[发明专利]波导结构及其制造方法

说明书

本申请公开了一种波导结构及其制造方法，以解决现有技术中泄露损耗与弯曲损耗过大的问题。该波导结构包括：衬底；第一支撑层，位于衬底上；芯层，位于第一支撑层上方，光在芯层中传播；第二支撑层，位于第一支撑层上，第二支撑层与第一支撑层邻接的一侧具有空腔；其中，芯层位于空腔中，芯层的部分表面被空腔包裹。芯层通过空腔将原包层介质替换为空气，进而提升了芯层与包层的折射率差值，使得传播光更容易实现全反射，进而降低泄露损耗和弯曲损耗，还可以更进一步减小波导的弯曲半径，从而减小芯片尺寸，提高工艺集成度。该波导结构的制造方法所涉工艺也多为成熟工艺，简单可靠且易于实现，具有很好的实用性。

技术领域

本发明涉及光波导技术领域，具体涉及一种波导结构及其制造方法，尤其涉及一种具有空气包层的波导结构及其制造方法。

背景技术

光波导是约束光波传输的媒介。典型的光波导采用光疏介质包覆光密介质的“芯/包”结构。为实现全反射，并兼容半导体薄膜加工工艺，目前多采用SiO₂(折射率约为1.45)作为光波导的外包层，使用SiN(折射率约为2.01)、Si(折射率约为3.5)作为光波导的芯层。

但是由于SiO₂与SiN的折射率差值较小，故此考虑到传输过程中的泄露损耗(泄露损耗是由于光在波导中传输时会有一部分光散射出去，产生光泄露)与弯曲损耗(弯曲损耗为光在弯曲波导中传输时，由于入射角的变化，造成的光泄露)，在设计光波导时，其曲率半径就受到限制。Si与SiO₂折射率差异虽较大，但是由于Si材料自身的限制，波导传输损耗很大。

因此在制作材料有限的情况下，找到一种可以同时兼容自身波导损耗、泄露损耗与弯曲损耗的方案是本领域技术人员需要解决的技术问题。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种波导结构及其制造方法，该波导结构可具有空气包层的同时还能较好的为芯层提供保护。

为实现上述目的，本发明的第一个方面提供一种波导结构，包括：衬底；第一支撑层，位于衬底上；芯层，位于第一支撑层上方，光在芯层中传播；第二支撑层，位于第一支撑层上，第二支撑层与第一支撑层邻接的一侧具有空腔；其中，芯层位于空腔中，芯层的部分表面被空腔包裹。

进一步地，第一支撑层为芯层的下包层。

进一步地，第一支撑层包括至少一个支撑部，芯层的部分下表面与支撑部相连以使芯层悬空。

进一步地，第一支撑层和所述第二支撑层的材料包括二氧化硅，所述芯层的材料包括硅、氮化硅、铌酸锂中的至少一种。

进一步地，芯层包括一个或多个，单个芯层的截面独立的选自凸字形或矩形。

进一步地，该波导结构还包括释放孔，所述释放孔贯穿第二支撑层并与空腔相连。

进一步地，芯层的表面与空腔内壁之间的距离不小于2μm。

进一步地，该波导结构还包括：光栅、光电探测器、调制器中的至少一种，光栅、光电探测器、调制器中的至少部分与芯层位于同一衬底上。

进一步地，该波导结构还包括电连接的第一金属层和第二金属层，第一金属层和第二金属层均位于第二支撑层上，第一金属层为布线层，第二金属层为电极引出端。

本发明的第二个方面是提供一种波导结构的制造方法，包括：在衬底上形成第一支撑层；在第一支撑层上形成芯层；在第一支撑层上形成牺牲层，并对牺牲层进行刻蚀，以保留待形成空腔的部分；在第一支撑层和牺牲层上形成第二支撑层；对第二支撑层进行刻蚀形成释放孔，并通过释放孔去除牺牲层，形成所述空腔。

进一步地，牺牲层的材料包括聚酰亚胺，在第一支撑层上形成牺牲层，并对牺牲层进行刻蚀后，牺牲层包绕芯层的厚度不小于2μm。