專利名稱：基于玻璃基離子交換掩埋光波導(dǎo)的集成光學(xué)芯片及制法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光通信領(lǐng)域的集成光學(xué)芯片，尤其涉及基于玻璃基離子交換掩埋光波導(dǎo)的集成光學(xué)芯片及制作方法。
背景技術(shù)：
目前，市場上應(yīng)用于光通信的集成光學(xué)芯片，主要基于PECVD技術(shù)制造而成。 PECVD技術(shù)即等離子增強的化學(xué)氣相沉積技術(shù)，其技術(shù)原理是利用低溫等離子體作為能量源，將晶圓置于低氣壓下輝光放電的陰極上，采用輝光放電或額外發(fā)熱體使樣品升溫到預(yù)定溫度，然后通入適量的反應(yīng)氣體，氣體在微波或射頻的作用下發(fā)生電離，在局部形成等離子體，由于等離子體活性很強，氣體經(jīng)過一系列化學(xué)反應(yīng)與等離子體反應(yīng)，在晶圓表面形成固態(tài)的薄膜，進而通過退火工藝形成可用于制備光波導(dǎo)的膜層。而PECVD的平面光波導(dǎo)制備技術(shù)還包含了多重膜生長、退火以及膜層刻蝕技術(shù)。其制備得到的光波導(dǎo)如圖4所示， 光波導(dǎo)呈四層結(jié)構(gòu)，最下層為襯底層7，襯底層7上生長了一層下包層8，下包層8上為經(jīng)過多重膜生長、刻蝕的波導(dǎo)芯層10，呈矩形結(jié)構(gòu)，芯層10上再覆以上包層+作為保護。雖然基于PECVD技術(shù)的集成光學(xué)芯片具有良好的光學(xué)特性，但是由于其波導(dǎo)區(qū)的截面呈現(xiàn)矩形結(jié)構(gòu)，使得其具有較大的偏振依賴性，同時基于PECVD技術(shù)的集成光學(xué)芯片的制作方法采用了多重膜生長、退火技術(shù)，工藝要求很高并且芯片內(nèi)部殘留的應(yīng)力會影響芯片長期使用的穩(wěn)定性和可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種可減小芯片的偏振依賴性以及消除芯片的內(nèi)部應(yīng)力，壽命長、穩(wěn)定可靠的基于玻璃基離子交換掩埋光波導(dǎo)的集成光學(xué)芯片及其制法。本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)一種基于玻璃基離子交換掩埋光波導(dǎo)的集成光學(xué)芯片，其特征在于，該集成光學(xué)芯片主要由玻璃襯底和離子交換掩埋光波導(dǎo)組成；所述的離子交換掩埋光波導(dǎo)位于玻璃襯底內(nèi)部，與玻璃襯底上表面的距離為O 7500 μ mD所述的離子交換掩埋光波導(dǎo)與玻璃襯底上表面的距離為離子交換掩埋光波導(dǎo)的波導(dǎo)邊緣與玻璃襯底上表面的距離，當(dāng)離子交換掩埋光波導(dǎo)的波導(dǎo)上側(cè)未完全從玻璃襯底上表面分離時，所述的離子交換掩埋光波導(dǎo)與玻璃襯底上表面的距離為O μ m。所述的離子交換掩埋光波導(dǎo)為折射率漸變型波導(dǎo)，在玻璃襯底內(nèi)水平方向上分為三個區(qū)域輸入波導(dǎo)區(qū)、功能結(jié)構(gòu)區(qū)和輸出波導(dǎo)區(qū)，所述的功能結(jié)構(gòu)區(qū)連接輸入波導(dǎo)區(qū)和輸出波導(dǎo)區(qū)。所述的輸入波導(dǎo)區(qū)由單直波導(dǎo)或2 256端口的直波導(dǎo)陣列構(gòu)成；所述的功能結(jié)構(gòu)區(qū)的結(jié)構(gòu)為滿足無源光器件的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；所述的輸出波導(dǎo)區(qū)為單直波導(dǎo)或2 256端口的直波導(dǎo)陣列。
