光通信的迅猛发展对集成光学提出了越来越高的要求,光电子的集成可以大大降低成本,提高器件性能和实现复杂的功能。但是目前各种光波导分立器件都因为体积太大而不利于集成,作为光波导器件的基体,光波导的小型化研究对于集成的重要性显得尤为突出。高折射率差,纳米尺寸波导已经成为当前平面光波导器件研究的一个热点,它是实现光子集成必不可少的第一步。我们采用硅-玻璃键合和选择性腐蚀技术研制出了一种具有良好光学性能的光波导材料:玻璃体上硅材料,并在这种材料上制作了脊型波导和平板、矩形光波导,其中后两种波导尺寸达到了纳米量级。 本文首先结合波导的材料和结构介绍了纳米波导及器件研究进展情况;接着从单模、损耗、耦合等方面对波导结构进行了设计;然后对关键技术进行了分析与讨论,包括键合质量的提高、自停止腐蚀的实现;在实验制作和测试部分,对各主要工艺进行了说明,并从粗糙度、厚度均匀性、损耗等方面对测试结果展开了细致的讨论。 从测量结果看,制得的玻璃体上硅波导材料能够保持较好的表层硅质量。当所用绝缘体上硅(Silicon-On-Insulator,SOI)材料为基于注氧隔离技术的材料时,其表面均方根粗糙度为3nm左右,硅层厚度均匀性在5%以内,而且硅膜厚度可以从几十纳米到几微米。同时它还具有以下优点:光波导的下限制层比SOI材料的厚,在纳米波导中能更好地实现对芯区光的限制;具有高的折射率差,适合制作纳米光波导。 在硅层厚5微米的玻璃体上硅材料上制作的脊型光波导的最小损耗值为1.06dB/cm,而在相同的工艺条件下制作的SOI上脊型光波导的最小损耗值为1.28dB/cm,两者在同样数量级,初步证实了这种制备玻璃基光波导材料的可行性。而在硅层厚500nm的玻璃体上硅材料上制作的条波导的损耗值,约为1.2dB/mm。 这种制备工艺过程的另一个优点是在玻璃与SOI片键合前,可以在玻璃或SOI上溅射金属电极,键合后再在顶层硅上制作上电极,从而实现硅光波导的上