[发明专利]光波导及其制作方法、降低III-V半导体波导侧壁散射损耗的方法

说明书

本申请公开了一种光波导及其制作方法、降低III‑V半导体波导侧壁散射损耗的方法，该光波导包括芯层，所述芯层的表面包覆有限制层，所述限制层包括氧化铝包层，该氧化铝包层与所述芯层之间形成有光滑的侧壁。本发明采用含Al的III‑V半导体作为光波导芯层材料，并通过Al氧化定义其光波导，一方面由Al氧化定义的光波导使得含Al半导体被Al₂O₃介质包围，二者的折射率差较小，由此使得散射损耗对波导侧壁粗糙度敏感性降低；另一方面，Al氧化工艺为湿法氧化技术，该种化学反应是在分子水平产生作用的，因此，由其定义的波导结构，其侧壁粗糙度无疑远小于干法刻蚀。

技术领域

本申请涉及一种光波导及其制作方法、降低III-V半导体波导侧壁散射损耗的方法。

背景技术

由侧壁粗糙引发的散射损耗是所有无源光波导难以克服的难题，特别是对于大尺寸光波导而言，有可能成为其性能提升的最终限制因素。而对于由III-V族材料定义的脊波导而言，由于III-V族材料的折射率大于3，而空气的折射率为1，大的折射率差使得其散射损耗对侧壁粗糙度非常敏感，因此，为了降低波导散射损耗，通常采用的做法是获得侧壁光滑的光波导结构，为了实现这一点，必须从光刻板制备、光刻工艺、刻蚀工艺等一系列步骤严格把关，才能获得高质量光波导。该种方法使得光波导的侧壁粗糙度极大地依赖于各步工艺，从而使得其侧壁光滑度受限，且获得真正侧壁光滑的光波导成本增加，成品率下降。

大尺度高品质因子III-V族半导体环形谐振腔是实现单片集成光学陀螺的基础和关键，对于该大尺寸III-V族环形谐振腔而言，由于III-V半导体折射率偏高，大折射率差和侧壁粗糙导致的大散射损耗成为制约其品质因子提高的最终因素，直接制约单片集成光学陀螺的分辨率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光波导及其制作方法、降低III-V半导体波导侧壁散射损耗的方法，以克服现有技术中的不足。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本申请实施例公开了一种光波导，包括芯层，所述芯层的表面包覆有限制层，所述限制层包括氧化铝包层，该氧化铝包层与所述芯层之间形成有光滑的侧壁。

优选的，在上述的光波导中，所述氧化铝包层的折射率为1.4~2.3，更优选的，氧化铝包层的折射率为1.4~2.0。

优选的，在上述的光波导中，所述芯层为含Al的III-V半导体，通过对所述III-V半导体进行氧化形成所述氧化铝包层。

优选的，在上述的光波导中，所述III-V半导体包括所有含Al的III-V半导体，具体地包括 AlAs、 AlP、AlN、InAlAs、InAlP、AlGaAs、AlGaP、InAlN、GaAlN、InGaAlP、InGaAlAs、InGaAlN等。

优选的，在上述的光波导中，所述芯层的上下两侧分别形成有上包层和下包层，所述氧化铝包层形成于所述芯层的左右两侧。

优选的，在上述的光波导中，所述上包层和下包层的材质于芯层晶格常数相近的III-V半导体材料。

优选的，在上述的光波导中，所述光滑的侧壁为斜面。

相应地，本申请还公开了一种光波导的制作方法，包括：

s1、在下包层上依次形成芯层和上包层；

s2、在上包层表面匀胶光刻，获得图形掩膜；

s3、通过图形掩膜进行蚀刻，直至露出芯层的上表面或其侧壁；

s4、对芯层露出的部分进行Al氧化，芯层被氧化的部分与未氧化部分之间形成光滑的侧壁。

优选的，在上述的光波导的制作方法中，所述Al氧化为湿法氧化，其化学反应在分子水平产生作用。