4
所述的功能結(jié)構(gòu)區(qū)的結(jié)構(gòu)為分路結(jié)構(gòu)或耦合結(jié)構(gòu)?！N基于玻璃基離子交換掩埋光波導(dǎo)的集成光學(xué)芯片的制備方法，其特征在于， 該方法包括以下步驟I)鍍膜在玻璃晶圓上表面鍍上一層厚度為50 IOOOnm的掩膜；2)光刻通過旋涂在掩膜上形成一層光刻膠膜，接著采用加熱烘烤方式固化光刻膠膜，然后采用曝光和顯影技術(shù)將光刻板上的圖樣轉(zhuǎn)印至光刻膠膜上，最后再次加熱烘烤完成光刻膠膜的再固化；3)腐蝕將帶有光刻膠膜的玻璃晶圓放置于加熱的腐蝕液中，通過腐蝕液對掩膜的選擇性腐蝕將光刻膠膜的圖樣轉(zhuǎn)印至掩膜上；4)去膠將光刻膠膜從玻璃晶圓上去除；5) 一次交換將帶有圖樣的掩膜的玻璃晶圓放置于一次交換的熔鹽中，通過源離子的自由熱擴散或是電場輔助擴散在玻璃晶圓表面無掩膜區(qū)形成離子交換表面光波導(dǎo)；6) 二次交換去除玻璃晶圓表面的掩膜，將帶有離子交換表面光波導(dǎo)的玻璃晶圓放置于二次交換的熔鹽中，通過自由熱擴散或是電場輔助擴散的方式將玻璃晶圓的表面光波導(dǎo)掩埋至玻璃晶圓上表面下方O 7500um處；7)劃片將二次交換完成的玻璃晶圓按照離子交換掩埋光波導(dǎo)圖樣上的切割標(biāo)記分割成尺寸一致的芯片單元；8)研磨拋光將芯片單元進行切割端面的研磨拋光形成基于玻璃基離子交換掩埋光波導(dǎo)的集成光學(xué)芯片。步驟(I)所述的掩膜的鍍膜材料為金屬鍍膜材料或非金屬鍍膜材料，所述的金屬鍍膜材料為耐高溫抗強氧化性的金屬鍍膜材料，所述的非金屬鍍膜材料為氧化物或氮化物鍍膜材料。所述的金屬鍍膜材料為鋁、金、鈦或鉬；所述的非金屬鍍膜材料為二氧化硅、氧化
招、三氧化二鉻、氧化銅或氮化娃。步驟(2)所述的光刻板上的圖樣以集成光學(xué)芯片的器件設(shè)計圖為單元，通過周期型排列組合而成。所述的光刻板上的圖樣為1X8的光分路器設(shè)計單元周期型排列組合而成的光刻板圖樣。步驟(2)所述的加熱烘烤方式為熱板或烘箱加熱烘烤方式，加熱烘烤的溫度為 90-100°C，時間為 O. 5-lho步驟(3)所述的腐蝕液的腐蝕溫度為30 300°C ;腐蝕液為掩膜材料對應(yīng)的常規(guī)化學(xué)腐蝕劑。所述的腐蝕液的腐蝕溫度為40 200°C ;所述的腐蝕液為磷酸腐蝕液、氫氟酸腐蝕液、稀硫酸腐蝕液、王水腐蝕液或雙氧水加氟化銨混合液。步驟(4)所述的去膠通過選擇性溶解、剝離或腐蝕方法。步驟(5)所述的一次交換的源離子為銀離子、鉀離子或鉈離子中的一種或幾種的組合；所述的一次交換的熔鹽為硝酸銀、硝酸鉀、硝酸鉈中的一種或幾種的組合，或是硝酸銀、硝酸鉀、硝酸鉈中的一種或幾種的組合再與硝酸鈉、硝酸鎂、硝酸鈣的一種及以上混合而成的熔鹽。
步驟(6)所述的二次交換的熔鹽為硝酸納、硝酸鈣、硝酸鎂中的一種或幾種的組合，或是硝酸納、硝酸鈣、硝酸鎂中的單組份熔鹽或組合熔鹽再與硝酸銀、硝酸鉀、硝酸鉈中的一種或幾種的組合混合而成的熔鹽。所述的自由熱擴散的溫度范圍為180 600°C，所述的電場輔助擴散的溫度范圍為180 800°C，電壓范圍為50 1000V。所述的自由熱擴散的溫度范圍為200 400°C，所述的電場輔助擴散的溫度范圍為200 400°C，電壓范圍為100 600V。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點一、工藝簡單工藝步驟簡短，控制相對容易。二、工藝容差大不具有如PECVD工藝的成膜、退火等嚴(yán)格工藝過程，且離子交換工藝還具有一定的瑕疵修正能力。三、偏振不依賴性該發(fā)明具有很低的偏振相關(guān)損耗，不會因輸入光的偏振態(tài)的變化引起芯片性能較大的變化。四、穩(wěn)定性與可靠性該發(fā)明具有的應(yīng)力很小，對芯片的長期使用和環(huán)境考驗不會造成質(zhì)的影響。五、成本低廉實現(xiàn)該發(fā)明所需的設(shè)備簡單，成本低廉，具有與基于PECVD技術(shù)的同類產(chǎn)品的競爭優(yōu)勢。


