微机电可调氮化物光波导器件的制备方法
【专利说明】微机电可调氮化物光波导器件的制备方法
[0001]
技术领域
[0002]本发明涉及微机电可调氮化物光波导器件的制备方法，属于信息材料与器件技术领域。
【背景技术】
[0003]氮化物材料，特别是氮化镓材料，在近红外和可见光波段具有优良的光学性能，应用前景广泛。生长在高阻硅衬底上的氮化物材料，利用深硅刻蚀技术，可以解决硅衬底和氮化物材料的剥离问题，获得悬空的氮化物薄膜；利用氮化物材料和空气的高折射率差异，可以实现较强的光场约束，为发展近红外和可见光波段的氮化物光波导器件提供了可能。
[0004]硅衬底的折射率大于氮化物材料的折射率，限制了硅衬底氮化物光波导器件的发展；此外，由于硅衬底氮化物器件层的厚度通常由生长条件决定，厚度自由度较小，为设计氮化物光波导器件带来困难。
[0005]利用悬空氮化物薄膜背后减薄技术，实现氮化物光波导器件和微纳驱动器件之间的分离，为器件调控提供空间自由度；利用高阻硅衬底可以实现氮化物器件的绝缘隔离，发挥氮化物器件结构之间的静电引力，结合氮化物材料优良的机械性能，发展氮化物微纳驱动器件；借助静电引力，微纳驱动器产生物理位移，利用弹簧结构，改变相邻氮化物光波导器件之间的耦合距离，实现对氮化物光波导器件光学性能的调控。
【发明内容】
[0006]本发明目的实现了硅衬底和氮化物器件层相剥离，利用氮化物薄膜和空气折射率的差异，发展悬空氮化物光波导器件；利用氮化物材料的光学性能，氮化物光波导器件可以工作在可见光和红外波段。
[0007]本发明提供了一种微机电可调氮化物光波导器件的工艺制备方法，其包括如下步骤:
步骤1:所述硅衬底氮化物晶片首先进行背后抛光减薄，以便利用背后深硅刻蚀技术，去除娃衬底层；
步骤2:在所述硅衬底氮化物晶片的顶层氮化物器件层旋涂一层电子束光刻胶；
步骤3:利用电子束曝光或光刻技术定义光波导器件和微纳驱动器件结构。其中，微纳驱动器件结构包括固定梳齿、可移动梳齿、弹簧结构和夹持波导结构；
步骤4:采用离子束轰击或反应离子束刻蚀技术将步骤2中的光波导器件和微纳驱动器件结构转移至顶层氮化物器件层，刻蚀深度取决于所要求的器件厚度；
步骤5:利用氧气等离子灰化方法去除残余的胶层；
步骤6:采用光刻技术，定义器件隔离槽，并采用反应离子束刻蚀技术刻蚀氮化物器件层至娃衬底； 步骤7:器件层涂胶保护，结合背后对准和深硅刻蚀技术，去除光波导器件和微纳驱动器件结构下方的硅衬底层，实现悬空的氮化物薄膜；
步骤8:采用氮化物背后减薄方法，利用离子束轰击或反应离子束刻蚀技术，背后减薄氮化物，获得分离的光波导器件和微纳驱动器件结构；
步骤9:利用氧气等离子灰化方法去除残余的胶层，实现微机电可调氮化物光波导器件。
[0008]本发明提供的工艺方法采用电子束曝光或光刻技术定义光波导器件和微纳驱动器件结构；微纳驱动器件结构包括固定梳齿、可移动梳齿、弹簧结构和夹持波导结构；并采用离子束轰击或反应离子束刻蚀方法，将器件结构转移到氮化物器件层，刻蚀深度取决于具体器件设计要求的厚度；可采用相应的成膜和刻蚀技术，定义并实现光波导器件和微纳驱动器件，然后采用离子束轰击或反应离子束刻蚀方法，获得所需厚度的氮化物光波导器件和微纳驱动器件；结合光刻对准技术，定义隔离槽，并采用反应离子束技术刻蚀氮化物器件层至硅衬底，实现器件隔离槽；结合背后对准和深硅刻蚀技术，去除氮化物光波导器件和微纳驱动器件下方硅衬底层，获得悬空氮化物光波导器件和微纳驱动器件；采用氮化物背后减薄刻蚀技术，获得分离的氮化物光波导器件和微纳驱动器件；通过微机电驱动器改变相邻波导器件之间的耦合距离，实现对光波导器件光学性能的调控；利用背后减薄技术，实现氮化物光波导器件和微纳驱动器件的分离，获得悬空氮化物微纳静电驱动器和光波导器件；并通过微机电结构和光波导器件的集成，实现光波导器件耦合距离的可控，从而改变光波导器件的光学性能。
[0009]本发明的实现载体为高阻硅衬底氮化物晶片，该晶片由顶层氮化物器件层和硅衬底层组成；实现高折射率硅衬底层和氮化物器件层的剥离，利用氮化物器件层和空气的折射率差异，实现悬空氮化物光波导器件；相邻波导器件之间的距离可以通过微机电驱动器进行调控，由于耦合距离的改变，从而实现对光波导器件光学性能的调控。其中，氮化物微纳驱动器件包括固定梳齿、可移动梳齿、弹簧结构和夹持波导结构。通过在电极上加载电压，可移动梳齿在支撑的作用下将会向固定梳齿方向移动，拉动悬臂梁向上移动。在光波导器件中，通过光纤将光信号耦合到光栅上面，进入光波导。这样在悬臂梁的拉动下，光波导靠近圆环，光信号发生改变。如此可以通过改变氮化物光波导器件的耦合距离，从而改变光波导器件的光学性能。
[0010]本发明还提供一种微机电可调氮化物光波导器件，其结构由电极、支撑结构、可移动梳齿、固定梳齿、悬臂梁、可移动波导、圆环、光栅、椭圆支撑结构组成，电极连接着固定梳齿，固定梳齿和可移动梳齿交叉排列，可移动梳齿与支撑结构相连接，悬臂梁与支撑结构另一端相连接，悬臂梁的另一端与椭圆支撑结构相连接，椭圆支撑结构另外两端与可移动波导连接，可移动波导的另一端与两边的光栅相靠近，圆环与可移动波导相靠近。该器件可以还包含驱动器、波导耦合。其器件材料由高折射率硅衬底层和氮化物器件层组成；驱动器由电极、固定梳齿、可移动梳齿、支撑结构、弹簧组成；固定梳齿和可移动梳齿都为矩形结构；该器件的波导两端具有耦合光栅，光栅为线性结构。
[0011]本发明的有益之处在于:
1.本发明定义光波导器件和微纳驱动器件结构，通过掩膜层刻蚀技术刻穿掩膜层至氮化物器件层，然后采用离子束轰击或反应离子束刻蚀方法，获得氮化物光波导器件和微纳驱动器件结构。
[0012]2.本发明结合微机电可调氮化物器件和光波导器件，实现微机电可调氮化物光波导器件，通过微机电器件对光波导器件进行调节，实现对光学性能的调控。
[0013]3.本发明结合背后减薄技术，利用不同材料物理特性的不同，实现微机电驱动器和光波导器件的分离。
【附图说明】
[0014]图1为微机电可调氮化物光波导器件的结构示意图。
[0015]附图标记说明:1_电极；支撑结构；3_可移动梳齿；4_固定梳齿；5_悬臂梁；6-可移动波导；7-圆环；8_光栅；9_椭圆支撑结构。
[0016]图2为微机电可调氮化物光波导器件制备方法的工艺流程图。
【具体实施方式】
[0017]以下结合说明书附