光通信中基于半導(dǎo)體工藝的硅基光波導(dǎo)技術(shù)的研究.pdf

1、光通信技術(shù)飛速發(fā)展,其中集成平面光波導(dǎo)器件是光通信系統(tǒng)中至關(guān)重要的組成部分,而硅基二氧化硅/氮氧化硅光波導(dǎo)器件由于其損耗小、與半導(dǎo)體工藝兼容等優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于光通信系統(tǒng).本文對(duì)硅基光波導(dǎo)進(jìn)行了理論分析和模擬設(shè)計(jì),從光波導(dǎo)的理論基礎(chǔ)和模式分析入手,介紹了束傳播法、有限差分法、有效折射率法在光波導(dǎo)理論計(jì)算中的應(yīng)用.應(yīng)用基于完美匹配層邊界條件(PML-BC)的廣角有限差分束傳播方法(FD-BPM),分析了介質(zhì)光波導(dǎo)的表面粗糙度對(duì)波導(dǎo)性能的影響.

2、在計(jì)算中采用高效的非均勻網(wǎng)格法,并用(2,2)階Padé近似的廣角BPM對(duì)光在表面粗糙的直波導(dǎo)中的傳輸特性進(jìn)行了計(jì)算模擬.模擬結(jié)果表明,波導(dǎo)的損耗隨著粗糙度的增大而增大,要使損耗在0.1dB/cm以下,則波導(dǎo)表面粗糙度應(yīng)限制在100nm以?xún)?nèi).在硅基二氧化硅/氮氧化硅光波導(dǎo)的工藝制作方面,最關(guān)鍵的是制作高品質(zhì)的平面薄膜波導(dǎo).本文先以SiH<,4>、N<,2>O作為反應(yīng)氣體,采用等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)技術(shù),不使用摻雜,在4英寸

3、單晶硅片襯底上制備了生長(zhǎng)速率為2μm/hr~10μm/hr,折射率在1.44到1.47之間連續(xù)變化的表面平整光滑的二氧化硅薄膜.然后在前面沉積二氧化硅的基礎(chǔ)上,在反應(yīng)氣體中加入高純的NH<,3>,適當(dāng)調(diào)整各個(gè)工藝條件,在單晶硅襯底上制備了生長(zhǎng)速率為1μm/hr~4μm/hr,折射率可在1.48~1.7之間連續(xù)變化的表面平整光滑的高折射率氮氧化硅薄膜.通過(guò)棱鏡耦合儀、傅立葉變換紅外光譜、掃描電子顯微鏡等測(cè)試手段,分析了薄膜的結(jié)構(gòu)和光學(xué)特性

4、,研究了薄膜特性(折射率、沉積速率、均勻性)和工藝參量(基片加熱溫度、射頻輸出功率、壓強(qiáng)、各種氣體流量比例)之間的關(guān)系,探討在不使用劇毒危險(xiǎn)性氣體GeH<,4>的情況下,如何以快的生長(zhǎng)速率獲得折射率控制精確且紅外投射性能滿(mǎn)足波導(dǎo)制作要求、微觀表面平整,顆粒均勻的厚二氧化硅/氮氧化硅薄膜.兩層不同折射率的二氧化硅/氮氧化硅薄膜制備好后,再根據(jù)設(shè)計(jì)好的波導(dǎo)圖形,經(jīng)過(guò)光刻,感應(yīng)耦合等離子體刻蝕(ICP)等工藝,制成所需要的光波導(dǎo)器件,如本研究