圖I為本發(fā)明實施例I的基于玻璃基離子交換掩埋光波導(dǎo)的集成光學(xué)芯片的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖I的A-A垂直截面圖，也是掩埋光波導(dǎo)的垂直截面示意圖；圖3為本發(fā)明的制作方法的工藝流程圖；圖4為現(xiàn)有光波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中1、玻璃襯底,2、離子交換掩埋光波導(dǎo),3、輸入波導(dǎo)區(qū),4、功能結(jié)構(gòu)區(qū),5、輸出波導(dǎo)區(qū)，6、距玻璃襯底上表面距尚，7、襯底層，8、下包層，9、上包層，10、心層。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細(xì)說明。實施例I如圖1-4所示，以基于玻璃基離子交換掩埋光波導(dǎo)的1X4光分路器芯片進行說明。該芯片主要由玻璃襯底I、離子交換掩埋光波導(dǎo)2兩部分組成；離子交換掩埋光波導(dǎo)2位于玻璃襯底I內(nèi)部，距玻璃襯底上表面距離6為15 μ m。離子交換掩埋光波導(dǎo)在玻璃襯底內(nèi)水平方向上分為三部分輸入波導(dǎo)區(qū)3、功能結(jié)構(gòu)區(qū)4和輸出波導(dǎo)區(qū)5，所述的功能結(jié)構(gòu)區(qū)4連接輸入波導(dǎo)區(qū)3和輸出波導(dǎo)區(qū)5，本實施例中，輸入波導(dǎo)區(qū)3為輸入單端口直波導(dǎo)區(qū)、功能結(jié)構(gòu)區(qū)4為級聯(lián)分支結(jié)構(gòu)區(qū)，輸出波導(dǎo)區(qū)5為輸出四端口直波導(dǎo)陣列區(qū)。整體離子交換掩埋光波導(dǎo)2實現(xiàn)了一分四的光分路功能。離子交換掩埋光波導(dǎo)為漸變折射率波導(dǎo)， 垂直截面輪廓呈“彗星”形，靠近“彗核”部分折射率最大，向外的部分折射率漸漸變小，呈現(xiàn)“彗尾”分布，如圖3所示。該芯片的制作工藝流程如圖4所示，具體包括以下步驟1)鍍膜在玻璃晶圓上表面鍍上一層厚度為80nm的鋁掩膜；2)光刻對于鍍膜完成的晶圓，首先通過旋涂在鋁掩膜上形成一層光刻膠膜，膜厚50nm，接著采用烘箱90°C加熱固化光刻膠膜I小時，然后采用曝光和顯影技術(shù)將光刻板上的I X 4光分路器圖樣轉(zhuǎn)印至光刻膠膜上，曝光光強3mW/cm2，曝光時間15秒，最后采用烘箱100°C烘烤30分鐘完成光刻膠膜的再固化；3)腐蝕將帶有光刻膠膜的玻璃晶圓放置于40°C水浴的磷酸腐蝕液中，通過腐蝕液對掩膜的選擇性腐蝕將光刻膠膜的圖樣轉(zhuǎn)印至掩膜上。4)去膠采用丙酮溶解光刻膠，使光刻膠膜從玻璃晶圓上去除； 5) 一次交換采用銀鈉離子交換將帶有圖樣的掩膜的玻璃晶圓放置于一次交換的熔鹽中， 通過銀離子的自由熱擴散在玻璃晶圓表面無掩膜區(qū)形成銀鈉離子交換表面光波導(dǎo)，交換熔鹽為100%硝酸銀，交換溫度320°C，交換時間為2小時；6) 二次交換采用磷酸腐蝕液去除玻璃晶圓表面的掩膜，將帶有離子交換表面光波導(dǎo)的玻璃晶圓放置于二次交換的熔鹽中， 通過電場輔助離子擴散的方式將玻璃晶圓的表面光波導(dǎo)掩埋至玻璃晶圓上表面下方lOum， 交換熔鹽為硝酸鈉與硝酸鈣質(zhì)量比I : 1，交換溫度280°C，電壓為100V，時間為4小時；7) 劃片將二次交換完成的玻璃晶圓按照離子交換掩埋光波導(dǎo)圖樣上的切割標(biāo)記分割成尺寸一致的芯片單元，芯片尺寸為12. 