论文摘要
80年代后期,人们发现SOI材料具有良好的导波特性,使得SOI技术取得突破性进展,SOI光波导具有极低的传输损耗,并且横向器件载流子的时间利用率很高,使得以SOI为基础的无源光波导器件,集成光电探测器,以及光波导调制开关等光学器件飞速发展。Si的折射率(3.477)比SiO2(1.444)和空气(1)的折射率要大很多,SOI脊形光波导能将光场限制在折射率较高的芯层区域,在水平方向上对光的限制比较小,高阶模能迅速衰减,从而实现单模传输。本文通过对光波导的研究,对工艺制作参数的摸索,主要得到了以下几个方面的成果:从光波导的的导波理论出发,利用软件模拟,采用场模式匹配方法FMM,模拟了SOI脊形光波导的单模条件,偏振相关性,损耗特性(弯曲损耗)。分析了脊高为0.34μm和0.22μm的SOI基片,深刻蚀和浅刻蚀时模式分布的区别,浅刻蚀时TM偏振模会泄露到旁边的平板波导中,波导只有TE模;计算了TE和TM模的有效折射率差,得到了偏振无关性较好的范围,从而得到既满足单模条件,偏振无关性又比较好的的纳米脊波导;分析了脊波导的弯曲损耗与波导的脊宽,刻蚀深度,弯曲半径,输入波长等因素的关系。在光波导的制作工艺方面,介绍了一套完整的光波导制作流程,本文在实验中采用的是MA6紫外线光刻和RIE刻蚀,通过对光刻和刻蚀参数的不断摸索优化,并采用多种观测工具测试,得到了表面图形完整,波导侧壁垂直度较好的结果。刻蚀会增大波导的表面和侧壁粗糙度,而由表面粗糙度引起的波导散射损耗是损耗的主要部分,本文采用热氧化的方法,通过多次实验,有效的减小了表面粗糙度,通过测量,热氧化之前的表面粗糙度有11nm,而热氧化之后能减小到5nm。