电光晶体薄膜及其制备方法与流程

本申请属于半导体元件制备领域，特别涉及电光晶体薄膜及其制备方法。

背景技术：

电光晶体(如铌酸锂、钽酸锂晶体等)由于具有优良的非线性光学特性、电光特性、声光特性，在光信号处理、信息存储等方面具有广泛的应用。其中，电光晶体在电光调制器中的应用，主要是利用电光晶体与氧化物隔离层的折射率差，将光限制在电光晶体中。

现有技术中公开的一种电光晶体薄膜，包括依次堆叠的硅衬底、氧化物隔离层、铌酸锂压电薄膜，在上述电光晶体薄膜晶体薄膜中，利用铌酸锂与氧化物隔离层的折射率差，将光限制在铌酸锂中。其中，折射率差越大，光在铌酸锂层中被限制的效果越好。

但是，现有技术中，折射率差被电光晶体和氧化物隔离层本身的折射率所约束，例如，为了实现较好光限制效果，氧化物隔离层一般选用折射率比较小的二氧化硅材料，而想要得到更好的光限制效果，需要挖掘出折射率差更大的两种材料，这是一项漫长且困难的课题，目前无法提供一种具有更大折射率差的电光晶体薄膜。

技术实现要素：

为解决现有技术中，无法提供一种具有更大折射率差的电光晶体薄膜的技术问题。

第一方面，本申请提供一种电光晶体薄膜，包括：依次层叠的衬底层、补偿层和功能薄膜层；所述功能薄膜层的折射率大于所述补偿层的折射率，其中，所述补偿层为掺杂无机材料，所述掺杂无机材料是指在无机材料中掺杂有轻质量离子，所述轻质量离子是指相对原子质量小于所述无机材料中任一元素的相对原子质量的离子。

进一步地，所述功能薄膜层为掺杂电光晶体材料，所述掺杂电光晶体材料是指在电光晶体材料中掺杂有重质量离子，所述重质量离子是指相对原子质量大于所述电光晶体材料中任一元素的相对原子质量的离子。

进一步地，所述重质量离子包括具有光致发光效应的稀土离子。

进一步地，所述具有光致发光效应的稀土离子包括铒离子、铥离子、镱离子或镥离子。

进一步地，所述重质量离子包括锗离子、铜离子、铁离子或锰离子。

进一步地，所述轻质量离子包括锂离子、硼离子、氟离子或磷离子。

进一步地，在所述衬底层和所述补偿层之间还层叠有隔离层。

进一步地，所述隔离层为二氧化硅或氮化硅材料，所述电光晶体材料为铌酸锂晶体材料、钽酸锂晶体材料、磷酸钛氧钾晶体材料或磷酸钛氧铷晶体材料，所述无机材料为二氧化硅或氮化硅。

进一步地，所述隔离层与所述无机材料的材质相同。

第二方面，本申请提供一种电光调制器，包括第一方面所述的电光晶体薄膜。

第三方面，本申请提供又一种电光晶体薄膜，包括：依次层叠的衬底层、隔离层和功能薄膜层，所述功能薄膜层的折射率大于所述隔离层的折射率，其中，所述功能薄膜层为掺杂电光晶体材料，所述掺杂电光晶体材料是指在电光晶体材料中掺杂有重质量离子，所述重质量离子是指相对原子质量大于所述电光晶体材料中任一元素的相对原子质量的离子。

进一步地，所述重质量离子包括具有光致发光效应的稀土离子。

进一步地，所述具有光致发光效应的稀土离子包括铒离子、铥离子、镱离子或镥离子。

进一步地，所述重质量离子包括锗离子、铜离子、铁离子或锰离子。

进一步地，所述隔离层为二氧化硅或氮化硅材料，所述电光晶体材料为铌酸锂晶体材料、钽酸锂晶体材料、磷酸钛氧钾晶体材料或磷酸钛氧铷晶体材料。

第四方面，本申请提供又一种电光调制器，包括第三方面所述的电光晶体薄膜。

第五方面，本申请提供一种电光晶体薄膜的制备方法，所述方法包括：

在衬底层上制备补偿层，所述补偿层为掺杂无机材料，所述掺杂无机材料是指在无机材料中掺杂有轻质量离子，所述轻质量离子是指相对原子质量小于所述无机材料中任一元素的相对原子质量的离子；

在所述补偿层上制备功能薄膜层，所述功能薄膜层的折射率大于所述补偿层的折射率。

进一步地，所述方法还包括：

在薄膜基体中掺杂重质量离子，所述薄膜基体为电光晶体材料，其中，所述重质量离子是指相对原子质量大于所述电光晶体材料中任一元素的相对原子质量的离子；

利用掺杂后的薄膜基体，在所述补偿层上制备功能薄膜层，所述功能薄膜层中掺杂有重质量离子。

进一步地，所述方法还包括：在所述衬底层与所述补偿层之间预先制备隔离层，所述隔离层层叠于所述衬底层与所述补偿层之间。

进一步地，利用离子注入法和键合分离法，或者，利用键合法和研磨抛光法，在所述补偿层上制备功能薄膜层。

进一步地，所述重质量离子包括具有光致发光效应的稀土离子。

进一步地，所述具有光致发光效应的稀土离子包括铒离子、铥离子、镱离子或镥离子。

进一步地，所述重质量离子包括锗离子、铜离子、铁离子或锰离子。

进一步地，所述轻质量离子包括锂离子、硼离子、氟离子或磷离子。

进一步地，所述隔离层为二氧化硅或氮化硅材料，所述电光晶体材料为铌酸锂晶体材料、钽酸锂晶体材料、磷酸钛氧钾晶体材料或磷酸钛氧铷晶体材料，所述无机材料为二氧化硅或氮化硅。