5X2. 2X2. 5mm3 ；8)研磨拋光將芯片單元進行切割端面的研磨拋光形成基于玻璃基離子交換掩埋光波導(dǎo)的集成光學(xué)芯片。芯片的偏振相關(guān)損耗小于O. 05dB,內(nèi)部應(yīng)力小于測試儀器的最低精度。實施例2參見圖1-4所示，一種基于玻璃基離子交換掩埋光波導(dǎo)的2X2光耦合器芯片，該芯片主要由玻璃襯底、離子交換掩埋光波導(dǎo)兩部分組成；離子交換掩埋光波導(dǎo)位于玻璃襯底內(nèi)部，距玻璃襯底上表面距離6為7000 μ m。離子交換掩埋光波導(dǎo)在玻璃襯底內(nèi)分為三部分輸入兩端口直波導(dǎo)陣列區(qū)、2X2耦合區(qū)和輸出兩端口直波導(dǎo)陣列區(qū)。整體離子交換掩埋光波導(dǎo)實現(xiàn)了 2X2的光耦合器功能。離子交換掩埋光波導(dǎo)為漸變折射率波導(dǎo)，垂直截面輪廓呈“彗星”形，靠近“彗核”部分折射率最大，向外的部分折射率漸漸變小，呈現(xiàn)“彗尾” 分布。該芯片的制作方法為1)鍍膜在玻璃晶圓上表面鍍上一層厚度為IOOOnm的二氧化硅掩膜；2)光刻對于鍍膜完成的晶圓，首先通過旋涂在二氧化硅掩膜上形成一層光刻膠膜，膜厚lOOOnm，接著采用烘箱100°C加熱固化光刻膠膜I. 5小時，然后采用曝光和顯影技術(shù)將光刻板上的2X2光稱合器圖樣轉(zhuǎn)印至光刻膠膜上,曝光光強4mW/cm2,曝光時間40 秒，最后采用烘箱120°C烘烤40分鐘完成光刻膠膜的再固化；3)腐蝕將帶有光刻膠膜的玻璃晶圓放置于30°C水浴的氟化銨配雙氧水I : 9腐蝕液中，通過腐蝕液對掩膜的選擇性腐蝕將光刻膠膜的圖樣轉(zhuǎn)印至掩膜上。4)去膠采用丙酮溶解光刻膠，使光刻膠膜從玻璃晶圓上去除；5) —次交換采用銀鈉離子交換將帶有圖樣的掩膜的玻璃晶圓放置于一次交換的熔鹽中，通過銀離子的自由熱擴散在玻璃晶圓表面無掩膜區(qū)形成銀鈉離子交換表面光波導(dǎo)，交換熔鹽為100%硝酸銀，交換溫度320°C，交換時間為2小時；6) 二次交換采用磷酸腐蝕液去除玻璃晶圓表面的掩膜，將帶有離子交換表面光波導(dǎo)的玻璃晶圓放置于二次交換的熔鹽中，通過電場輔助離子擴散的方式將玻璃晶圓的表面光波導(dǎo)掩埋至玻璃晶圓上表面下方lOum，交換熔鹽為硝酸鈉與硝酸鈣質(zhì)量比1 : 1，交換溫度280°C，電壓為100V，時間為4小時；7)劃片將二次交換完成的玻璃晶圓按照離子交換掩埋光波導(dǎo)圖樣上的切割標(biāo)記分割成尺寸一致的芯片單元，芯片尺寸為12. 5X2. 2X2. 5mm3 ；8)研磨拋光將芯片單元進行切割端面的研磨拋光形成基于玻璃基離子交換掩埋光波導(dǎo)的集成光學(xué)芯片。芯片的偏振相關(guān)損耗小于O. 05dB,內(nèi)部應(yīng)力小于測試儀器的最低精度。實施例3一種基于玻璃基離子交換掩埋光波導(dǎo)的集成光學(xué)芯片，該集成光學(xué)芯片主要由玻璃襯底和離子交換掩埋光波導(dǎo)組成；離子交換掩埋光波導(dǎo)的波導(dǎo)上側(cè)未完全從玻璃襯底上表面分離，離子交換掩埋光波導(dǎo)與玻璃襯底上表面的距離為O μ m。所述的離子交換掩埋光波導(dǎo)為折射率漸變型波導(dǎo)，在玻璃襯底內(nèi)水平方向上分為三個區(qū)域輸入波導(dǎo)區(qū)、功能結(jié)構(gòu)區(qū)和輸出波導(dǎo)區(qū)，所述的功能結(jié)構(gòu)區(qū)連接輸入波導(dǎo)區(qū)和輸出波導(dǎo)區(qū)。其中所述的輸入波導(dǎo)區(qū)由單直波導(dǎo)；所述的功能結(jié)構(gòu)區(qū)的結(jié)構(gòu)為滿足無源光器件的分路結(jié)構(gòu)；所述的輸出波導(dǎo)區(qū)為八端口直波導(dǎo)。