專利名稱：混合光波導及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種光波導及其制造方法，特別是涉及一種具有減少的光傳輸損耗的混合光波導和在波導的直線部分和彎曲部分分別用不同的波導組成材料構成的小型波導，以及制造這種波導的方法。
一般來說，在制造光波導時，光芯和包層光間的折射率或具體折射度的不同，及波導橫截面的尺寸和曲率是彼此相互影響的參數(shù)。光波導的彎曲部分必須要用折射率相對較大的材料制成，以減少光信號通過該彎曲部分時的光傳輸損耗。當考慮到光信號在彎曲部分的損耗，用折射率相對較大的光學材料制造一光波導時，這樣適應于該折射率的波導在無曲率的直線部分的橫截面的尺寸被減少了，從而在把該傳導接到光纖上時的光纖耦合損耗增大。相反地，如果該波導用適于直線部分的具有較小折射率的材料來制造，則在其彎曲部分的光信號傳輸損耗增加。


圖1表示傳統(tǒng)光波導的一個實施例，其中它包括一個平面襯底100、一個下層包層110、一個上層包層120和一個由具有特定折射率的(△n)0.3％的光學聚合物制成的光導。根據(jù)該特定折射率，要使信號的傳輸損耗最小，該波導的橫截面必定為8×8μm。但是，在波導彎曲部分140(即帶有曲率的部分)的光信號傳輸損耗非常大，這樣該曲率半徑必定很大，即達25mm。
圖2表示傳統(tǒng)光波導的另一實施例，其中包括一個平面襯底200、一個下層包層210、一個上層包層220，和一個由具有特定折射率(△n)0.75％的光學聚合物制成的波導230。與這一特定的折射率(△n)相對應，波導的橫截面必定為6×6μm。由于該折射率(△n)較大，即使當彎曲部分240的曲率半徑很小時，在該彎曲部分240的光信號傳輸損耗也會減少，而在直線部分250的傳輸損耗則增加。而且，由于波導的橫截面積必定很小，則在把波導與光纜耦合時損耗增大。
當現(xiàn)有技術中具有一彎曲部分的光波導是由具有相同的特定折射率(Δn)的聚合物制成時，就要在光信號損耗與波導尺寸之間作一協(xié)調(diào)。包含光波導的器件要具有較高集成度，對帶有一定曲率的波導的需求在增加，就迫切需要解決上述問題。
為了解決上述問題，本發(fā)明的一個目的在于提供一種分別在其直線部分和彎曲部分采用不同的光學聚合物的混合光波導及其制造方法。
相應地，為了達到上述目的，提供一種帶有傳導光信號直線部分和彎曲部分的混合光波導，該波導中包括一個平面襯層；一個位于該平面襯底層上，由具有光通訊波長范圍內(nèi)的光通透度的材料制成的下層包層；一個形成于下層包層上的光芯層，其中的光波導包括直線部分和彎曲部分，該直線部分由折射率比下層包層的材料高的第一光學聚合物制成，該彎曲部分由折射率比第一種光學聚合物高的材料制成；在下層包層上及波導芯層周圍用一種折射率比第一種光學聚合物低的材料形成上層包層。
為了達到上述目的，在此提供一種生產(chǎn)由傳導預定波長的光信號的直線部分和彎曲部分構成的混合光波導的方法，該方法包括如下步驟在平面襯底上用在光通訊波長范圍內(nèi)的光通透度的材料形成下層包層；在該下層包層上用折射率高于形成下層包層的材料的第一種光學聚合物形成光芯層；在光芯層上除要形成光波導的彎曲部分的位置處的其他位置上形成光芯掩模圖案；將第一種光學聚合物上不形成光芯掩模圖案的部分蝕刻；在上述步驟所得到的結構中上用折射率比第一種光學聚合物大的第二種光學聚合物進行淀積；把已淀積后多余的第二種光學聚合物蝕刻，只在光芯層中第一種光學聚合物已被蝕刻的部分保留第二種光學聚合物；把光芯掩模圖案除去；在光芯層且形成波導掩膜圖案以使得波導的直線部分位于第一種光學聚合物組成的光芯層中，而波導的彎曲部分位于第二種光學聚合物組成的光芯層中；通過蝕刻無掩模圖案的第一種光學聚合物和第二種光學聚合物產(chǎn)生混合光波導；在光芯層上形成折射率比第一種光學聚合物低的上層包層以包圍該混合光波導。
在下面結合附圖對最佳實施例的說明中，本發(fā)明的目的和優(yōu)點將變得更加明確。
圖1表示傳統(tǒng)光波導的一實施例；圖2表示傳統(tǒng)光波導的另一個實施例；圖3為本發(fā)明的混合光波導的結構圖；圖4A至4J為說明本發(fā)明的混合光波導生產(chǎn)過程的示意圖。
