一種鈮酸鋰光調制器的制造方法
【專利摘要】一種鈮酸鋰光調制器，使用非晶硅在鈮酸鋰基底上制備波導結構，利用非晶硅的高折射率可以有效減小波導尺寸，從而減小金屬電極之間的間距，進而使得所需調制電壓低。優(yōu)選使用氫化非晶硅制作波導芯片，其Si：H鏈的存在能夠減小光學損耗。可以通過調節(jié)氫化非晶硅的厚度在保證波導尺寸的前提下最大化器件的光電效應。通過控制二氧化硅的厚度以及金屬電極的厚度，能夠保證較好的射頻匹配，而與外界連接的光纖接口通過在穿過波導層的波導線實現(xiàn)，由于上述波導線都在波導層，能夠留足封裝或測試的金屬區(qū)域。完善的封裝工藝可以降低漏電現(xiàn)象發(fā)生的概率，避免因環(huán)境潮濕而導致的短路現(xiàn)象的發(fā)生，一定程度上提高了鈮酸鋰光調制器對環(huán)境的適應能力。
【專利說明】一種鈮酸鋰光調制器
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種光纖通信傳輸通信領域，具體地說是一種鈮酸鋰光調制器?！颈尘凹夹g】
[0002]光調制器的主要功用在于將無意義的連續(xù)光波轉換成高頻率的負載有效信息的光信號。由于鈮酸鋰材料的高光電效應，鈮酸鋰光調制器已經(jīng)成為現(xiàn)有系統(tǒng)中使用最廣泛的光調制器。鈮酸鋰光調制器的主要組成部分為鈮酸鋰波導芯片，將鈮酸鋰波導芯片進行一定的封裝工藝便可以獲得鈮酸鋰光調制器。
[0003]現(xiàn)有的鈮酸鋰波導芯片主要是用鈦摻雜等方式制備而成，但是由于折射率對比度不高，鈮酸鋰波導芯片的波導尺寸一般比較大。這就導致鈮酸鋰光調制器的電極間距比較大，因而便需要較高的電壓來保證足夠的調制驅動場強，或者通過增長調制區(qū)域的長度來實現(xiàn)足夠的調制器相位變化。無論采用哪一種方式都會一定程度上加大工業(yè)制備的難度，也造成了資源的浪費。
[0004]現(xiàn)有技術中也有人提出使用高硅量的氮化硅材料加在鈦摻雜的鈮酸鋰波導上來改善波導芯片尺寸較大的不足的技術方案，進而改進鈮酸鋰光調制器的尺寸。如專利號為“CN101620296A”，專利名稱為“一種光電襯底上的高約束波導”。這種波導雖然在一定程度上利用氮化硅材料本身的高折射對比度達到減少波導尺寸的效果，但是為了取得較好的光連通效果，需要氮化硅波導與鈦摻雜鈮酸鋰波導兩層波導相結合使用，最終導致整個波導芯片的尺寸其實并未真正縮小，而且由于氮化硅的折射率相對于鈮酸鋰來說并沒有高太多，所以這種設計的實際尺寸優(yōu)化效果不是很好。
[0005]另外，現(xiàn)有的鈮酸鋰光調制器為了實現(xiàn)較好的射頻與匹配，射頻波導的信號線往往很細。而為了避免射頻信號線與光學波導相沖突，一般需要兩層金屬連接以實現(xiàn)與外界射頻接口的連接。并且現(xiàn)有的鈮酸鋰光調制器的相關封裝工藝還不夠完善，例如鈮酸鋰光調制器的波導線往往是采用裸露的金屬線直接與外界光纖接口相連，這種金屬線電極間距即使是在6微米級別都有可能因為環(huán)境潮濕而導致斷路或者短路等的現(xiàn)象，對環(huán)境適應能力較差。
實用新型內容
[0006]為此，本實用新型所要解決的技術問題在于現(xiàn)有技術中鈮酸鋰光調制器的波導芯片的尺寸較大、制備工藝較為復雜、封裝工藝較為簡陋，從而提出一種制造價格低廉，波導芯片尺寸小，所需調制電壓低，并且最大化器件的光電效應的一種鈮酸鋰光調制器。為解決上述技術問題，實用新型采用如下技術方案實現(xiàn)。
[0007]—種鈮酸鋰光調制器，包括波導芯片以及在所述波導芯片上端的保護層和與外部光纖連接的波導線；所述波導芯片包括鈮酸鋰基底，以及依次設置于所述鈮酸鋰基底上的非晶硅層、二氧化硅層和金屬電極；其中，所述非晶硅層的厚度小于所述鈮酸鋰基底的厚度，所述鈮酸鋰基底和所述非晶硅層共同構成波導；所述二氧化硅層上成型有電極填充區(qū)域，所述金屬電極設置于所述電極填充區(qū)域內；所述波導線設置于所述鈮酸鋰基底和所述非晶硅層之間。
[0008]進一步地所述非晶硅層厚度為70nm-200nm。
[0009]進一步地所述非晶娃層厚度為70nm-150nm。
[0010]進一步地所述二氧化娃層厚度為lum_2um。
[0011]進一步地所述非晶硅層為氫化非晶硅層。
[0012]本實用新型的上述技術方案相比現(xiàn)有技術具有以下優(yōu)點:
[0013](I)本實用新型所述的鈮酸鋰光調制器，使用非晶硅制備波導芯片，由于非晶硅超高的折射率，通過合理化設置非晶硅的厚度優(yōu)化光學損耗，增強光電效應，進而能夠減小鈮酸鋰光調制器中金屬電極之間的間距，進而大幅減小實現(xiàn)低電壓信號調制所需的調制長度，從而可以大幅度減小鈮酸鋰光調制器的芯片尺寸。同時整個芯片只需要一個波導就可以實現(xiàn)與外界的光纖通信，無需多個波導以及波導與波導之間的漸變轉換，也在一定程度上減少了波導芯片的尺寸。
[0014](2)本實用新型所述的鈮酸鋰光調制器，優(yōu)選使用氫化非晶硅制作波導芯片，其包含了大量的S1:H鏈，其S1:H鏈的存在能夠減小光學損耗。
[0015](3)本實用新型所述的鈮酸鋰光調制器，通過控制二氧化硅的厚度以及金屬電極的厚度，能夠保證較好的射頻匹配，而與外界連接的光纖接口通過在穿過波導層的波導線實現(xiàn)，由于上述波導線都在波導層，又能夠留足封裝或測試的金屬區(qū)域。同時相對于傳統(tǒng)的鈮酸鋰光調制器芯片在制備過程中無法直接進行探針測試或者實現(xiàn)芯片連接，需要在芯片上使用兩次光刻步驟才能完全實現(xiàn)金屬連接的繁瑣步驟，節(jié)省了加工過程，簡化了流程，能夠獲得良好的經(jīng)濟效益。
[0016](4)本實用新型所述的鈮酸鋰光調制器，由二氧化硅包裹波導線，同時在波導芯片上涂覆保護層，并在所述金屬電極上的保護層外表面上設置保護結構，進一步保護金屬電極。封裝工藝可以降低漏電現(xiàn)象發(fā)生的概率，避免因環(huán)境潮濕而導致的短路現(xiàn)象的發(fā)生，一定程度上提高了鈮酸鋰光調制器對環(huán)境的適應能力。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]為了使本實用新型的內容更容易被清楚的理解，下面根據(jù)本實用新型的具體實施例并結合附圖，對本實用新型作進一步詳細的說明，其中
[0018]圖1是本實用新型一種實施例所述的波導芯片結構圖；
[0019]圖2是本實用新型一種實施例所述的鈮酸鋰光調制器結構圖；
[0020]圖3是本實用新型一種實施例所述的鈮酸鋰光調制器剖面圖；
[0021]圖4是本實用新型一種實施例所述的波導芯片與光纖的連接方式。
[0022]圖中附圖標記表示為:1_鈮酸鋰基底，12-波導，2-非晶硅層，3- 二氧化硅層，4-金屬電極，5-保護層，6-保護結構，7-波導線，8-光纖。
【具體實施方式】
[0023]下面結合附圖對本實施例所述的鈮酸鋰光調制器進行具體闡述。如圖1、圖2和圖3所示，本實施例所述的鈮酸鋰光調制器包括波導芯片以及在所述波導芯片上端的保護層5和與外部光纖連接的波導線7 ;所述波導芯片包括鈮酸鋰基底1，以及依次設置于所述鈮酸鋰基底I上的非晶硅層2、二氧化硅層3和金屬電極4 ;其中，所述非晶硅層2的厚度小于所述鈮酸鋰基底I的厚度，所述鈮酸鋰基底I和所述非晶硅層2共同構成波導12 ;所述二氧化硅層3上成型有電極填充區(qū)域，所述金屬電極4設置于所述電極填充區(qū)域內；所述波導線7設置于所述鈮酸鋰基底I和所述非晶硅層2之間。所述保護層5通過涂覆保護材料形成，所述保護材料優(yōu)選為有機硅類膠、環(huán)氧類膠以及亞克力膠中的一種。
[0024]本實施例選用非晶硅作為高折射率材料形成波導在鈮酸鋰基底上成型。非晶硅材料本身的折射率不僅高于其他一般材料，也遠高于氮化硅材料。氮化硅材料的折射率為
2.2，非晶硅的折射率則達到了 3.5，非晶硅這一晶體特性，使得波導的集成性得到很大的提聞。
[0025]一般而言非晶硅的厚度越薄，光學模式就越大的滲透在鈮酸鋰內，就能夠最大化器件的光電效應。但是如果非晶硅的厚度太薄，光學模式會擴大，那就得不到約束性較強的光學模式，不能夠減小電極之間的間距。本實施例優(yōu)選所述非晶硅層2厚度為70nm-200nm，更為優(yōu)選地所述非晶娃層2厚度為70nm-150nm。本領域技術人員應當知曉,所述的非晶娃層的厚度設定為經(jīng)過大量實驗驗證得來的，可以產(chǎn)生較好的技術效果。但是并不是用來限定非晶硅層的厚度，其他可實施的厚度的數(shù)據(jù)變化也在本實施例的保護范圍之內。