上述基于玻璃基離子交換掩埋光波導(dǎo)的集成光學(xué)芯片的制備方法，包括以下步驟I)鍍膜在玻璃晶圓上表面鍍上一層厚度為50nm的金掩膜；2)光刻通過旋涂在掩膜上形成一層光刻膠膜，接著采用熱板加熱烘烤方式固化光刻膠膜，加熱烘烤的溫度為90°C，時間為O. 5h，然后將1X8的光分路器設(shè)計單元周期型排列組合而成的光刻板圖樣，采用曝光和顯影技術(shù)轉(zhuǎn)印至光刻膠膜上，最后再次加熱烘烤完成光刻膠膜的再固化，加熱烘烤的溫度為90°C，時間為O. 5h ；3)腐蝕將帶有光刻膠膜的玻璃晶圓放置于溫度為30°C的王水腐蝕液中，通過腐蝕液對掩膜的選擇性腐蝕將光刻膠膜的圖樣轉(zhuǎn)印至掩膜上；4)去膠通過選擇性溶解、剝離或腐蝕方法將光刻膠膜從玻璃晶圓上去除；5) 一次交換將帶有圖樣的掩膜的玻璃晶圓放置于一次交換的硝酸鉀熔鹽中，通過鉀離子的自由熱擴散在玻璃晶圓表面無掩膜區(qū)形成離子交換表面光波導(dǎo)，所述的自由熱擴散的溫度范圍為180°C ；6) 二次交換去除玻璃晶圓表面的掩膜，將帶有離子交換表面光波導(dǎo)的玻璃晶圓放置于二次交換的硝酸納熔鹽中，通過自由熱擴散將玻璃晶圓的表面光波導(dǎo)掩埋至玻璃晶圓上表面下方Oum處，所述的自由熱擴散的溫度范圍為180°C ；7)劃片將二次交換完成的玻璃晶圓按照離子交換掩埋光波導(dǎo)圖樣上的切割標(biāo)記分割成尺寸一致的芯片單元；8)研磨拋光將芯片單元進行切割端面的研磨拋光形成基于玻璃基離子交換掩埋光波導(dǎo)的集成光學(xué)芯片。實施例4一種基于玻璃基離子交換掩埋光波導(dǎo)的集成光學(xué)芯片，該集成光學(xué)芯片主要由玻璃襯底和離子交換掩埋光波導(dǎo)組成；離子交換掩埋光波導(dǎo)的波導(dǎo)上側(cè)未完全從玻璃襯底上表面分離，離子交換掩埋光波導(dǎo)與玻璃襯底上表面的距離為7500 μ m。所述的離子交換掩埋光波導(dǎo)為折射率漸變型波導(dǎo)，在玻璃襯底內(nèi)水平方向上分為三個區(qū)域輸入波導(dǎo)區(qū)、功能結(jié)構(gòu)區(qū)和輸出波導(dǎo)區(qū)，所述的功能結(jié)構(gòu)區(qū)連接輸入波導(dǎo)區(qū)和輸出波導(dǎo)區(qū)。其中所述的輸入波導(dǎo)區(qū)由256端口的直波導(dǎo)陣列構(gòu)成；所述的功能結(jié)構(gòu)區(qū)的結(jié)構(gòu)為滿足無源光器件的耦合結(jié)構(gòu)；所述的輸出波導(dǎo)區(qū)為256端口的直波導(dǎo)陣列。上述基于玻璃基離子交換掩埋光波導(dǎo)的集成光學(xué)芯片的制備方法，包括以下步驟I)鍍膜在玻璃晶圓上表面鍍上一層厚度為IOOOnm的鉬掩膜；2)光刻通過旋涂在掩膜上形成一層光刻膠膜，接著采用熱板加熱烘烤方式固化光刻膠膜，加熱烘烤的溫度為100°c，時間為lh，然后將256X256的光分路器設(shè)計單元周期型排列組合而成的光刻板圖樣，采用曝光和顯影技術(shù)轉(zhuǎn)印至光刻膠膜上，最后再次加熱烘烤完成光刻膠膜的再固化，加熱烘烤的溫度為100°C，時間為Ih ；3)腐蝕將帶有光刻膠膜的玻璃晶圓放置于溫度為30°C的王水腐蝕液中，通過腐蝕液對掩膜的選擇性腐蝕將光刻膠膜的圖樣轉(zhuǎn)印至掩膜上；4)去膠通過剝離方法將光刻膠膜從玻璃晶圓上去除；5) 一次交換將帶有圖樣的掩膜的玻璃晶圓放置于一次交換的硝酸鉈熔鹽中，通過鉈離子的自由熱擴散在玻璃晶圓表面無掩膜區(qū)形成離子交換表面光波導(dǎo)，所述的自由熱擴散的溫度為600°C ；6) 二次交換去除玻璃晶圓表面的掩膜，將帶有離子交換表面光波導(dǎo)的玻璃晶圓放置于二次交換的硝酸納熔鹽中，通過電場輔助擴散將玻璃晶圓的表面光波導(dǎo)掩埋至玻璃晶圓上表面下方7500um處，所述的電場輔助擴散的溫度為800°C，電壓范圍為1000V ；7)劃片將二次交換完成的玻璃晶圓按照離子交換掩埋光波導(dǎo)圖樣上的切割標(biāo)記分割成尺寸一致的芯片單元；8)研磨拋光將芯片單元進行切割端面的研磨拋光形成基于玻璃基離子交換掩埋光波導(dǎo)的集成光學(xué)芯片。