进一步地，所述隔离层与所述无机材料的材质相同。

第六方面，本申请提供又一种电光晶体薄膜的制备方法，所述方法包括：

在衬底层上制备第一补偿层，所述第一补偿层为掺杂无机材料，所述掺杂无机材料是指在无机材料中掺杂有轻质量离子，所述轻质量离子是指相对原子质量小于所述无机材料中任一元素的相对原子质量的离子；

在薄膜基体上制备第二补偿层，所述薄膜基体为电光晶体材料，其中，所述第二补偿层与所述第一补偿层材料相同；

将所述第一补偿层与所述第二补偿层键合，得到键合体；

将所述键合体上的薄膜基体研磨抛光至预设厚度，得到功能薄膜层，所述功能薄膜层的折射率大于所述第一补偿层的折射率。

进一步地，在所述在薄膜基体上制备第二补偿层之前，还包括：

在所述薄膜基体中掺杂重质量离子，其中，所述重质量离子是指相对原子质量大于所述电光晶体材料中任一元素的相对原子质量的离子。

进一步地，在得到所述键合体之后，还包括：

对所述键合体进行热处理，其中，所述键合体上的薄膜基体置于装有重质量离子扩散剂的扩散装置内，并在预设保温温度条件下，对所述键合体上的薄膜基体热处理。

进一步地，所述方法还包括：在所述衬底层与所述第一补偿层之间预先制备隔离层，所述隔离层层叠于所述衬底层与所述第一补偿层之间。

进一步地，所述重质量离子包括具有光致发光效应的稀土离子。

进一步地，所述具有光致发光效应的稀土离子包括铒离子、铥离子、镱离子或镥离子。

进一步地，所述重质量离子包括锗离子、铜离子、铁离子或锰离子。

进一步地，所述轻质量离子包括锂离子、硼离子、氟离子或磷离子。

进一步地，所述隔离层为二氧化硅或氮化硅材料，所述电光晶体材料为铌酸锂晶体材料、钽酸锂晶体材料、磷酸钛氧钾晶体材料或磷酸钛氧铷晶体材料，所述无机材料为二氧化硅或氮化硅。

进一步地，所述隔离层与所述无机材料的材质相同。

第七方面，本申请提供又一种电光晶体薄膜的制备方法，所述方法包括：

在衬底层上制备第一补偿层，所述第一补偿层为掺杂无机材料，所述掺杂无机材料是指在无机材料中掺杂有轻质量离子，所述轻质量离子是指相对原子质量小于所述无机材料中任一元素的相对原子质量的离子；

对薄膜基体进行离子注入，所述薄膜基体为电光晶体材料；

在所述薄膜基体的离子注入面制备第二补偿层，所述第二补偿层与所述第一补偿层材料相同；

将所述第一补偿层与所述第二补偿层键合，得到键合体；

对所述键合体进行热处理，得到功能薄膜层，所述功能薄膜层的折射率大于所述第一补偿层的折射率。

进一步地，在对所述薄膜基体进行离子注入之前，还包括：

在所述薄膜基体中掺杂重质量离子，其中，所述重质量离子是指相对原子质量大于所述电光晶体材料中任一元素的相对原子质量的离子。

进一步地，在得到所述键合体之后，还包括：

对所述键合体进行热处理，其中，所述键合体上的薄膜基体置于装有重质量离子扩散剂的扩散装置内，并在预设保温温度条件下，对所述键合体上的薄膜基体热处理。

进一步地，所述方法还包括：在所述衬底层与所述第一补偿层之间预先制备隔离层，所述隔离层层叠于所述衬底层与所述第一补偿层之间。

进一步地，所述重质量离子包括具有光致发光效应的稀土离子。

进一步地，所述具有光致发光效应的稀土离子包括铒离子、铥离子、镱离子或镥离子。

进一步地，所述重质量离子包括锗离子、铜离子、铁离子或锰离子。

进一步地，所述轻质量离子包括锂离子、硼离子、氟离子或磷离子。

进一步地，所述隔离层为二氧化硅或氮化硅材料，所述电光晶体材料为铌酸锂晶体材料、钽酸锂晶体材料、磷酸钛氧钾晶体材料或磷酸钛氧铷晶体材料，所述无机材料为二氧化硅或氮化硅。

进一步地，所述隔离层与所述无机材料的材质相同。

第八方面，本申请提供又一种电光晶体薄膜的制备方法，所述方法包括：

在衬底层上制备目标厚度的隔离层；

在所述隔离层上制备功能薄膜层，所述功能薄膜层的折射率大于所述隔离层的折射率，所述功能薄膜层为掺杂电光晶体材料，所述掺杂电光晶体材料是指在电光晶体材料中掺杂有重质量离子，所述重质量离子是指相对原子质量大于所述电光晶体材料中任一元素的相对原子质量的离子。

