專利名稱：一種用于平面光波導(dǎo)熱光器件的微加熱裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及平面光波導(dǎo)集成器件領(lǐng)域，特別是涉及一種用于平面光 波導(dǎo)熱光器件的微加熱裝置。
背景技術(shù)：
利用熱光效應(yīng)是實(shí)現(xiàn)可調(diào)光器件的一種重要手段，如熱光開關(guān)、熱光調(diào)制 器、可調(diào)諧光衰減器、可調(diào)諧功分器以及熱光可調(diào)諧濾波器等。而要實(shí)現(xiàn)熱光 器件，加熱裝置是非常重要的。目前的加熱裝置包含光傳輸通道、金屬熱電極
以及連接外部電源的兩個(gè)接觸點(diǎn)。光傳輸通道截面如圖l所示，由襯底6和自下 而上依次沉積在襯底上的隔離層7、芯層8、上包層9和金屬熱電極薄膜10組成， 其中上包層9完全覆蓋了芯層8。在上包層9上形成的金屬熱電極10的寬度通常大 于光傳輸通道芯層8寬度。這種加熱裝置的制作需要經(jīng)過兩次光刻，通常是先完 成襯底6上的隔離層7、芯層8、上包層9的制作，這需要第一次光刻。接下來再 沉積熱電極薄膜并進(jìn)行第二次光刻以及刻蝕，形成所需要的熱電極。這樣也就 需要分別用于光波導(dǎo)和熱電極的兩個(gè)掩膜板，不僅增加了工藝復(fù)雜度，也增加 了制作成本，而且兩次光刻(套刻)要有比較精確的對(duì)準(zhǔn)。
另一方面，低功耗也是加熱裝置追求的一個(gè)極其重要的指標(biāo)。為了降低熱 功耗，往往希望采用較小的熱電極寬度。這就給傳統(tǒng)加熱裝置制作中的套刻對(duì) 準(zhǔn)帶來了更大的難度。為了降低套刻工藝難度，往往采用較寬的熱電極， 一般 是光波導(dǎo)寬度的數(shù)倍。這將對(duì)實(shí)現(xiàn)低功耗熱光器件的發(fā)展產(chǎn)生一定的限制。 發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種有利于降低熱功耗，工藝簡(jiǎn)單的用于平面光 波導(dǎo)熱光器件的微加熱裝置。
本實(shí)用新型用于平面光波導(dǎo)熱光器件的微加熱裝置，包含光傳輸通道、用 于連接外部電源的兩個(gè)接觸點(diǎn)，光傳輸通道由襯底和自下而上依次沉積在襯底 上的隔離層、芯層、上包層和熱電極薄膜組成，兩個(gè)接觸點(diǎn)分別經(jīng)連接臂與光 傳輸通道相連，其特征是光傳輸通道為脊型光波導(dǎo)，上包層、熱電極薄膜和芯 層的寬度相同，兩個(gè)接觸點(diǎn)及連接臂在高度方向上具有與光傳輸通道相同的層 結(jié)構(gòu)。
為了減小連接臂引起的光傳輸通道中的光功率損耗，通常使連接臂與光傳輸 通道垂直相連，且在光傳輸通道與兩個(gè)連接臂相連之處的光傳輸通道的寬度展寬。
用于平面光波導(dǎo)熱光器件的微加熱裝置的制備方法，包括以下步驟
1) 在襯底上自下而上依次沉積隔離層、芯層、上包層和熱電極薄膜；
2) 利用光刻方法一次形成掩模板上設(shè)定的光傳輸通道、接觸點(diǎn)及連接臂圖
形；
3) 利用刻蝕方法，形成用于平面光波導(dǎo)熱光器件的微加熱裝置。 本實(shí)用新型有益的效果是
1. 本實(shí)用新型的用于平面光波導(dǎo)熱光器件的微加熱裝置，由于光傳輸通道 為脊型光波導(dǎo)，光傳輸通道的上包層、熱電極薄膜和芯層的寬度相同，因此在 制作方法上，僅需一次光刻，避免套刻工藝，大大簡(jiǎn)化了制作工藝；且便于制 作寬度較小的熱電極(和光傳輸通道等寬)，有利于降低熱功耗，尤其是對(duì)于小型 化光波導(dǎo)熱光器件優(yōu)勢(shì)更加突出。
2. 光傳輸通道頂部的金屬熱電極也可作為刻蝕工藝中的金屬掩膜，因此不 需要制作額外的掩膜。
3. 本實(shí)用新型具有廣闊的應(yīng)用范圍，可用于由馬赫-澤德干涉儀、微諧振環(huán) 等構(gòu)成的多種熱光器件，包括熱光開關(guān)、熱光調(diào)制器、可調(diào)諧光衰減器、可調(diào) 諧功分器以及熱光可調(diào)諧濾波器等。且不受材料限制，可用于硅、高分子材料、 二氧化硅等多種材料的光波導(dǎo)。


圖l是傳統(tǒng)的光傳輸通道的截面圖2是本實(shí)用新型的用于平面光波導(dǎo)熱光器件的微加熱裝置俯視圖； 圖3是本實(shí)用新型微加熱裝置中光傳輸通道的截面圖(圖2的BB'截面)； 圖4是本實(shí)用新型的用于平面光波導(dǎo)熱光器件的微加熱裝置三維視圖； 圖5是本實(shí)用新型的用于平面光波導(dǎo)熱光器件的微加熱裝置應(yīng)用于馬赫-
澤德干涉儀的實(shí)施例圖。
具體實(shí)施方式
參照?qǐng)D2，本實(shí)用新型的用于平面光波導(dǎo)熱光器件的微加熱裝置，包含光傳 輸通道1、用于連接外部電源的兩個(gè)接觸點(diǎn)2、 3，以及連接光傳輸通道與兩個(gè) 接觸點(diǎn)的兩個(gè)連接臂4、 5。所說的光傳輸通道l (如圖3所示)由襯底6和自 下而上依次沉積在襯底上的隔離層7、芯層8、上包層9和熱電極薄膜10組成。