實施例5所述的掩膜的鍍膜材料為氧化鋁，腐蝕液為磷酸腐蝕液，腐蝕溫度為300°C，去膠通過腐蝕方法，一次交換的源離子為鉀離子，所述的一次交換的熔鹽為硝酸鉀，二次交換的熔鹽為硝酸鈣，一次交換和二次交換均采用電場輔助擴散，采用電場輔助擴散的溫度范圍為180°C，電壓范圍為50V。其余同實施例I。實施例6所述的掩膜的鍍膜材料為氧化鋁，腐蝕液為磷酸腐蝕液，腐蝕溫度為200°C，去膠通過腐蝕方法，一次交換的源離子為鉀離子，所述的一次交換的熔鹽為硝酸鉀，二次交換的熔鹽為硝酸鈣，一次交換和二次交換均采用電場輔助擴散，采用電場輔助擴散的溫度范圍為800°C，電壓范圍為1000V。其余同實施例I。實施例7所述的掩膜的鍍膜材料為三氧化二鉻，腐蝕液為稀硫酸腐蝕液，腐蝕溫度為 100°C，去膠通過腐蝕方法，一次交換的源離子為鉀離子與鉈離子的組合，所述的一次交換的熔鹽為硝酸鉀與硝酸鉈的組合，二次交換的熔鹽為硝酸鈣與硝酸鎂的組合，一次交換采用自由熱擴散，自由熱擴散的溫度范圍為200°c，二次交換采用電場輔助擴散，采用電場輔助擴散的溫度范圍為200°C，電壓范圍為800V。其余同實施例I。
實施例8所述的掩膜的鍍膜材料為氮化硅，腐蝕液為雙氧水加氟化銨混合液，腐蝕溫度為 40°C，去膠通過剝離方法，一次交換的源離子為鉀離子與銀離子的組合，所述的一次交換的熔鹽為硝酸鉀與銀離子的組合后再與硝酸鈉、硝酸鎂混合的混合物，二次交換的熔鹽為硝酸鈣與硝酸鎂的組合再與硝酸銀、硝酸鉀混合得到的混合物，一次交換采用自由熱擴散，自由熱擴散的溫度范圍為300°C，二次交換采用電場輔助擴散，采用電場輔助擴散的溫度范圍為300°C，電壓范圍為500V。其余同實施例I。
權(quán)利要求
1.一種基于玻璃基離子交換掩埋光波導(dǎo)的集成光學(xué)芯片，其特征在于，該集成光學(xué)芯片主要由玻璃襯底和離子交換掩埋光波導(dǎo)組成；所述的離子交換掩埋光波導(dǎo)位于玻璃襯底內(nèi)部，與玻璃襯底上表面的距離為0 7500 u m。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于玻璃基離子交換掩埋光波導(dǎo)的集成光學(xué)芯片，其特征在于，所述的離子交換掩埋光波導(dǎo)與玻璃襯底上表面的距離為離子交換掩埋光波導(dǎo)的波導(dǎo)邊緣與玻璃襯底上表面的距離，當(dāng)離子交換掩埋光波導(dǎo)的波導(dǎo)上側(cè)未完全從玻璃襯底上表面分離時，所述的離子交換掩埋光波導(dǎo)與玻璃襯底上表面的距離為0 y m。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于玻璃基離子交換掩埋光波導(dǎo)的集成光學(xué)芯片，其特征在于，所述的離子交換掩埋光波導(dǎo)為折射率漸變型波導(dǎo)，在玻璃襯底內(nèi)水平方向上分為三個區(qū)域輸入波導(dǎo)區(qū)、功能結(jié)構(gòu)區(qū)和輸出波導(dǎo)區(qū)，所述的功能結(jié)構(gòu)區(qū)連接輸入波導(dǎo)區(qū)和輸出波導(dǎo)區(qū)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于玻璃基離子交換掩埋光波導(dǎo)的集成光學(xué)芯片，其特征在于，所述的輸入波導(dǎo)區(qū)由單直波導(dǎo)或2 256端口的直波導(dǎo)陣列構(gòu)成；所述的功能結(jié)構(gòu)區(qū)的結(jié)構(gòu)為滿足無源光器件的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；所述的輸出波導(dǎo)區(qū)為單直波導(dǎo)或2 256端口的直波導(dǎo)陣列。