进一步地，利用离子注入法和键合分离法，或者，利用键合法和研磨抛光法，在所述补偿层上制备功能薄膜层。

进一步地，所述重质量离子包括具有光致发光效应的稀土离子。

进一步地，所述具有光致发光效应的稀土离子包括铒离子、铥离子、镱离子或镥离子。

进一步地，所述隔离层为二氧化硅或氮化硅材料，所述电光晶体材料为铌酸锂晶体材料、钽酸锂晶体材料、磷酸钛氧钾晶体材料或磷酸钛氧铷晶体材料。

本申请提供的电光晶体薄膜及其制备方法，通过在补偿层中掺杂轻质量离子，或者，在功能薄膜层中掺杂重质量离子，或者，在补偿层中掺杂轻质量离子，同时在功能薄膜层中掺杂重质量离子的方式，提供一种具有更大折射率差的电光晶体薄膜。本申请提供的方案还可以通过调整掺杂浓度，调整功能薄膜层与补偿层，或功能薄膜层与隔离层的折射率差，使得折射率差不再受限于材料本身折射率的约束。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例一提供的一种电光晶体薄膜的结构示意图；

图2为本申请实施例一提供的又一种电光晶体薄膜的结构示意图；

图3为本申请实施例二提供的一种电光晶体薄膜的结构示意图；

图4为本申请实施例三提供的一种电光晶体薄膜的结构示意图；

图5为本申请实施例五提供的一种电光晶体薄膜的制备方法的工作流程示意图；

图6为本申请实施例七提供的一种电光晶体薄膜的制备方法的工作流程示意图；

图7为本申请实施例十提供的一种电光晶体薄膜的制备方法的工作流程示意图。

附图标记说明

110-衬底层，120-隔离层，130-补偿层，140-功能薄膜层，140a-薄膜基体，130a-第一补偿层，130b-第二补偿层。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“前”、“后”、“左”和“右”等指示的方位或位置关系为基于本申请工作状态下的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

实施例一

如图1所示，本申请实施例一提供一种电光晶体薄膜，包括：依次层叠的衬底层110、补偿层130和功能薄膜层140；所述功能薄膜层140的折射率大于所述补偿130层的折射率，其中，所述补偿层130为掺杂无机材料，所述掺杂无机材料是指在无机材料中掺杂有轻质量离子，所述轻质量离子是指相对原子质量小于所述无机材料中任一元素的相对原子质量的离子。

本申请实施例中，在衬底层110与功能薄膜层140之间设置一层无机材料层，并且在无机材料中掺杂轻质量离子，得到补偿层130，其中，所述轻质量离子是指相对原子质量小于所述无机材料中任一元素的相对原子质量的离子，使得掺杂后得到的补偿层130的折射率小于掺杂前无机材料的折射率。因此，本申请实施例一通过在无机材料中掺杂轻质量离子，降低无机材料本身折射率的方式，增加功能薄膜层140与补偿层130之间的折射率差，进一步的，还可以通过控制掺杂浓度，调整功能薄膜层140与补偿层130之间的折射率差，使得功能薄膜层140与补偿层130之间的折射率差不受材料本身折射率的约束。

本申请实施例中，补偿层130中的无机材料可以是二氧化硅、氮化硅等材料，本申请对此不进行限定。本申请实施例对掺杂的轻质量离子不进行限定，只要掺杂后得到的补偿层130的折射率较掺杂前无机材料的折射率有所降低即可。另外，需要说明的是，本申请实施例所述的轻质量离子是指相对原子质量至少小于所述无机材料中一种元素的相对原子质量的离子。例如，补偿层130中的无机材料是二氧化硅，则掺杂的轻质量离子的相对原子质量可以是小于硅或氧的所有离子，在一个具体例子中，掺杂的轻质量离子为锂离子、硼离子、氟离子、磷离子等。

进一步的，如图2所示，在衬底层110和补偿层130之间还可以设置隔离层120，隔离层120的折射率小于所述功能薄膜层140的折射率。隔离层120的作用是防止功能薄膜层140的光信号泄露到衬底层110中，其中，隔离层120可以选用二氧化硅或氮化硅等材料，本申请对此不进行限定。

在一具体实施例中，为使隔离层120与补偿层130之间具有较小的界面应力，所述隔离层120和补偿层130中的无机材料选用相同的材料，例如，隔离层120和补偿层130中的无机材料均为二氧化硅材料或均为氮化硅材料。

本申请实施例中，衬底层110主要起到支撑的作用，衬底层110可以是单层衬底，也可以是复合衬底。如果衬底层110为复合衬底，则每层衬底层的材料可以相同或不同，本申请对此不进行限定。例如：衬底层材料可以为铌酸锂、钽酸锂、soi、石英、硅、蓝宝石、碳化硅、氮化硅、砷化镓或磷化铟等，本申请对此不进行限定。

本申请实施例中，功能薄膜层140用于传输光信号，功能薄膜层的折射率大于所述补偿层130的折射率；功能薄膜层140可以是任何具有压电性能的电光晶体材料，例如为铌酸锂晶体材料、钽酸锂晶体材料、磷酸钛氧钾晶体材料或磷酸钛氧铷晶体材料，本申请对此不进行限定。还需要说明的是，本申请实施例中功能薄膜层140可以包括一层薄膜层，也可以包括多层薄膜层。如果功能薄膜层140包括多层薄膜层，则相邻薄膜层之间还可以设置隔离层，隔离层可以防止相邻薄膜层之间的信号串扰。另外，功能薄膜层140中的多个薄膜层可以为相同的材料，也可以是不同的材料，本申请对此不进行限定。

还需要说明的是，本申请实施例对衬底层110、隔离层120、补偿层130和功能薄膜层140的厚度不进行限定。例如，衬底层110的厚度可以为0.3-0.8mm，隔离层120的厚度可以为50nm-1000nm，补偿层130的厚度可以为100nm-10um，功能薄膜层140的厚度可以为50-3000nm。

在一个具体例子中，衬底层110的厚度可以为0.5mm，隔离层120的厚度可以为200nm，补偿层130的厚度可以为2um或2.5um，功能薄膜层140的厚度可以为400nm。

