专利名称：一种制备玻璃基硅光波导材料的方法
技术领域：
本发明涉及一种制备硅光波导材料的方法，尤其是涉及一种制备玻璃基硅光波导材料的方法。
背景技术：
光波导是光信号传输的一种主要载体，它在集成光学领域中有重要的应用价值。常见的光波导材料有二氧化硅、铌酸锂、III-V族化合物、聚合物、绝缘体上硅(SOI)材料等。其中，硅光波导材料SOI因为具有利于集成的多功能性而逐渐成为极具潜力的一种材料，但它不适合下层工艺，不能在顶层硅的下方制作电极或进行其它工艺加工。而通过键合工艺得到的玻璃基硅光波导材料就具有光限制好和可以同时制作上、下电极等优点。申请号为00115581.4的发明公开了一种玻璃上的硅光波导材料制作方法，但由于采用了普通硅片的减薄技术，所以很难保证硅层的厚度均匀性，而且不能得到特别薄的硅层。
发明内容
本发明的目的是提供一种制备玻璃基硅光波导材料的方法。它是以玻璃作为衬底，硅作为导波层，从而实现光的传输。
具体实施方案是利用绝缘体上硅材料(SOI)片与玻璃的键合和自停止效应制备玻璃基硅光波导材料(SOI)，进而制作硅光波导。具体制作步骤如下(1)SOI硅片和玻璃片经常规清洗后烘干；
(2)SOI硅片的顶层硅和玻璃片的抛光面在静电键合机上进行键合；键合温度360-380℃，键合电压800-1200伏；(3)键合后去除SOI硅片的底层硅。
所述的硅光波导材料的制作方法，其特征在于键合前可以在所采用的SOI硅片的顶层硅上生长氧化硅、氮化硅、氮化铝中一种膜。
所述的硅光波导材料的制作方法，其特征在于在步骤(1)之前可以在SOI硅片或玻璃片上预制电极和进行刻蚀图形预加工工艺。
所述的硅光波导材料的制作方法，其特征在于去除SOI硅片底层硅所采用的是高选择性的腐蚀剂。底层硅表面生长的氧化层和缓冲氧化层用1∶10体积比氢氟酸溶液腐蚀，底层硅用40-60％(质量)浓度的KOH溶液腐蚀。
所述的硅光波导材料的制作方法，其特征在于去除SOI硅片底层硅的方法可以是干法刻蚀、湿法腐蚀，或者两者组合方法，并辅以机械抛光、化学抛光或电化学腐蚀或其组合方法。
所述的硅光波导材料的制作方法，其特征在于在步骤(3)之后可以根据需要对SOI硅片的缓冲氧化层采取去除或刻蚀图形处理。
本发明具有的有益的效果是(1)本发明得到的硅光波导材料的导波层厚度可以从几十纳米到几微米，而且厚度均匀性高；(2)玻璃作为限制层，限制效果好，尤其是对于导波层特别薄的情况下，普通SOI材料的缓冲氧化层已经不能实现对光的限制；(3)键合面在键合之前可以通过各种工艺过程来实现设定的图案、电极等。
图1SOI硅片和玻璃键合示意2实施例1所述的玻璃基硅光波导材料示意3实施例2所述的玻璃基硅光波导材料示意4实施例3所述的带有上下电极的玻璃基脊型硅光波导示意图具体实施方式
实施例1、玻璃基硅光波导材料的制备。请参阅附图2，图中氧化硅2做上限制层，玻璃4做下限制层，硅3为导波层，具体工艺步骤为(1)SOI硅片和玻璃片常规清洗后烘干；(2)SOI硅片的顶层硅和玻璃片的抛光面在静电键合机上进行键合(如附图1所示，图中1、2、3分别为SOI硅片的底层硅、缓冲氧化层和顶层硅，4为玻璃衬底)，键合温度为360摄氏度，键合电压800伏；(3)键合后在40％质量比浓度的KOH溶液中腐蚀掉SOI硅片的底层硅。