如圖3所示，本發(fā)明的混合光波導中包括一個襯底層300，一個下層包層310，光芯層320和420，以及一個上層包層330。襯底層300為由硅Si或玻璃制成的平面晶片。位于襯底層300之上的下層包層310由在光通訊波長范圍內(nèi)具有光通透度(即可以無衰減地傳輸該波長范圍內(nèi)的光)的材料形成。在下層包層310上形成光波導得到光芯層320和420。光波導的直線部分320由折射率高于下層包層310所用材料的一種低損耗波導光學聚合物形成。光波導的彎曲部分420由折射率比第一種光學聚合物高的第二種光學聚合物形成，而且該部分波導的橫截面積小于直線部分320的橫截面積。這是因為，當形成作為光信號通道的彎曲部分(即具有一定曲率的波導部分)的材料具有高折射率時，光信號的傳輸損耗就會減小。由于波導的橫截面積取決于材料的折射率，則具有較高折射率的第二種光學聚合物形成的彎曲部分420的波導橫截面積小于由第一光學聚合物形成的直線部分320的波導橫截面積。上層包層330形成于下層包層310之上，并覆蓋著第一和第二種光學聚合物。形成上層包層330所用的材料的折射率小于第一種光學聚合物的折射率，并且該材料通常與形成下層包層所用的材料相同。在圖3中，由折射率(△n)為0.3％的第一種光學聚合物和折射率(△n)為0.75％的第二種光學聚合物形成混合光波導。
圖4A至4J為說明本發(fā)明的混合光波導生產(chǎn)過程的示意圖。首先，在圖4A中，在平面襯底層300上用具有光通訊波長范圍內(nèi)的光通透度的材料形成下層包層310。在圖4B中，在下層包層320上用第一種光學聚合物形成光芯層。把第一種光學聚合物通過旋涂形成光芯層，并烘烤該第一種光學聚合物使得第一光學聚合物的表面材料均勻一致。在圖4C中，在光芯層320表面上除了要形成光波導的彎曲部分的位置處的其他部位上形成掩模圖案400。該掩模圖案是通過干/濕法蝕刻或剝離方法形成的。下面具體說明用于一濕法蝕刻形成掩模圖案的過程。首先，在光芯層300上用比光芯層材料更能抵抗干法蝕刻的聚合物、金屬或硅形成作為掩膜的薄膜。在該掩模上旋涂上一層作為光敏抗蝕劑的感光材料。在光敏抗蝕劑上不覆蓋包含光波導的彎曲部分的部位形成光掩模，再把紫外線打到該光掩模上。然后，得到的結構被展開并被烘烤，因此通過干法蝕刻或濕法蝕刻可以沿著光敏抗蝕劑的圖案形成掩模圖案?，F(xiàn)在，接著說明通過剝離法形成掩模圖案的過程。首先，把光敏抗蝕劑旋涂到光芯層320上，把刻有圖案的光掩模布置在襯底上，把紫外線有選擇地照在該光掩模上。在這一工藝之后就得到所要的結構，接著通過濺射、電子束或熱蒸發(fā)等工藝在第一種聚合物層上淀積一層掩模。接著，把光敏抗蝕劑剝?nèi)ィ@樣就形成第一掩模圖案。在通過剝離法或干/濕法蝕刻工藝形成掩模之后，在圖4D中對未加掩模的部分410進行蝕刻。例如，當在真空狀態(tài)下把氧的等離子體加到要被蝕刻部分的上表面上時，帶有掩模圖案的部分不被蝕刻，而只蝕刻不帶有掩模圖案的部分。在蝕刻過程中，控制蝕刻深度時要考慮到以后要形成的波導的彎曲部分的橫截面積的大小，該橫截面積取決于其后要形成彎曲部分的第二種聚合物的折射率。在圖4E中，比第一種光學聚合物折射率高的第二種光學聚合物被通過旋涂工藝淀積于光芯層320上，并填充被蝕刻的部分，第二種光學聚合物被填充于圖4D的蝕刻部分并覆蓋著第一光學聚合物。在圖4F中，對位于光芯層上的掩模圖案的表面上的第二光學聚合物進行蝕刻。這樣，在光芯層上帶有掩模圖案的部分400由第一種光學聚合物形成，而不帶有掩模圖案的部分420由第二種光學聚合物形成。在圖4F對第二種光學聚合物的蝕刻過程中，掩模圖案400保護第一種光學聚合物層不被蝕刻。在圖4G中把掩模圖案400除去后，在圖4H中，與光波導同寬的波導掩模圖案430形成于光芯層的上表面上?？梢杂蒙鲜龅母?濕法蝕刻工藝或剝離法形成掩模圖案430。在波導掩模圖案430中的直線波導部分位于第一種光學聚合物上，而彎曲的波導部分位于第二種光學聚合物上。接著把其上面不形成波導掩模的第一和第二種光學聚合物全部蝕刻，然后把波導掩模圖案430除去，這樣，在圖4I中就完成了混合波導的形成過程。在上述的混合波導制造過程中不要求為使第一光學聚合物直線部分與第二光學聚合物彎曲部分相接合的精確的結合工藝。在圖4J中，用與下層包層相同的材料形成上層包層330，并包圍光芯層320，這樣就形成了一個完整的混合光波導。