实施例二

本申请实施例二与上述实施例一基本相同，不同之处在于本申请实施例二中的功能薄膜层140为掺杂电光晶体材料，所述掺杂电光晶体材料是指在电光晶体材料中掺杂有重质量离子，所述重质量离子是指相对原子质量大于所述电光晶体材料中任一元素的相对原子质量的离子。

如图3所示，本申请实施例中电光晶体薄膜，不仅包括掺杂有轻质量离子的补偿层130，还包括掺杂有重质量离子的功能薄膜层140，在功能薄膜层140中掺杂重质量离子，使掺杂后的功能薄膜层140的折射率提高。与实施例一相比，本申请实施例二提供的电光晶体薄膜中，功能薄膜层140与补偿层130之间的折射率差进一步地增大，光在功能薄膜层140中被限制的效果更好。

本申请实施例中，对重质量离子不进行限定，只要使掺杂后的功能薄膜层140的折射率增大即可。另外，需要说明的是，本申请实施例所述的重质量离子是指相对原子质量至少大于所述电光晶体材料中一种元素的相对原子质量的离子。例如，功能薄膜层140中的电光晶体材料为铌酸锂晶体，则掺杂的重质量离子的相对原子质量可以是大于铌、锂或氧的所有离子，在一个具体例子中，铌酸锂晶体中掺杂的重质量离子为锗离子、铜离子、铁离子或锰离子。

在另一具体实施例中，所述功能薄膜层140中掺杂的重质量离子为具有光致发光效应的稀土离子，例如：铒离子、铥离子、镱离子或镥离子。在功能薄膜层140中掺杂具有光致发光效应的稀土离子不仅可以提高折射率，还可以降低导光时的损耗。以掺杂稀土元素铒离子为例，er³⁺的亚稳态和基态的能量差相当于1550nm光子的能量，实现对1550nm波段光信号放大，从而可以降低导光时的损耗。

实施例三

本申请实施例三与上述实施例二基本相同，不同之处在于，本申请实施例三中不包括补偿层130，如图4所示，本申请实施例提供一种电光晶体薄膜，包括：依次层叠的衬底层110、隔离层120和功能薄膜层140，所述功能薄膜层140的折射率大于所述隔离层120的折射率，其中，所述功能薄膜层140为掺杂电光晶体材料，所述掺杂电光晶体材料是指在电光晶体材料中掺杂有重质量离子，所述重质量离子是指相对原子质量大于所述电光晶体材料中任一元素的相对原子质量的离子。

本申请实施例三，通过在功能薄膜层140中掺杂重质量离子，以增大功能薄膜层140余隔离层120之间的折射率差，使光更好的限制在功能薄膜层140中。

实施例四

本申请实施例还提供一种电光调制器，包括上述任一实施例中所述的电光晶体薄膜。其中，功能薄膜层140起到电光调制的作用。

实施例五

本申请实施例五提供一种用于制备上述实施例一所述的电光晶体薄膜的制备方法，如图5所示，所述方法包括以下步骤：

步骤11、在衬底层110上制备目标厚度的隔离层120。

本申请对上述步骤11的制备方法不进行限定，例如，可以采用沉积法，在衬底层110上沉积目标厚度的隔离层120；又例如，如果衬底层110为硅材料，隔离层120为二氧化硅材料，则可以采用氧化法在衬底层110上氧化一层二氧化硅层作为隔离层120。

需要说明的是，如果实施例一所述的电光晶体薄膜中包括隔离层120，则需要执行上述步骤11，制备得到隔离层120，然后在制备得到隔离层120上继续执行步骤12；如果实施例一所述的电光晶体薄膜中不包括隔离层120，则不需要执行上述步骤11，而是直接在衬底层110上制备补偿层130，其中，在衬底层110上制备补偿层130的方法与步骤12中制备补偿层130的方法相同。

步骤12、在所述隔离层120上制备补偿层130，所述补偿层130为掺杂无机材料，所述掺杂无机材料是指在无机材料中掺杂有轻质量离子，所述轻质量离子是指相对原子质量小于所述无机材料中任一元素的相对原子质量的离子。

本申请实施例中所述的轻质量离子是指相对原子质量至少小于所述补偿层130无机材料中一种元素的相对原子质量的离子，优选的，轻质量离子选用元素周期表中相对原子质量较小的元素，例如锂离子、硼离子、氟离子、磷离子等，以使掺杂后得到的补偿层130的折射率小于无掺杂的无机材料的折射率。其中，补偿层130中的无机材料可以为二氧化硅、氮化硅材料等，本申请对此不进行限定。

本申请对在隔离层120上制备补偿层130的方法不进行限定，例如可以采用扩散方法、离子注入方法、沉积法或溅射法。

在一个具体例子中，利用等离子体增强化学的气相沉积法，以teos、o2、sif4为掺杂源，在沉积温度为100-500℃、反应室内气压为50～1000pa、射频功率为50w-1000w的条件下，其中，teos的气体流量为20sccm，o2的气体流量为5～60sccm，sif4的气体流量为5～60sccm，在隔离层120上沉积掺杂二氧化硅，所述掺杂二氧化硅为掺杂有氟原子的二氧化硅。具体的，可以通过改变掺杂源的气体流量，得到掺杂有不同氟离子含量的二氧化硅。掺杂有不同氟离子含量的二氧化硅对应的折射率不同。

