，进行高温退火以消去残余应力，其中，沉积后的掺杂硼和磷的二氧化硅的高度超过所述垂直锥波导的高度达到预定值；沉积第一预定厚度的二氧化硅，再外延多晶硅，进行高温退火以消去残余应力，其中，外延的多晶硅的高度超过所述垂直锥波导的高度达到所述预定值；涂抹绝缘层苯并环丁烯，其中，所述苯并环丁烯的高度超过所述垂直锥波导的高度达到所述预定值。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述垂直锥波导的底面为第一矩形，所述锥波导的底面为第二矩形，所述第二矩形的长大于所述第一矩形，所述第二矩形和所述第一矩形组成T形状。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述垂直锥波导的长度小于所述锥波导的长度，其中，所述垂直锥波导的长度为与所述第一矩形垂直方向上的长度，所述锥波导的长度为与所述第二垂直方向上的长度。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述锥波导在长度方向上包括两部分，其中，所述两部分中的第一部分的长度与所述垂直锥波导的长度相同，所述第二部分沿所述最波导的长度方向延伸；优选地，所述第二部分为立方柱，所述立方柱的底面与所述锥波导的锥部分的底面大小相同。8.一种使用权利要求1至7中任一项所述的方法加工得到的硅光子芯片光耦合结构。9.一种硅光子芯片光耦合结构，其特征在于，所述结构依次包括如下层：2CN113534337A权利要求书2/2页底层；埋氧层；第一器件层，所述第一器件层包括：垂直锥波导；第二器件层，所述第二器件层包括：锥波导，其中，所述锥波导和所述垂直锥波导构成的结构用于进行光耦合，所述第一器件层和所述第二器件层键合而成；上包层。10.根据权利要求9所