[发明专利]一种光学芯片衬底结构及其制备方法

说明书

本发明涉及芯片技术领域，本发明公开了一种光学芯片衬底结构及其制备方法。该光学芯片衬底结构包括依次层叠的衬底结构、压电薄膜层、波导层和硅薄膜层；该波导层包括沿第一方向交替排列的波导和隔离结构；该第一方向为垂直于该衬底结构的轴线的方向；该波导的材料包括氮化硅；该压电薄膜层的材料为铌酸锂。该光学芯片衬底结构可实现铌酸锂光学芯片衬底结构与硅光子芯片的集成，从而利用不同材料的性能优点，提升芯片的性能和降低芯片制备的成本。

技术领域

本发明涉及芯片技术领域，特别涉及一种光学芯片衬底结构及其制备方法。

背景技术

随着人们对通信速率越来越高的需求，以绝缘衬底上的硅(Silicon-On-Insulator，SOI)为基础的硅基光电子芯片逐渐受到产业界的重视，目前硅基光电子芯片已逐步实现商业化，在制备各种无源器件和有源器件等方面已非常成熟。但SOI在光学应用上存在着其天然的劣势，由于硅是中心对称晶体，不存在电光效应，采用等离子色散效应制备的调制器存在损耗高，消光比小的缺点，限制了硅基光电子芯片性能的近一步提升。

铌酸锂薄膜近几年由于在制备高性能电光调制器上的巨大的应用潜力而受到广泛关注，但目前铌酸锂薄膜在制备电光调制器时还面临着铌酸锂材料刻蚀困难，刻蚀效率低，刻蚀侧壁垂直度不够的问题。

发明内容

本发明通过在Si薄膜与LN薄膜中间加入Si3N4波导层，从而可以实现硅基光子芯片与LN光学芯片衬底结构的异质集成，同时可避免不成熟的LN刻蚀工艺的使用，利用硅基光电子成熟的器件库以及成熟的加工工艺来进行芯片的大规模制备，更有利于高质量混合光子芯片的大规模制备。

为解决上述技术问题，本申请于一方面公开了一种光学芯片衬底结构，其包括依次层叠的衬底结构、压电薄膜层、波导层和硅薄膜层；

该波导层包括沿第一方向交替排列的波导和隔离结构；该第一方向为垂直于该衬底结构的轴线的方向；

该波导的材料包括氮化硅；该压电薄膜层的材料为铌酸锂。

可选的，波导的宽度范围为0.5～5微米；

该隔离结构的宽度大于10微米。

可选的，该隔离结构的厚度与该波导的厚度的差值大于等零，且小于等于300纳米。

可选的，波导层与所述硅薄膜层之间设有隔离层；

隔离层的材料与隔离结构的材料相同。

可选的，隔离层的厚度范围为0～300纳米。

可选的，该衬底结构包括层叠的支撑衬底和低折射率层。

可选的，该支撑衬底的材料为硅、氧化硅、蓝宝石、金刚石、氮化铝、石英、氮化镓和碳化硅中的任一种；

该低折射率层的材料包括二氧化硅。

可选的，该压电薄膜层的厚度范围为200～1000纳米；

该硅薄膜层的厚度范围为100～500纳米。

可选的，该隔离结构的材料包括二氧化硅；

该硅薄膜层的材料包括单晶硅。

于另一方面，本申请还公开了一种制备上述的光学芯片衬底结构的方法，其包括：

提供一绝缘衬底上的硅(Silicon-On-Insulator，SOI)衬底；

对该绝缘衬底上的硅衬底的表面进行氧化处理，得到表面具有氧化层的SOI衬底；

对该氧化层进行图形化处理，得到图形化后SOI衬底；该图形化后SOI衬底的表面具有多个间隔的凹槽；