[0026]本實施例所述的一種鈮酸鋰光調制器，使用非晶硅制備波導芯片，由于非晶硅超高的折射率，通過合理化設置非晶硅的厚度優(yōu)化光學損耗，增強光電效應，進而能夠減小鈮酸鋰光調制器中金屬電極之間的間距，進而大幅減小實現(xiàn)低電壓信號調制所需的調制長度，從而可以大幅度減小鈮酸鋰光調制器芯片尺寸。同時整個芯片只需要一個波導就可以實現(xiàn)與外界的光纖通信，無需多個波導以及波導與波導之間的漸變轉換，也在一定程度上減少了波導芯片的尺寸。
[0027]優(yōu)選使用氫化非晶硅制作波導芯片，其S1:H鏈的存在能夠減小光學損耗，能夠在保證波導尺寸的前提下最大化器件的光電效應。
[0028]由于金屬離波導越近，其對光的吸收就越大，也就無法獲得較好的射頻匹配，故金屬電極4不能直接鋪設在波導12上，而需遠離波導的光學模式范圍。本實施例的所述金屬電極4鋪設在二氧化硅上，所述二氧化硅層3厚度優(yōu)選為lum-2um。所述金屬電極4的厚度可以根據(jù)實際需要設定，可以與二氧化硅層3厚度相當，也可以超出二氧化硅層3的厚度。圖4為本實施例所述的一種波導芯片與光纖的連接方式，如圖所示，通過控制二氧化硅的厚度以及金屬電極4的厚度，能夠保證較好的射頻匹配。該波導與外界光纖的輸入輸出通信則通過波導線7和光纖8來實現(xiàn)，一種在硅光通信中普遍使用的漸變式波導可以逐漸的將高約束性的光模式擴大到光纖大小以實現(xiàn)最佳的光學耦合。而與外界連接的光纖8通過在穿過波導層的波導線7實現(xiàn)，由于上述波導線都在波導層，所以能夠留足封裝或測試的金屬區(qū)域。同時相對于傳統(tǒng)的鈮酸鋰光調制器芯片在制備過程中由于波導線比較細，無法直接進行探針測試或者實現(xiàn)芯片連接，進而需要在芯片上使用兩次光刻步驟才能完全實現(xiàn)金屬連接的繁瑣步驟，節(jié)省了加工過程，簡化了流程，能夠獲得良好的經(jīng)濟效益。
[0029]由于二氧化硅的包裹已經(jīng)足以保證不漏電，可以滿足實際使用中的需求。所以封裝過程可以使用簡單的鋁線鍵合的封裝方法以降低成本，也可以優(yōu)選使用翻轉芯片封裝工藝進行封裝，實際工業(yè)實施中可以根據(jù)具體需要進行選擇，此處不對具體封裝方法進行限定。由二氧化硅包裹波導線7，同時在波導芯片上涂覆保護層5，并在所述金屬電極4上的保護層5外表面上設置保護結構6，進一步保護金屬電極4。完善的封裝工藝可以降低漏電現(xiàn)象發(fā)生的概率，避免因環(huán)境潮濕而導致的短路現(xiàn)象的發(fā)生，一定程度上提高了鈮酸鋰光調制器對環(huán)境的適應能力。
[0030]顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而并非對實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本實用新型創(chuàng)造的保護范圍之中。
【權利要求】
1.一種鈮酸鋰光調制器，其特征在于，包括波導芯片以及在所述波導芯片上端的保護層和與外部光纖連接的波導線； 所述波導芯片包括鈮酸鋰基底，以及依次設置于所述鈮酸鋰基底上的非晶硅層、二氧化硅層和金屬電極；其中，所述非晶硅層的厚度小于所述鈮酸鋰基底的厚度，所述鈮酸鋰基底和所述非晶硅層共同構成波導；所述二氧化硅層上成型有電極填充區(qū)域，所述金屬電極設置于所述電極填充區(qū)域內； 所述波導線設置于所述鈮酸鋰基底和所述非晶硅層之間。
2.根據(jù)權利要求1所述的鈮酸鋰光調制器，其特征在于，所述非晶硅層厚度為70nm-200nmo
3.根據(jù)權利要求2所述的鈮酸鋰光調制器，其特征在于，所述非晶硅層厚度為70nm_150nmo
4.根據(jù)權利要求2所述的鈮酸鋰光調制器，其特征在于，所述二氧化硅層厚度為lum_2um0
5.根據(jù)權利要求1-4任一所述的鈮酸鋰光調制器，其特征在于，所述非晶硅層為氫化非晶硅層。
【文檔編號】G02B6/132GK203658692SQ201320754966
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2013年11月25日 優(yōu)先權日:2013年11月25日
【發(fā)明者】朱忻, 王子昊, 沈雷, 其他發(fā)明人請求不公開姓名 申請人:蘇州矩陣光電有限公司