薄膜鈮酸鋰光波導(dǎo)ICP刻蝕工藝研究

楊千澤 張鴻舉

（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十四研究所 重慶市 400060）

鈮酸鋰具有優(yōu)良的電光系數(shù)、寬波長(zhǎng)透明范圍、高本征帶寬，在集成光學(xué)及非線性光學(xué)器件領(lǐng)域具有特別重要且廣泛的應(yīng)用。鈮酸鋰可用于制作多種集成光學(xué)器件，例如電光調(diào)制器，光開(kāi)關(guān)，光放大器，集成激光增益/轉(zhuǎn)換組件等。傳統(tǒng)鈮酸鋰光波導(dǎo)通過(guò)鈦擴(kuò)散及退火質(zhì)子交換技術(shù)制備，具有損耗低、性能穩(wěn)定、工藝成熟等優(yōu)點(diǎn)。但其具有的一些弱點(diǎn)，比如光模場(chǎng)面積較大、電光重疊系數(shù)較小，不滿足光電子芯片小型化、集成化發(fā)展需求。近年新發(fā)展的LNOI材料厚度僅有幾百納米，折射率差大，可使光模場(chǎng)面積小于1平方微米，彎曲半徑小于10微米，提升了電光調(diào)制效率，為傳統(tǒng)LN芯片的小型集成化及性能提升開(kāi)辟了嶄新的技術(shù)途徑，是目前國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)。

LNOI光波導(dǎo)是構(gòu)建LNOI集成器件及光路的基本單元。LNOI材料的典型結(jié)構(gòu)如圖1所示，襯底為Si，中間為SiO，頂層為薄膜LN材料。而基本的LNOI光波導(dǎo)為脊型結(jié)構(gòu)，如圖2所示，上包層為空氣，下包層為SiO，芯層與包層折射率差大，對(duì)光場(chǎng)限制作用強(qiáng)。

圖1：LNOI材料

圖2：LNOI光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)

制備脊型光波導(dǎo)，需要對(duì)LNOI進(jìn)行刻蝕加工，最常用的有濕法腐蝕及干法刻蝕。濕法腐蝕采用HF和HNO的混合溶液，腐蝕速率低，且屬于各向同性腐蝕，不適宜刻蝕亞微米的波導(dǎo)圖形。干法刻蝕相比濕法刻蝕具有高度可控以及高度各項(xiàng)異性的優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用在LNOI微加工中。目前，LNOI干法刻蝕方法主要有激光微加工，聚焦離子束（FIB）銑刻，磁中性環(huán)路（NLD）等離子體刻蝕，反應(yīng)離子刻蝕（RIE），感應(yīng)耦合等離子體（ICP）刻蝕技術(shù)等。……