步骤13、在补偿层130上制备功能薄膜层140，所述功能薄膜层140的折射率大于所述补偿层130的折射率。

本申请对在补偿层130上制备功能薄膜层140的方法不进行限定，例如可以利用离子注入法和键合分离法，或者，利用键合法和研磨抛光法，在补偿层130上制备功能薄膜层140。

如果利用离子注入和键合分离法，在补偿层130上制备功能薄膜层140，本申请实施例中，可结合任一种可行的离子注入法和任一种可行的键合法制备得到电光晶体薄膜，本申请对此不进行限定。

在一种可实现方式中，通过离子注入和键合分离法，在补偿层130上制备功能薄膜层140，包括以下步骤：

步骤131，向薄膜基体中进行离子注入，将所述薄膜基体依次分为薄膜层、分离层和余质层。

上述步骤131中所述的薄膜基体是指具有一定厚度的，用于得到功能薄膜层的基础材料，即具有一定厚度的晶圆。薄膜基体可以为铌酸锂或钽酸锂等电光晶体材料，本申请对此不进行限定。

可以由薄膜基体的一面向所述薄膜基体内部进行离子注入，从而在薄膜基体上形成薄膜层、分离层和余质层。

本申请实施例对所述离子注入的方式不做特别限定，可以使用现有技术中任意一种离子注入的方式，所注入的离子可以为通过热处理能够生成气体的离子，例如：氢离子或者氦离子。注入氢离子时，注入剂量可以为3×10¹⁶ions/cm²～8×10¹⁶ions/cm²，注入能量可以为120kev～400kev；注入氦离子时，注入剂量可以为1×10¹⁶ions/cm²～1×10¹⁷ions/cm²，注入能量可以为50kev～1000kev。例如，注入氢离子时，注入计量可以为4×10¹⁶ions/cm²，注入能量可以为180kev；注入氦离子时，注入剂量为4×10¹⁶ions/cm²，注入能量为200kev。

本申请实施例中，可以通过调整离子注入深度来调整薄膜层的厚度，具体地，离子注入的深度越大，所制备的薄膜层的厚度越大；相反，离子注入的深度越小，所制备的薄膜层的厚度越小。

步骤132，将薄膜基体的离子注入面与补偿层130键合，得到键合体。

本申请实施例中，所述键合体是指薄膜基体与补偿层130键合后形成的键合体，其中，薄膜基体未从补偿层130上剥离，所述的离子注入面是指向薄膜基体注入离子的一面。

本申请对薄膜基体与补偿层130键合的方式不做特别限定，可以采用现有技术中任意一种键合的方式，例如，将薄膜基体的键合面进行表面活化，将补偿层130的键合面也进行表面活化，再将两个活化后的表面进行键合，获得键合体。

本申请对薄膜基体的键合面进行表面活化的方式不做特别限定，可以采用现有技术中任意一种对薄膜基体进行表面活化的方式，例如，等离子体活化以及化学溶液活化等；同样地，本申请对补偿层130的键合面表面活化的方式也不做特别限定，可以采用现有技术中任意一种可用于补偿层130的键合面进行表面活化的方式，例如，等离子体活化。

步骤133，对所述键合体进行热处理，将所述余质层与所述薄膜层分离。

在一种可实现的方式中，对键合体进行热处理，所述热处理的温度为100℃～600℃，在热处理过程中，所述分离层内形成气泡，例如，h离子形成氢气，he离子形成氦气等，随着热处理进展，分离层内的气泡连成一片，最后分离层裂开，将余质层与所述功能薄膜层分离，从而使余质层由键合体上剥离下来，在补偿层130表面形成一层功能薄膜层，再将功能薄膜层抛光减薄至50-3000nm(例如400nm、500nm、600nm、800nm、1000nm等)，得到具有纳米级厚度的功能薄膜层。功能薄膜层可以选用铌酸锂、钽酸锂、磷酸钛氧钾或磷酸钛氧铷材料。

在本申请实施例中，一种可实现的热处理方式为，将键合体放入加热设备中，先升温至预设温度，再在此温度下恒温保温。其中，优选的，保温条件包括：保温时间可以是1分钟～48小时，例如，保温时间为3小时，保温温度可以是100℃～600℃，例如保温时间为400℃，保温气氛可以是，在真空环境下或在氮气及惰性气体中的至少一种气体形成的保护气氛下进行。经过上述热处理，可以提升薄膜层与补偿层之间的键合力大于10mpa，并且能够恢复离子注入对薄膜层的损伤，使得到的功能薄膜层与电光晶体材料的性质接近。

在另一种可实现方式中，通过键合法和研磨抛光法，在所述补偿层130上制备功能薄膜层140，包括以下步骤：

首先，将准备好的薄膜基体与补偿层130键合，得到键合体，其中，薄膜基体与补偿层130键合的方式可以参照上述步骤132的描述，此处不再赘述。然后，将键合体进行热处理，以提升薄膜基体与补偿层130的键合力。例如，将键合体放入加热设备内在高温下进行保温，保温工艺在真空环境下或在氮气及惰性气体中至少一种气体形成的保护气氛下进行，保温温度可以是100℃～600℃，例如保温时间为400℃，保温时间可以是1分钟～48小时，例如，保温时间为3小时。最后，对键合体上的薄膜基体机械研磨和抛光，将薄膜基体减薄至预设的功能薄膜层厚度。例如，预设的功能薄膜层厚度为20μm，则可以先采用机械研磨的方式将键合体上的电光晶体材料减薄至22μm，然后继续抛光至20μm，得到功能薄膜层。其中，功能薄膜层的厚度可以为400nm-100μm，功能薄膜层可以选用铌酸锂或钽酸锂材料。

