[发明专利]一种光子晶体定向耦合器的制作方法

权利要求书

1.一种光子晶体定向耦合器的制作方法，该光子晶体定向耦合器包括基板以及垂直设置在该基板上的若干介质柱，该若干介质柱围出两个相互独立的主波导线缺陷（9）与耦合波导线缺陷（10），主波导线缺陷（9）与耦合波导线缺陷（10）之间间隔有至少一排介质柱，位于该排介质柱一侧的介质柱区域为主波导部分（8），位于该排介质柱相对一侧的介质柱区域为直角转弯耦合波导部分（5），主波导部分（8）、直角转弯耦合波导部分（5）以及它们之间的这排跑道型介质柱（7）构成光子晶体定向耦合器的主体结构，其特征在于，该排介质柱均为跑道型介质柱（7），其余介质柱均为圆柱型介质柱（2），该光子晶体定向耦合器的制作方法包括下列步骤：

第一步，制备划片所需的划片槽；

第二步，在该划片槽上制备ICP刻蚀所需的光刻胶掩膜，得到硅柱阵列结构；

第三步，利用第二步制备的光刻胶掩膜结构进行ICP刻蚀，制作光子晶体定向耦合器的主体结构；

第四步，对主体结构中的跑道型介质柱进行修整；

第五步，去除主体结构的边缘区域形成该光子晶体定向耦合器。

2.根据权利要求1所述的光子晶体定向耦合器的制作方法，其特征在于，所述制备划片所需的划片槽包括下列步骤：

（A）制作SOI基底，二氧化硅埋层（102）位于衬底硅（101）即底层硅上，顶硅（103）位于二氧化硅埋层（102）上，对SOI基底进行清洁处理；

（B）在SOI基底上制作一层厚度为2-3μm的光刻胶膜（104）；

（C）将涂覆光刻胶膜的SOI基底（104）进行前烘；

（D）对制备好的光刻胶薄膜（104）进行电子束曝光，得到划片槽图形；

（E）经过显影、坚膜等工艺流程制作光刻胶掩模结构；

（F）对应用步骤（E）制作好的光刻胶掩模结构进行感应耦合等离子体刻蚀（Inductively Coupled Plasma etching，ICP），制作光子晶体定向耦合器主体结构，刻蚀深度为4μm，去除光刻胶薄膜（104），得到划片槽结构。

3.根据权利要求2所述的光子晶体定向耦合器的制作方法，其特征在于，顶硅103厚220nm、二氧化硅埋层102厚3μm、衬底硅厚101600μm。

4.根据权利要求2所述的光子晶体定向耦合器的制作方法，其特征在于，所述制备ICP刻蚀所需的光刻胶掩膜包括下列步骤：

（G）在步骤（F）制备好的带有划片槽结构的SOI基底上制备一层光刻胶薄膜（201）；

（H）将步骤（G）制备完成的结构进行前烘；

（I）对制备好的光刻胶薄膜（201）进行电子束曝光； 

（J）经过显影、坚膜得到硅柱阵列结构。

5.根据权利要求4所述的光子晶体定向耦合器的制作方法，其特征在于，光刻胶薄膜（201）的厚度为100nm。

6.根据权利要求4所述的光子晶体定向耦合器的制作方法，其特征在于，制备所述光子晶体定向耦合器主体结构包括下列步骤：

（K）对步骤（J）制作好的ICP光刻胶掩膜结构进行ICP刻蚀，刻蚀深度为220nm，得到硅柱阵列；

（L）去除步骤（K）所得到的硅柱阵列结构上光刻胶薄膜，并进行清洗。

7.根据权利要求6所述的光子晶体定向耦合器的制作方法，其特征在于，所述对跑道型介质柱进行修整包括下列步骤：

（M）在步骤（L）所得到的结构上涂覆光刻胶薄膜（301）作为保护层；

（N）对制备好的光刻胶薄膜（301）进行光学曝光、显影等工艺，得到光刻胶掩膜结构，将需要修整的跑道型硅柱（7）所在区域暴露出来； 

（O）利用聚焦离子束刻蚀工艺对需要高精度修整的硅柱进行刻蚀使其达到所需尺寸，去除光刻胶。

8.据权利要求7所述的光子晶体定向耦合器的制作方法，其特征在于，所述去除器件结构的边缘区域包括下列步骤：

（P）在步骤（O）所得到的器件结构表面涂覆PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）层（401）；

（Q）对PMMA层（401）进行同步辐射X射线曝光、显影，在器件结构上制作一个保护层；

（R）按照划片槽划片，即可得到16个由硅柱阵列构成的光子晶体定向耦合器主体结构；

（S）将步骤（R）得到的基于跑道型介质柱的光子晶体定向耦合器结构进行侧面研磨抛光，去除边缘区使器件结构侧面平整。