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于玻璃基離子交換掩埋光波導(dǎo)的集成光學(xué)芯片，其特征在于，所述的功能結(jié)構(gòu)區(qū)的結(jié)構(gòu)為分路結(jié)構(gòu)或耦合結(jié)構(gòu)。
6.一種如權(quán)利要求I所述的基于玻璃基離子交換掩埋光波導(dǎo)的集成光學(xué)芯片的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟1)鍍膜在玻璃晶圓上表面鍍上一層厚度為50 IOOOnm的掩膜；2)光刻通過旋涂在掩膜上形成一層光刻膠膜，接著采用加熱烘烤方式固化光刻膠膜，然后采用曝光和顯影技術(shù)將光刻板上的圖樣轉(zhuǎn)印至光刻膠膜上，最后再次加熱烘烤完成光刻膠膜的再固化；3)腐蝕將帶有光刻膠膜的玻璃晶圓放置于加熱的腐蝕液中，通過腐蝕液對掩膜的選擇性腐蝕將光刻膠膜的圖樣轉(zhuǎn)印至掩膜上；4)去膠將光刻膠膜從玻璃晶圓上去除；5)一次交換將帶有圖樣的掩膜的玻璃晶圓放置于一次交換的熔鹽中，通過源離子的自由熱擴散或是電場輔助擴散在玻璃晶圓表面無掩膜區(qū)形成離子交換表面光波導(dǎo)；6)二次交換去除玻璃晶圓表面的掩膜，將帶有離子交換表面光波導(dǎo)的玻璃晶圓放置于二次交換的熔鹽中，通過自由熱擴散或是電場輔助擴散的方式將玻璃晶圓的表面光波導(dǎo)掩埋至玻璃晶圓上表面下方0 7500um處；7)劃片將二次交換完成的玻璃晶圓按照離子交換掩埋光波導(dǎo)圖樣上的切割標(biāo)記分割成尺寸一致的芯片單元；8)研磨拋光將芯片單元進行切割端面的研磨拋光形成基于玻璃基離子交換掩埋光波導(dǎo)的集成光學(xué)芯片。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于玻璃基離子交換掩埋光波導(dǎo)的集成光學(xué)芯片的制備方法，其特征在于，步驟(I)所述的掩膜的鍍膜材料為金屬鍍膜材料或非金屬鍍膜材料， 所述的金屬鍍膜材料為耐高溫抗強氧化性的金屬鍍膜材料，所述的非金屬鍍膜材料為氧化物或氮化物鍍膜材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種基于玻璃基離子交換掩埋光波導(dǎo)的集成光學(xué)芯片的制備方法，其特征在于，所述的金屬鍍膜材料為鋁、金、鈦或鉬；所述的非金屬鍍膜材料為二氧化硅、氧化鋁、三氧化二鉻、氧化銅或氮化硅。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于玻璃基離子交換掩埋光波導(dǎo)的集成光學(xué)芯片的制備方法，其特征在于，步驟(2)所述的光刻板上的圖樣以集成光學(xué)芯片的器件設(shè)計圖為單元,通過周期型排列組合而成。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種基于玻璃基離子交換掩埋光波導(dǎo)的集成光學(xué)芯片的制備方法，其特征在于，所述的光刻板上的圖樣為1X8的光分路器設(shè)計單元周期型排列組合而成的光刻板圖樣。
11.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于玻璃基離子交換掩埋光波導(dǎo)的集成光學(xué)芯片的制備方法，其特征在于，步驟(2)所述的加熱烘烤方式為熱板或烘箱加熱烘烤方式，加熱烘烤的溫度為90-100°C，時間為O. 5-lh。