实施例六

本申请实施例六提供一种用于制备上述实施例二所述的电光晶体薄膜的制备方法，所述方法与上述实施例五提供的方法基本相同，不同之处在于，本申请实施例六还包括在所述薄膜基体中掺杂重质量离子，形成掺杂电光晶体材料的步骤。

本申请实施例中，为了使光信号更好的被限制在功能薄膜层中传输，在薄膜基体中掺杂重质量离子，进一步提高功能薄膜层的折射率。其中，重质量离子可以是具有光致发光效应的稀土离子，例如铒离子、铥离子、镱离子或镥离子，或者，锗离子、铜离子、铁离子或锰离子等，本申请对此不进行限定，只要掺杂后得到的功能薄膜层的折射率提高，并且与补偿层130的折射率差大于等于0.01即可。其中，折射率差0.01是光信号能够被限制在折射率大的介质中传输的临界值。如果功能薄膜层140与所述补偿层130的折射率差小于0.01，则光信号不能够被限制在功能薄膜层140中传输。

还需要说明的是，本申请实施例对掺杂浓度不进行限定，可以根据实际需要调整，例如，功能薄膜层中掺杂的重质量离子的掺杂浓度为50-500ppm，更为优选的，掺杂浓度为120-200ppm。在一具体例子中，在铌酸锂晶体中掺杂铒离子，其中，铒离子掺杂浓度为120-200ppm，使得掺杂后的铌酸锂晶体折射率大于无掺杂的铌酸锂晶体折射率。

本申请实施例中，在补偿层130上制备的功能薄膜层中掺杂有重质量离子，具体的，可以预先制备出掺杂有重质量离子的薄膜基体，即掺杂电光晶体材料，然后采用掺杂电光晶体材料制备功能薄膜层，例如，采用掺杂得到的掺杂电光晶体材料，利用离子注入法和键合分离法，或者，利用键合法和研磨抛光法，在补偿层130上制备功能薄膜层140。

在一具体实施离中，首先，对薄膜基体进行掺杂处理，在薄膜基体中掺杂重质量离子，形成掺杂电光晶体材料，其中，本申请实施例对制备掺杂电光晶体材料的方法不进行限定，例如可以采用扩散的方式，将重质量离子扩散至电光晶体材料，形成掺杂电光晶体材料。然后，向掺杂后的薄膜基体中进行离子注入，将掺杂后的薄膜基体依次分为薄膜层、分离层和余质层。再将掺杂后的薄膜基体的离子注入面与补偿层130键合，得到键合体，最后，对所述键合体进行热处理，将所述余质层与所述薄膜层分离。以上制备得到的功能薄膜层为掺杂有重质量离子的掺杂电光晶体材料。

在另一具体实施例中，首先，对薄膜基体进行掺杂处理，在薄膜基体中掺杂重质量离子，形成掺杂电光晶体材料。然后将掺杂后的薄膜基体与补偿层130键合，得到键合体，并对键合体进行热处理，以提升掺杂后的薄膜基体与补偿层130的键合力。最后，对键合体上的掺杂后的薄膜基体机械研磨和抛光，将掺杂后的薄膜基体减薄至预设的功能薄膜层厚度。

进一步地，在得到所述键合体之后，本申请实施例对所述键合体进行热处理的步骤中，将所述键合体上的掺杂后的薄膜基体置于装有重质量离子扩散剂的扩散装置内，并在预设保温温度条件下，对所述键合体上的掺杂后的薄膜基体热处理。

本申请实施例中，由于得到的键合体中的电光材料中掺杂有重质量离子，如果将键合体直接加热，则已掺杂在电光晶体材料中的重质量离子会从高化学势的掺杂电光晶体材料向空气中扩散，导致掺杂电光晶体材料中的重质量离子缺失。因此，为了避免已掺杂在电光晶体材料中的重质量离子，在对键合体进行热处理的步骤中发生扩散，本申请实施例在对所述键合体进行热处理的过程中，将所述键合体上已掺杂有重质量离子的薄膜基体置于装有重质量离子扩散剂的扩散装置内，并在预设保温温度条件下，对所述键合体上已掺杂有重质量离子的薄膜基体热处理，从而使得具有高化学势的扩散剂中的重质量离子扩散到具有低化学势的薄膜基体中，避免了已掺杂在薄膜基体中的重质量离子的缺失，使得掺杂薄膜基体中的组分接近理想化学计量比。

在一具体实施例中，电光晶体材料为铌酸锂晶体，在铌酸锂晶体中掺杂有铒离子，经过步骤132得到的键合体后，将键合体中掺杂有铒离子的铌酸锂晶体置于装有含铒离子扩散剂的扩散装置内，在200℃～700℃的条件下对铌酸锂晶体进行加热100小时以下，从而使得具有高化学势的扩散剂中的铒相扩散到具有低化学势的铌酸锂晶体中，避免了铌酸锂晶体中铒元素的缺失，使得铌酸锂晶体中的组分接近理想化学计量比。

实施例七

本申请实施例七提供另一种用于制备上述实施例一所述的电光晶体薄膜的制备方法，如图6所示，所述方法包括以下步骤：

步骤21、在衬底层110上制备目标厚度的隔离层120。

本申请对上述步骤11的制备方法不进行限定，例如，可以采用沉积法，在衬底层110上沉积目标厚度的隔离层120；又例如，如果衬底层110为硅材料，隔离层120为二氧化硅材料，则可以采用氧化法在衬底层110上氧化一层二氧化硅层作为隔离层120。

