光传输单元以及包含其的波导及芯片的制作方法

1.本申请实施例大体上涉及半导体技术领域，更具体地，涉及光传输单元以及包含其的波导及芯片。


背景技术：

2.随着半导体技术的发展，芯片与光纤间通过集成波导的连接技术成为研究的热点，波导损耗直接影响着芯片的特性，波导损耗主要包括吸收损耗、回波损耗等，其成为制约集成芯片发展的关键因素。回波损耗(也被称为反射)是指光纤链路中单个断点(如连接器对)反射的光量，对于完美传输而言，光损耗和反射功率应为零。而现有的技术方案无法实现芯片与光纤之间的低损耗连接。
3.因此，本申请提出一种光传输单元以及包含其的波导及芯片。


技术实现要素：

4.本申请实施例的目的之一在于提供了一种光传输单元以及包含其的波导及芯片，以实现芯片与光纤通过集成光传输单元之间的连接的低损耗。
5.本申请的一实施例提供一种光传输单元，其包括：衬底；以及位于衬底上的光传输层；其中光传输层包括：铌酸锂层；位于铌酸锂层之上的抗反射层；以及位于二氧化钛层上的光栅层。
6.根据本申请的一些实施例，光传输单元还包括位于光栅层之上的保护层。
7.根据本申请的一些实施例，其中保护层是二氧化硅层。
8.根据本申请的一些实施例，其中衬底包括金层。
9.根据本申请的一些实施例，其中衬底包括介质层。
10.根据本申请的一些实施例，其中介质层包括二氧化硅层。
11.根据本申请的一些实施例，其中抗反射层包括二氧化钛层。
12.本申请的另一实施例提供一种波导，其包括上述光传输单元。
13.本申请的再一实施例还提供一种芯片，其包括上述光传输单元。
14.与现有技术相比，本申请实施例提供的光传输单元以及包含其的波导及芯片，可通过使用抗反射层，大大减少了光损耗。
附图说明
15.图1为根据本申请一些实施例的光传输单元100的结构示意图。
16.图2为根据本申请一些实施例的光传输单元100的另一种结构示意图。
具体实施方式
17.为更好的理解本申请实施例的精神，以下结合本申请的部分优选实施例对其作进一步说明。
18.本申请的实施例将会被详细的描示在下文中。在本申请说明书全文中，将相同或相似的组件以及具有相同或相似的功能的组件通过类似附图标记来表示。在此所描述的有关附图的实施例为说明性质的、图解性质的且用于提供对本申请的基本理解。本申请的实施例不应该被解释为对本申请的限制。
19.本申请提出的光传输单元、包含其的波导及芯片，通过使用抗反射涂层，有效降低了光损耗。
20.图1为根据本申请一些实施例的光传输单元100的结构示意图。
21.如图1所示，光传输单元100包括衬底101；以及位于衬底101上的光传输层102；其中光传输层102包括铌酸锂层104；位于铌酸锂层104之上的抗反射层105；以及位于二氧化钛层105上的光栅层106。
22.光通过铌酸锂层时，大约1％的光被铌酸锂薄膜层吸收，大约8％的光被反射；而在铌酸锂层上设置抗反射层后，被反射的光大大减少。
23.例如在铌酸锂层上设置二氧化钛层，只有1％的光被反射，大大减少了光传播损耗。二氧化钛是一种具有透明光性的纳米颗粒，例如，锐钛型的二氧化钛具有非常好的光透射率，可以作为抗反射涂层。
24.图2为根据本申请一些实施例的光传输单元100的另一结构示意图。
25.根据本申请的一些实施例，如图2所示，光传输单元100还可包括位于光栅层106之上的保护层107，例如，保护层为二氧化硅层。
26.本申请提出的光传输单元可作为芯片与光纤通过集成波导之间的连接，广泛应用于光通信、光芯片、光量子芯片行业。
27.本申请提出的光传输单元100可通过以下方法制得：
28.步骤一：在衬底101上通过物理气相沉积pvd磁控溅射依次淀积金属层(图中未示出)，其中，衬底可为硅衬底，金属层可为约10nm厚的铬层和约30nm厚的金层；
29.步骤二：在金层上通过等离子体增强化学的气相沉积pecvd淀积介质层(图中未示出)，例如氧化硅层，然后通过化学机械抛光cmp进行打磨，将介质层磨平至约30nm厚；
30.步骤三：将铌酸锂层和介质层键合，键合时温度约220℃，持续约8小时，退火温度约400℃，持续时间约2小时；将he离子注入铌酸锂层，断裂注入层，然后通过cmp将铌酸锂层磨平形成约600nm厚铌酸锂层104。
31.步骤四：在铌酸锂层104上制备约20nm厚的抗反射层105，例如二氧化钛层。
32.步骤五：在二氧化钛层105上制备约600nm厚的硅层；在通过电子束光刻ebl定义多晶硅光栅刻蚀区域，然后通过光刻胶的掩膜，利用电感耦合等离子体icp刻蚀设备，刻蚀裸露的多晶硅形成光栅层106。
33.步骤六：在抗反射层105上通过pecvd淀积保护层107，将光栅107层包裹。
34.根据本申请的一些实施例，制备二氧化钛层步骤如下：
35.s1：将铌酸锂层104浸没入tio2溶胶液中，浸没时间约为30s；
36.s2：缓慢抽拉样品，抽拉速度约为2mm/s；
37.s3：然后烘干，温度约100℃持续约1h，tio2厚度约为20nm；
38.s4：退火温度约500℃，持续时间约4小时，形成二氧化钛抗反射层；
39.根据本申请的另一些实施例，二氧化钛层可通过在铌酸锂波导层上磁控溅射pvd
淀积tio2而形成。
40.应理解，虽然上述实施例中的抗反射层为二氧化钛，但是这仅只是用于说明本申请提供的光传输单元以及包含其的波导及芯片的示范性实施例，而不应理解为对本申请所保护范围的限制。根据本申请的另一些实施例，其它类似的材料也可使用本申请提出的光传输单元以及包含其的波导及芯片。
41.本申请的另一些实施例还包括一种波导或芯片，其包括上述光传输单元。
42.本申请提出的光传输单元以及包含其的波导及芯片实现了芯片与光纤通过集成波导之间的低损耗连接。
43.本申请的技术内容及技术特点已揭示如上，然而熟悉本领域的技术人员仍可能基于本申请的教示及揭示而作种种不背离本申请精神的替换及修饰。因此，本申请的保护范围应不限于实施例所揭示的内容，而应包括各种不背离本申请的替换及修饰，并为本专利申请权利要求书所涵盖。