12.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于玻璃基離子交換掩埋光波導(dǎo)的集成光學(xué)芯片的制備方法，其特征在于，步驟(3)所述的腐蝕液的腐蝕溫度為30 300°C ;腐蝕液為掩膜材料對應(yīng)的常規(guī)化學(xué)腐蝕劑。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的一種基于玻璃基離子交換掩埋光波導(dǎo)的集成光學(xué)芯片的制備方法，其特征在于，所述的腐蝕液的腐蝕溫度為40 200°C ;所述的腐蝕液為磷酸腐蝕液、氫氟酸腐蝕液、稀硫酸腐蝕液、王水腐蝕液或雙氧水加氟化銨混合液。
14.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于玻璃基離子交換掩埋光波導(dǎo)的集成光學(xué)芯片的制備方法，其特征在于，步驟(4)所述的去膠通過選擇性溶解、剝離或腐蝕方法。
15.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于玻璃基離子交換掩埋光波導(dǎo)的集成光學(xué)芯片的制備方法，其特征在于，步驟(5)所述的一次交換的源離子為銀離子、鉀離子或鉈離子中的一種或幾種的組合；所述的一次交換的熔鹽為硝酸銀、硝酸鉀、硝酸鉈中的一種或幾種的組合，或是硝酸銀、硝酸鉀、硝酸鉈中的一種或幾種的組合再與硝酸鈉、硝酸鎂、硝酸鈣的一種及以上混合而成的熔鹽。
16.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于玻璃基離子交換掩埋光波導(dǎo)的集成光學(xué)芯片的制備方法，其特征在于，步驟(6)所述的二次交換的熔鹽為硝酸納、硝酸鈣、硝酸鎂中的一種或幾種的組合，或是硝酸納、硝酸鈣、硝酸鎂中的單組份熔鹽或組合熔鹽再與硝酸銀、硝酸鉀、硝酸鉈中的一種或幾種的組合混合而成的熔鹽。
17.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于玻璃基離子交換掩埋光波導(dǎo)的集成光學(xué)芯片的制備方法，其特征在于，所述的自由熱擴散的溫度范圍為180 600°C，所述的電場輔助擴散的溫度范圍為180 800°C，電壓范圍為50 1000V。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的一種基于玻璃基離子交換掩埋光波導(dǎo)的集成光學(xué)芯片的制備方法，其特征在于，所述的自由熱擴散的溫度范圍為200 400°C，所述的電場輔助擴散的溫度范圍為200 400°C，電壓范圍為100 600V。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于玻璃基離子交換掩埋光波導(dǎo)的集成光學(xué)芯片及制法，該集成光學(xué)芯片主要由玻璃襯底和離子交換掩埋光波導(dǎo)組成；所述的離子交換掩埋光波導(dǎo)位于玻璃襯底內(nèi)部，與玻璃襯底上表面的距離為0～7500μm。制法包括以下步驟鍍膜、光刻、腐蝕、去膠、一次交換、二次交換、劃片、研磨拋光。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明可減小芯片的偏振依賴性以及消除芯片的內(nèi)部應(yīng)力，具有壽命長、穩(wěn)定可靠等優(yōu)點。
文檔編號G02B6/125GK102590941SQ201210098358
公開日2012年7月18日 申請日期2012年4月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月5日
發(fā)明者商惠琴, 楊建義, 王明華, 王毅強, 鄭偉偉, 郝寅雷 申請人:上海光芯集成光學(xué)股份有限公司