需要说明的是，如果实施例一所述的电光晶体薄膜中包括隔离层120，则需要执行上述步骤21，制备得到隔离层120，然后在制备得到隔离层120上继续执行步骤22；如果实施例一所述的电光晶体薄膜中不包括隔离层120，则不需要执行上述步骤21，而是直接在衬底层110上制备第一补偿层130a，其中，在衬底层110上制备第一补偿层130a的方法与步骤22中制备第一补偿层130a的方法相同。

步骤22、在所述隔离层120上制备第一补偿层130a，所述第一补偿层130a为掺杂无机材料，所述掺杂无机材料是指在无机材料中掺杂有轻质量离子，所述轻质量离子是指相对原子质量小于所述无机材料中任一元素的相对原子质量的离子。

步骤22中制备的第一补偿层130a的材料、方法与步骤12中制备补偿层130的材料、方法相同，不同之处在于，本申请实施例七中制备的第一补偿层130a的厚度小于补偿层130的厚度，本申请实施例七中，分别制备第一厚度的第一补偿层130a和第二厚度的第二补偿层130b，然后将制备得到的第一补偿层130a和第二补偿层130b键合，得到相当于步骤12中厚度的补偿层130。

需要说明的是，上述步骤22中在无机材料中掺杂的轻质量离子，以及掺杂轻质量离子的方法均可以参见步骤12，此处不再赘述。

步骤23、在薄膜基体140a上制备第二补偿层130b，所述第二补偿层130b与所述第一补偿层130a材料相同。

可以采用与制备第一补偿层130a相同的方法，在薄膜基体140a上制备第二补偿层130b，例如，利用等离子体增强化学的气相沉积法，在薄膜基体140a上沉积掺杂有轻质量离子的无机材料。步骤23中在无机材料中掺杂的轻质量离子，以及掺杂轻质量离子的方法均可以参见步骤12，此处不再赘述。

其中，第二补偿层130b的厚度可以与第一补偿层130a的厚度相同，也可以不同，本申请对此不进行限定。但是，第一补偿层130a与第二补偿层130b中的无机材料、掺杂的轻质量离子，以及，掺杂浓度均相同。

对于掺杂的轻质量离子和无机材料的选择，可以参见实施例五，此处不再赘述。

还需要说明的是，步骤23中所述的薄膜基体与步骤131中所述的薄膜基体140a相同，是指具有一定厚度的，用于得到功能薄膜层的基础材料，即具有一定厚度的晶圆。

步骤24、将第一补偿层130a与第二补偿层130b键合，得到键合体。

不同于实施例五中补偿层130与薄膜基体直接键合的方式，本申请实施例七分别对第一补偿层130a与第二补偿层130b的表面等离子体活化处理，然后将两个活化面进行键合，将衬底层110、隔离层120和第一补偿层130a转移至第二补偿层130a上，形成键合体。

在一具体实施例中，第一补偿层130a与第二补偿层130b中的无机材料为二氧化硅，掺杂的轻质量离子为氟离子，本申请实施例七，通过等离子体轰击对第一补偿层130a与第二补偿层130b进行表面活化后，活化表面oh^-悬挂键增多，亲水性增强，实现预键合。进一步的，可以对预键合体进行加热200℃及以上的退火处理，使得第一补偿层130a与第二补偿层130b表面的oh^-悬挂键形成o-o或si-o共价键，从而获得较强的键合强度，同时释放出水分子。掺杂在无机材料中的氟离子与二氧化硅形成氟氧化硅，具有较好的吸水性，因此，氟氧化硅可以吸收键合界面释放的水分子使体积膨胀，从而增加第一补偿层130a与第二补偿层130b的接触面积，提升键合力。

需要说明的是，在得到键合体后，还可以对键合体进行热处理，以提升键合力，具体人处理方法可以参见步骤133，此处不再赘述。

步骤25、将所述键合体上的薄膜基体140a研磨抛光至预设厚度，得到功能薄膜层140，所述功能薄膜层140的折射率大于所述第一补偿层130a的折射率。

例如，预设的功能薄膜层厚度为20μm，则可以先采用机械研磨的方式将键合体上的薄膜基体140a减薄至22μm，然后继续抛光至20μm，得到功能薄膜层。其中，功能薄膜层的厚度可以为400nm-100μm，功能薄膜层可以选用铌酸锂或钽酸锂材料。

实施例八

本申请实施例八与实施例七的基本思路相同，均是通过将分别制备的第一补偿层和第二补偿层键合的方式，得到电光晶体薄膜，而与实施例七的不同之处在于，本申请实施例八是利用离子注入法和键合分离法制备电光晶体薄膜。

本申请实施例八提供的电光晶体薄膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤31、在衬底层110上制备目标厚度的隔离层120。

需要说明的是，如果实施例一所述的电光晶体薄膜中包括隔离层120，则需要执行上述步骤31，制备得到隔离层120，然后在制备得到隔离层120上继续执行步骤32；如果实施例一所述的电光晶体薄膜中不包括隔离层120，则不需要执行上述步骤31，而是直接在衬底层110上制备第一补偿层130a，其中，在衬底层110上制备第一补偿层130a的方法与步骤32中制备第一补偿层130a的方法相同。

步骤32、在所述隔离层120上制备第一补偿层130a，所述第一补偿层130a为掺杂无机材料，所述掺杂无机材料是指在无机材料中掺杂有轻质量离子，所述轻质量离子是指相对原子质量小于所述无机材料中任一元素的相对原子质量的离子。

