[发明专利]一种薄膜光学超晶格波导及其制备方法

说明书

本申请提供一种薄膜光学超晶格波导及其制备方法，所述薄膜光学超晶格波导包括衬底层、二氧化硅层和压电薄膜层，其中，所述压电薄膜层与二氧化硅层相邻的一侧形成脊型波导，所述脊型波导具有超晶格结构，在所述压电薄膜层上还可以进一步刻蚀，在所述脊型波导相对的位置形成波导凹槽，从而降低波导损耗，本申请提供的制备所述薄膜光学超晶格波导的方法，可以压电晶圆为基础，首先制备脊型波导，再将所述脊型波导进入二氧化硅层，再利用二氧化硅层的平坦表面制备超晶格结构，从而解决了在相同条件下由于超晶格结构的正负畴刻蚀速度不同而造成的波导畴壁不平整的问题。

技术领域

本申请属于半导体器件领域，特别涉及一种薄膜光学超晶格波导及其制备方法。

背景技术

基于准位相匹配的光学超晶格波导因其优异的光电性能受到国内外研究人员的长期关注和研究，光学超晶格波导为具有正负畴交替分布结构的波导，图1示出一种传统光学超晶格波导的剖面示意图，如图1所示，光学超晶格波导一般包括衬底材料、连接层和压电薄膜层，其中，在所述压电薄膜层上制备具有超晶格结构的脊型波导。

目前，室温电场极化技术为制备光学超晶格波导较为成熟并且应用最为广泛的技术。制备薄膜光学超晶格波导的传统方法是以预制的薄膜材料为基础，首先采用电场极化技术在所薄膜材料上制备超晶格结构，再通过刻蚀薄膜材料来制备光波导。但是，由于在相同条件下，超晶格结构的正负畴的刻蚀速度不同，往往造成波导畴壁不平整，图2示出一组现有技术制备的超晶格结构的波导畴壁电镜图，其中(a)部分示出传统光学超晶格波导的波导畴壁照片；(b)部分示出图2(a)部分中虚线框圈定范围的局部放大图；(c)部分示出图2(a)部分中虚线框圈定范围的高倍局部放大图，如图2所示，而波导畴壁的不平整会极大地增加波导的损耗，波导损耗可达1dB/cm以上。

由于一般刻蚀所得波导具有脊型结构，难以在波导上制备周期性电极，因此，无法在先制备波导再制备超晶格结构。

发明内容

为解决上述问题中的至少一个，本申请提供一种薄膜光学超晶格波导及其制备方法，所述薄膜光学超晶格波导包括衬底层、二氧化硅层和压电薄膜层，其中，所述压电薄膜层与二氧化硅层相邻的一侧形成脊型波导，所述脊型波导具有超晶格结构，在所述压电薄膜层上还可以进一步刻蚀，在所述脊型波导相对的位置形成波导凹槽，从而降低波导损耗，本申请提供的制备所述薄膜光学超晶格波导的方法，可以压电晶圆为基础，首先制备脊型波导，再将所述脊型波导进入二氧化硅层，再利用二氧化硅层的平坦表面制备超晶格结构，从而解决了在相同条件下由于超晶格结构的正负畴刻蚀速度不同而造成的波导畴壁不平整的问题。

本申请的目的在于以下几个方面：

第一方面，提供一种薄膜光学超晶格波导，所述薄膜光学超晶格波导依次包括衬底层1、釉料层2、电极层3、二氧化硅层4和压电薄膜层5，其中，所述压电薄膜层5与二氧化硅层4相邻的一侧形成脊型波导6，所述脊型波导6具有超晶格结构。

在一种可实现的方式中，在所述压电薄膜层5的另一侧面上与所述脊型波导6相对的位置具有波导凹槽7。

可选地，所述波导凹槽7的深度为100～10000nm，优选为200～3000nm。

在一种可实现的方式中，所述脊型波导6的高度为100～10000nm，优选为200～3000nm。

在一种可实现的方式中，所述波导凹槽7的宽度与所述脊型波导6的宽度接近。

在一种可实现的方式中，所述压电薄膜层5的厚度为100～10000nm，优选为200～3000nm。

第二方面，本申请还提供一种制备第一方面所述薄膜光学超晶格波导的方法，所述方法包括：

在压电晶圆上制备脊型波导；

在所述脊型波导上制备二氧化硅层；

在所述二氧化硅层上制备电极层；