光傳輸通道1為脊型光波導(dǎo)，上包層9、熱電極薄膜10和芯層8的寬度相同。
兩個(gè)接觸點(diǎn)2、 3、連接臂4、 5和光傳輸通道1在高度方向上具有相同的層結(jié)構(gòu) (見圖4)。
為了減小連接臂引起的光傳輸通道中的光功率損耗，采用較窄的連接臂寬 度，兩個(gè)連接臂4、 5與光傳輸通道垂直相連，且在光傳輸通道1與兩個(gè)連接臂 4、 5相連之處11、 12的光傳輸通道的寬度展寬。
兩個(gè)連接臂之間的光傳輸通道頂部的熱電極薄膜作為加熱電極，其長(zhǎng)度由兩 連接臂位置決定。
制備工藝流程如下首先，采用常規(guī)方法在襯底6上沉積隔離層7、芯層8、 上包層9和熱電極薄膜10;其次，在熱電極薄膜10上旋涂一層光刻膠，用光刻 方法一次形成掩模板上設(shè)定的光傳輸通道l、接觸點(diǎn)2、 3及連接臂4、 5圖形； 再利用刻蝕方法，刻蝕一定深度，形成用于平面光波導(dǎo)熱光器件的微加熱裝置。
本實(shí)用新型可用于多種材料、結(jié)構(gòu)的熱光器件，具有很好的實(shí)用性。例如， 將本實(shí)用新型應(yīng)用于馬赫-澤德干涉儀中(參照?qǐng)D5)，其中一個(gè)干涉臂引入本實(shí) 用新型的微加熱裝置，可改變MZI兩臂的光程差，從而實(shí)現(xiàn)熱光開關(guān)或調(diào)制。 圖5虛線內(nèi)為本實(shí)用新型的微加熱裝置。在此實(shí)施例子中選取硅納米線光波導(dǎo)。 在硅襯底6上形成lpm厚的Si02隔離層7、 350nm厚的Si芯層8、 450nm厚的 Si02上包層9以及100nm厚的熱電極薄膜10。 Si芯層8、 Si02上包層9以及熱 電極薄膜10寬度均為400nm，光傳輸通道脊高/^在0</zet</2c。+/2d范圍之內(nèi)取值， 其中/7c。、/2d分別為芯層8、上包層9的厚度。此例中，選取脊高/2e產(chǎn)/2c。+;2c尸800nm， 即上包層、芯層均被刻穿。兩個(gè)接觸點(diǎn)2、 3的尺寸均為100pmxl00iim，而連 接臂4、 5的長(zhǎng)度、寬度分別為l,、 200nm。為了減小連接臂4、 5引入的額外 損耗，采用了長(zhǎng)度為lpm的錐形結(jié)構(gòu)將光傳輸通道1在連接處11、 12的寬度擴(kuò) 展至600nm。兩個(gè)連接臂間距也即熱電極長(zhǎng)度為30pm。采用以上設(shè)計(jì)，當(dāng)外加 功率為10mW時(shí)，可使熱光波導(dǎo)芯層溫度升高100多度。
權(quán)利要求1、一種用于平面光波導(dǎo)熱光器件的微加熱裝置，包含光傳輸通道(1)、用于連接外部電源的兩個(gè)接觸點(diǎn)(2、3)，光傳輸通道(1)由襯底(6)和自下而上依次沉積在襯底(6)上的隔離層(7)、芯層(8)、上包層(9)和熱電極薄膜(10)組成，兩個(gè)接觸點(diǎn)(2、3)分別經(jīng)連接臂(4、5)與光傳輸通道相連，其特征是光傳輸通道(1)為脊型光波導(dǎo)，上包層(9)、熱電極薄膜(10)和芯層(8)的寬度相同，兩個(gè)接觸點(diǎn)(2、3)及連接臂(4、5)在高度方向上具有與光傳輸通道(1)相同的層結(jié)構(gòu)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于平面光波導(dǎo)熱光器件的微加熱裝置，其特征是 所說的連接臂(4、 5)與光傳輸通道的連接為垂直相連。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于平面光波導(dǎo)熱光器件的微加熱裝置，其特征 是在光傳輸通道(1)與兩個(gè)連接臂(4、 5)相連之處(11、 12)的光傳輸通道的寬度 展寬。
專利摘要本實(shí)用新型的用于平面光波導(dǎo)熱光器件的微加熱裝置，包含光傳輸通道、連接外部電源的兩個(gè)接觸點(diǎn)，兩個(gè)接觸點(diǎn)分別經(jīng)連接臂與光傳輸通道相連，光傳輸通道為脊型光波導(dǎo)，由襯底和自下而上依次沉積在襯底上的隔離層、芯層、上包層和熱電極薄膜組成，其中上包層、熱電極薄膜和芯層的寬度相同，兩個(gè)接觸點(diǎn)及連接臂在高度方向上具有與光傳輸通道相同的層結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型用于平面光波導(dǎo)熱光器件的微加熱裝置熱功耗降低，尤其適用于小型化平面光波導(dǎo)熱光器件。
文檔編號(hào)G02B6/10GK201004142SQ20072010579
公開日2008年1月9日 申請(qǐng)日期2007年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月24日
發(fā)明者戴道鋅 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)