步骤33、对薄膜基体140a进行离子注入，形成薄膜层、分离层和余质层。

上述步骤31和步骤32可以参见步骤21和步骤22，步骤33可以参见步骤131，此处不再赘述。

步骤34、在所述薄膜基体140a的离子注入面制备第二补偿层130b，所述第二补偿层130b与所述第一补偿层130a材料相同。

上述步骤34中所述的薄膜基体140a的离子注入面是指靠近形成薄膜层的一面，其中，薄膜层尚未从薄膜基体140a上剥离。具体制备第二补偿层的方法，可以参见步骤23，此处不再赘述。

步骤35、将所述第一补偿层130a与所述第二补偿130b层键合，得到键合体。

上述步骤35可以参见步骤24，此处不再赘述。

步骤36、对键合体进行热处理，得到功能薄膜层140，所述功能薄膜层140的折射率大于所述第一补偿层的折射率。

对上述步骤35得到的键合体进行热处理，将所述余质层与所述薄膜层分离，得到层叠于第二补偿层130b上的功能薄膜层。

其中，对上述步骤35得到的键合体进行热处理，将所述余质层与所述薄膜层分离的方法可以参见步骤133，此处不再赘述。

实施例九

实施例九与上述实施例七或实施例八基本相同，不同之处在于，本申请实施例九还包括在所述薄膜基体140a中掺杂重质量离子的步骤。

本申请实施例中，可以预先制备出掺杂有重质量离子的薄膜基体，然后在掺杂后的薄膜基体上制备第二补偿层130b，进一步利用键合法和研磨抛光法(如实施例七提供的制备方法)，或者，利用离子注入法和键合分离法(如实施例八提供的制备方法)，制备得到实施例二所述的电光晶体薄膜。

在一具体实施例中，首先，对薄膜基体140a进行掺杂处理，在薄膜基体140a中掺杂重质量离子，形成掺杂电光晶体材料；然后，在掺杂后的薄膜基体140a上制备第二补偿层130b，再将步骤22制备得到的第一补偿层130a与第二补偿层130b键合，得到键合体，并对键合体进行热处理，以提升键合力；最后，对键合体上的掺杂后的薄膜基体140a机械研磨和抛光，将掺杂后的薄膜基体140a减薄至预设的功能薄膜层厚度。

在另一具体实施离中，首先，对薄膜基体140a进行掺杂处理，在薄膜基体140a中掺杂重质量离子，形成掺杂电光晶体材料，其中，本申请实施例对制备掺杂电光晶体材料的方法不进行限定，例如可以采用扩散的方式，将重质量离子扩散至电光晶体材料，形成掺杂电光晶体材料；再向掺杂后的薄膜基体140a中进行离子注入，将所述掺杂后的薄膜基体140a依次分为薄膜层、分离层和余质层，然后，在所述薄膜层上制备第二补偿层，再将步骤32制备得到的第一补偿层130a与第二补偿层130b键合，得到键合体，并对键合体进行热处理，将余质层与薄膜层分离，得到层叠与第二补偿层上的功能薄膜层。

进一步的，在得到所述键合体之后，也可以对所述键合体进行热处理的步骤中，将所述键合体上的掺杂后的薄膜基体140a置于装有重质量离子扩散剂的扩散装置内，并在预设保温温度条件下，对所述键合体上的掺杂后的薄膜基体140a热处理。具体可以参见实施例六，此处不再赘述。

实施例十

本申请实施例十提供一种用于制备上述实施例三所述的电光晶体薄膜的制备方法，如图7所示，所述方法包括以下步骤：

步骤41、在衬底层110上制备目标厚度的隔离层120。

本申请对上述步骤11的制备方法不进行限定，例如，可以采用沉积法，在衬底层110上沉积目标厚度的隔离层120；又例如，如果衬底层110为硅材料，隔离层120为二氧化硅材料，则可以采用氧化法在衬底层110上氧化一层二氧化硅层作为隔离层120。

步骤42、在所述隔离层120上制备功能薄膜层140，所述功能薄膜层140的折射率大于所述隔离层120的折射率，所述功能薄膜层140为掺杂电光晶体材料，所述掺杂电光晶体材料是指在电光晶体材料中掺杂有重质量离子，所述重质量离子是指相对原子质量大于所述电光晶体材料中任一元素的相对原子质量的离子。

本申请实施例十中，直接在隔离层12上制备功能薄膜层140，其中功能薄膜层140是指掺杂有重质量离子的电光晶体材料，对于在电光晶体材料掺杂重质量离子的方法可以参见实施例六，此处不再赘述。

本申请实施例中，在隔离层120上制备的功能薄膜层140中掺杂有重质量离子，具体的，可以预先制备出掺杂有重质量离子的薄膜基体，然后采用掺杂后的薄膜基体制备功能薄膜层，例如，采用掺杂后的薄膜基体，利用离子注入法和键合分离法，或者，利用键合法和研磨抛光法，在隔离层120上制备功能薄膜层140。具体的，可以参见实施例六，此处不再赘述。

另外，本申请实施例中，在得到所述键合体之后，也可以对所述键合体进行热处理的步骤中，将所述键合体上的掺杂后的薄膜基体置于装有重质量离子扩散剂的扩散装置内，并在预设保温温度条件下，对所述键合体上掺杂后的薄膜基体热处理。具体的，可以参见实施例六，此处不再赘述。

本说明书中各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

以上结合具体实施方式和范例性实例对本申请进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本申请的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本申请精神和范围的情况下，可以对本申请技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本申请的范围内。本申请的保护范围以所附权利要求为准。