实施例2、玻璃基硅光波导材料的制备。请参阅图3，图中玻璃4-氮化硅或氮化铝中一种，8做下限制层，硅3为导波层，具体工艺步骤为(1)SOI硅片高温氧化，在顶层硅上生成一层氧化层；(2)SOI硅片和玻璃片常规清洗后烘干；(3)SOI硅片的顶层硅和玻璃片的抛光面在静电键合机上进行键合，键合温度为380摄氏度，键合电压1200伏；(4)键合后在1∶10体积比氢氟酸溶液中腐蚀掉SOI硅片的底层硅表面生长的氧化层；(5)在50％质量比浓度的KOH溶液中腐蚀掉SOI硅片的底层硅；(6)在1∶10体积比氢氟酸溶液中腐蚀掉SOI硅片的缓冲氧化层；实施例3、带上下电极的玻璃基脊型硅光波导制作请参阅附图4所示，图中6、7为上、下电极，5为脊型硅导波层，4为玻璃衬底)的具体步骤为
(1)SOI硅片常规清洗后烘干并预制下电极7；(2)玻璃常规清洗后烘干；(3)SOI硅片的顶层硅和玻璃片的抛光面在静电键合机上进行键合，键合温度为380摄氏度，键合电压900伏；(4)在40％质量比浓度的KOH溶液中腐蚀掉SOI硅片的底层硅；(5)在1∶10体积比氢氟酸溶液中腐蚀掉SOI硅片的缓冲氧化层；(6)用硅刻蚀机刻蚀出脊型波导5；(7)在脊型波导上做出上电极6。
权利要求
1.一种制备玻璃基硅光波导材料的方法，其特征在于利用绝缘体上硅材料片与玻璃的键合和自停止效应制备玻璃基硅光波导材料，进而制作硅光波导。
2.根据权利要求1所述的玻璃基硅光波导材料制备方法，其特征在于具体制作步骤如下(1)绝缘层上硅片和玻璃片经常规清洗后烘干；(2)绝缘层上硅片的顶层硅和玻璃片的抛光面在静电键合机上进行键合；(3)键合后去除SOI硅片的底层硅。
3.根据权利要求2所述的玻璃基硅光波导材料的制备方法，其特征在于键合前或在所采用的绝缘层上硅片的顶层硅上生长氧化硅、氮化硅、氮化铝中一种膜。
4.根据权利要求2所述的玻璃基硅光波导材料的制备方法，其特征在于在步骤(1)之前或在绝缘层上硅片或玻璃片上预制电极和进行刻蚀图形预加工工艺。
5.根据权利要求2所述的玻璃基硅光波导材料的制备方法，其特征在于去除SOI硅片底层硅的方法为干法刻蚀、湿法腐蚀，或者两者组合方法，并辅以机械抛光、化学抛光或电化学腐蚀或其组合方法。
6.根据权利要求2或5所述的玻璃基硅光波导材料的制备方法，其特征在于去除SOI硅片底层硅采用40-60质量百分浓度的KOH腐蚀液，底层硅上的氧化层用1∶10体积比氢氟酸溶液腐蚀。
7.根据权利要求2所述的玻璃基硅光波导材料的制备方法，其特征在于在步骤(3)之后可以根据需要对SOI硅片的缓冲氧化层采取去除或刻蚀图形处理。
8.根据权利要求1或2所述的玻璃基硅光波导材料的制备方法，其特征在于制作的光波导材料的导波层厚度为几十纳米到几微米，玻璃作限制层。
全文摘要
本发明涉及一种玻璃基硅光波导材料的制备方法。该材料是以玻璃为衬底，硅为导波层。其制备方法为将绝缘体上的硅材料(SOI)的顶层硅和玻璃片的抛光面常规清洗、烘干后进行键合，键合后利用自停止效应去除SOI硅片的底层硅。该材料和制作工艺的优点是所制得的光波导材料的导波层厚度可以从几十纳米到几微米，而且厚度均匀性高；玻璃作为限制层，限制效果好；键合面在键合之前可以通过各种工艺过程来实现设定的图案、电极等。
文档编号G02B6/13GK1693931SQ200510026059
公开日2005年11月9日 申请日期2005年5月20日 优先权日2005年5月20日
发明者李广波, 杨建义, 龙文华, 贾科淼, 王跃林 申请人:中国科学院上海微系统与信息技术研究所