技术特征：
1.一种光传输单元，其包括：衬底；以及位于所述衬底上的光传输层；其中所述光传输层包括：铌酸锂层；位于所述铌酸锂层之上的抗反射层；以及位于所述二氧化钛层上的光栅层。2.根据权利要求1所述的光传输单元，其还包括位于所述光栅层之上的保护层。3.根据权利要求2所述的光传输单元，其中所述保护层是二氧化硅层。4.根据权利要求1所述的光传输单元，其中所述衬底包括金层。5.根据权利要求1所述的光传输单元，其中所述衬底包括介质层。6.根据权利要求5所述的光传输单元，其中所述介质层包括二氧化硅层。7.根据权利要求1所述的光传输单元，其中所述抗反射层包括二氧化钛层。8.一种波导，其包括如权利要求1-7中的任一权利要求所述的光传输单元。9.一种芯片，其包括如权利要求1-7中的任一权利要求所述的光传输单元。

技术总结
本申请实施例涉及光传输单元以及包含其的波导及芯片。根据本申请的一些实施例，一种光传输单元，其包括：衬底；以及位于所述衬底上的光传输层；其中所述光传输层包括：铌酸锂层；位于所述铌酸锂层之上的抗反射层；以及位于所述二氧化钛层上的光栅层。本申请另一些实施例还提供了一种波导或芯片，其包括上述光传输单元。本申请实施例提供的光传输单元以及包含其的波导及芯片可有效解决传统技术中遇到的问题。题。题。


技术研发人员：郑建辉
受保护的技术使用者：上海图灵智算量子科技有限公司
技术研发日：2022.04.02
技术公布日：2022/8/5