光通信中基于半導體工藝的硅基光波導技術(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/氮氧化硅光波導器件由于其損耗小、與半導體工藝兼容等優(yōu)點廣泛應(yīng)用于光通信系統(tǒng).本文對硅基光波導進行了理論分析和模擬設(shè)計,從光波導的理論基礎(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理論計算中的應(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)光波導的表面粗糙度對波導性能的影響.

2、在計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對光在表面粗糙的直波導中的傳輸特性進行了計算模擬.模擬結(jié)果表明,波導的損耗隨著粗糙度的增大而增大,要使損耗在0.1dB/cm以下,則波導表面粗糙度應(yīng)限制在100nm以內(nèi).在硅基二氧化硅/氮氧化硅光波導的工藝制作方面,最關(guān)鍵的是制作高品質(zhì)的平面薄膜波導.本文先以SiH<,4>、N<,2>O作為反應(yīng)氣體,采用等離子增強化學氣相沉積(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>,適當調(diào)整各個工藝條件,在單晶硅襯底上制備了生長速率為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.通過棱鏡耦合儀、傅立葉變換紅外光譜、掃描電子顯微鏡等測試手段,分析了薄膜的結(jié)構(gòu)和光學特性

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、各種氣體流量比例)之間的關(guān)系,探討在不使用劇毒危險性氣體GeH<,4>的情況下,如何以快的生長速率獲得折射率控制精確且紅外投射性能滿足波導制作要求、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)計好的波導圖形,經(jīng)過光刻,感應(yīng)耦合等離子體刻蝕(ICP)等工藝,制成所需要的光波導器件,如本研究