為了在帶有直線部分和彎曲部分的光波導中減少光信號的傳輸損耗，以及使得取決于直線部分的折射率的直線部分的波導尺寸最小化，分別根據(jù)波導的彎曲部分和直線部分用不同折射率的材料形成混合光波導。如圖1所示，對于由折射率為△n為0.3％的聚合物形成的波導，在彎曲部分的曲率半徑為25mm或者更大。這樣就增大了包含波導在內(nèi)的波導器件的尺寸。如圖3所示，在由折射率△n為0.75％的聚合物形成的波導中，這樣光在直線部分的傳輸損耗和接合損耗會因此增大，但光在彎曲部分的傳輸損耗和接合損耗不會因該部分的曲率半徑變大而增大。而且，如上文所述，與折射率相同的材料制成的傳統(tǒng)波導不同的是，為了防止特定的折射率與波導截面尺寸之間的沖突，在本發(fā)明中只是分別用不同的材料形成波導的直線部分和彎曲部分，從而制造出混合光波導。
相應地在這種帶有直線部分和彎曲部分的光波導可減少光信號傳輸損耗和接合損耗，且可以使波導的橫截面積減到最小。
權利要求
1.一種帶有可傳導光信號的直線部分和彎曲部分的混合光波導，其特征在于，該光波導中包括一個平面襯底層一個位于該平面襯底層上，由具有在光通訊波長范圍內(nèi)的光通透度的材料形成的下層包層；一個形成于該下層包層之上的光芯層，其中的光波導包括由其折射率比下層包層高的第一種光學聚合物形成的直線部分和由其折射率比該第一種光學聚合物高的第二種光學聚合物形成的彎曲部分；一個包住波導光芯層，由其折射率比形成下層包層之上的第一光學聚合物高的材料形成的上層包層。
2.如權利要求1所述的混合光波導，其特征在于，所述的平面襯底是由具有高平整度的硅或玻璃制成的晶片。
3.一種制造包含用于傳導預定波長光信號的直線部分和彎曲部分的混合光波導的方法，其特征在于，包括如下步驟在所述平面襯底上，用具有光學通訊波長范圍內(nèi)的光通透度的材料形成下層包層；在所述下層包層之上，用其折射率比形成下層包層的材料高的第一種光聚合物形成一個光芯層；在所述光芯層的除了要形成光波導的彎曲部分的其他部分上形成一層光芯掩模圖案；把在其上不形成掩模的第一光學聚合物上的部分蝕刻；在所得的結構上用其折射率比第一種光學聚合物高的第二種光學聚合物進行淀積；把所淀積多余的第二種光學聚合物蝕刻，而只在光芯層中的第一種光學聚合物已被蝕刻的部分保留下第二種光學聚合物；除去光芯掩模圖案；在該光芯層上形成一層波導掩模，使得直線部分波導位于第一種光學聚合物光芯層之上，而使彎曲部分波導位于第二光學聚合物光芯層之上；通過蝕刻不被掩模覆蓋的第一種光學聚合物和第二種光學聚合物以形成混合光波導；在所述光芯層上形成其折射率比第一光學聚合物低的上層包層，以包住所述混合光波導。
4.如權利要求3所述的制造混合光波導的方法，其特征在于，其中用第一種聚合物形成光芯層的步驟中又包括如下分步驟在下層包層上旋涂上第一種光學聚合物；把所得到的結構進行烘烤；對烘烤后的第一種光學聚合物的表面進行拋光。
5.如權利要求3所述的制造混合光波導的方法，其特征在于，所述的光芯掩模圖案和波導掩模圖案是用干/濕法蝕刻工藝或剝離工藝制成的。
6.如權利要求3所述的制造混合光波導的方法，其特征在于，所述第二種光學聚合物是用旋涂工藝進行淀積的。
7.如權利要求3所述的制造混合光波導的方法，其特征在于，其中所述波導掩模圖案根據(jù)第一和第二光學聚合物折射率的不同具有不同的寬度。
8.如權利要求2所述的制造混合光波導的方法，其特征在于，其中根據(jù)波導圖案進行蝕刻的過程是在對蝕刻深度加以控制，使其與取決于第二種光學聚合物的折射率的第二種光學聚合物的橫截面尺寸相一致而進行的。
全文摘要
本發(fā)明提供一種混合光波導及其制造方法。該混合光波導具有傳導光信號的直線部分和彎曲部分,包括一個平面襯底層、一個形成于該平面襯底之上的下層包層、一個形成于下層包層之上的光芯層、和一個包住波導光芯層的上層包層。該具有直線部分和彎曲部分的光波導能減少傳輸損耗和光纖耦合損耗,并能使該波導截面尺寸最小。
文檔編號G02B6/13GK1209553SQ9811763
公開日1999年3月3日 申請日期1998年8月26日 優(yōu)先權日1997年8月26日
發(fā)明者李泰衡, 李炯宰, 俞炳權, 金銀枝 申請人:三星電子株式會社