制造低损耗光有源 器件的方法 本发明涉及制造光器件的方法，特别是涉及一种制造低损失光有源器件的方法，它通过把非线性光学聚合物仅注入到非线性作用出现的波导区域以形成波导内芯来减小器件的波导损失。
在形成如使用光学聚合物的光调制器或光开关的光有源器件中，器件中形成的光波导由内芯和环绕内芯的上和下覆盖层构成。在这里，用于内芯的材料的折射率总是大于用于覆盖层的材料的折射率。这种折射率的差异使穿过内芯的光因内部全反射而沿波导传播。传统上，在制造使用光学聚合物地光有源器件中，该光学聚合物具有非线性。这里，器件中形成的波导的整个内芯区域由非线性光学聚合物制成。
然而，如果形成有源器件的波导的整个内芯区域由非线性光学聚合物制成，则整个器件损失特性变坏。非线性光学聚合物制造的波导的波导损失呈现0.5-1.0dB/cm的特性，线性光学聚合物制成的波导的波导损失呈现0.5-1.0dB/cm的特性。所以，在形成具有相同长度和结构的波导的情况下，仅由非线性光学聚合物制造的波导具有以下缺点：与形成由线性光学聚合物制造的波导相比在器件的注入损失方面是不利的。
图1A和图1B分别示出了现有的定向耦合型光开关和现有的Mach-Zehnder型光调制器，如图1A和图1B所示，由于包含电极130的波导的所有区域由具有比线性光学聚合物的光损失高的非线性光学聚合物构成，因此器件的总注入损失显著增加。
为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种使用光学聚合物制造低损失光有源器件的方法，与使用非线性光学聚合物形成波导所有内芯区域比较，减小了波导的波导损失；其中只有光调制作用发生的波导内芯区域由非线性光学聚合物构成，波导的剩余内芯区域由线性聚合物构成。
所以，为了实现上述目的，本发明提供了一种制造光有源器件的方法，所述的光有源器件具有由下述两个光波导内芯区域构成的光波导：当波导(传播)光信号时需要非线性作用的的光波导内芯区域(非线性内芯区域)，和不需要非线性作用的光波导内芯区域(线性内芯区域)。该方法包括以下步骤：在基片上形成具有低于波导内芯材料的折射率和具有透光性的下覆盖层；在下覆盖层上涂覆带有低于下覆盖层材料折射率的线性光学聚合物形成线性光学聚合物层；在下覆盖层的区域，在波导要设置的区域以外形成第一金属层；蚀刻未在其上形成第一金属层的线性光学聚合物层；在具有非线性内芯区域的基片上形成非线性光学聚合物层；除去堆积的高于波导内芯区域的非线性光学聚合物层；除去第一金属层；在除去第一金属层的波导上形成第二金属层；除去非第二金属层区域的线性光学聚合物；和在具有线性光学聚合物的基片上使用具有比波导内芯区域折射率低和具有透光性的材料形成上覆盖层。
线性光学聚合物是具有针对使用光的波长的透光性和低于非线性光学聚合物的光波导损失的材料。
本发明还提供了在产生非线性效果的非线性聚合物制成的区域上面、在该区域下面以及在该区域上面和下面形成各个电极的步骤。
通过结合附图对优选实施例的详细描述，本发明的上述目的和优点将会变得更加清楚。其中
图1A示出了传统的定向耦合型光开关，其中构成开关的全部波导内芯由非线性聚合物构成；
图1B示出了传统的Mach-Zehnder型光调制器；
图2是显示本发明的一个实施例的低损失光有源器件的示意图；
图3是显示本发明整体结构中的剖面线A-A′，B-B′，C-C′的界限的示意图，以便解释本发明；
图4和图5是沿线C-C′的剖面图，显示在需要非线性光学聚合物的区域中蚀刻线性光学聚合物的步骤；
图6A和6B分别是沿图3所示线C-C′的剖面图和平面图，用于说明分别在下覆盖层上形成第一金属层和形成线性光学聚合物层的步骤；
图7至图11是沿线C-C′剖面的工艺流程图，显示了根据本发明优选实施例的非线性聚合物制成的波导内芯和线性聚合物制成的波导内芯在非线性作用发生的区域被选择性地同时形成；
图12A至12C分别是线性光学聚合物和非线性光学聚合物制成的波导内芯沿线A-A′、B-B′和C-C′的剖面图，该波导内芯通过从非第二金属层部分和第二金属层中蚀刻聚合物来形成；和
图14A和图14B示出了根据本发明优选实施例的定向耦合型光开关和Mach-Zehnder型光调制器。
参见图2，本发明的低损失有源器件是这样构成的：波导内芯由线性光学聚合物和非线性光学聚合物制成，电极和由非线性光学聚合物制成的波导内芯在光有源器件中非线性作用发生的区域形成。光有源器件包含：一个基片100；一个设置在基片100上的下覆盖层170；设置在下覆盖层170上的用于波导光信号的光波导(140和150)，它们分别是需要非线性作用的非线性内芯区域150和不需要非线性作用的线性内芯区域140；设置在光波导(140和150)和下覆盖层170上的上覆盖层180；和设置在非线性内芯区域上的电极130。非线性内芯区域150位于线性内芯区域140之间并由非线性光学聚合物制成。波导的线性内芯区域140的一端与非线性内芯区域150连接，其另一端与光信号的输入或输出端口连接。线性内芯区域140由具有比非线性光学聚合物低的光波导损失的线性光学聚合物制成。同样，下覆盖层170和上覆盖层180由具有比线性光学聚合物和非线性光学聚合物低的折射率的材料制成。
根据本发明，在使用非线性光学聚合物制造低损失光有源器件，如光开关或光调制器中，使用了具有作为官能团的非线性光发色团的非线性光学聚合物材料。线性光学聚合物是对通常使用的光波长具有透光性的线性材料并具有比非线性光学聚合物低的光波导损失。
下面说明通过把非线性光学聚合物仅注入到非线性作用发生的区域来制造本发明的低损失光有源器件的方法。
图3是显示本发明整体结构中的剖面线A-A′，B-B′，C-C′的界限的示意图，以便解释本发明。
首先，具有平面的基片100由硅片或玻璃构成。然后，在基片100的表面形成下覆盖层170。下覆盖层170的材料具有小于内芯材料的折射率并且对所使用的波长是透光的。
图4显示了在基片100上形成下覆盖层170的情况。
其次，如图5所示，具有大于下覆盖层170的材料的折射率的线性光学聚合物在基片100上旋涂，以形成线性光学聚合物层165。然后烘干该合成结构，以提高膜的质量。
图6A和6B分别是沿图3所示的线C-C′的剖面图和平面图，用于说明在下覆盖层170上形成第一金属层190和在基片100上连续淀积线性光学聚合物层165的步骤。如图6B所示，为了形成第一金属层190，采用旋涂方法在线性光学聚合物层165上涂覆光刻胶(PR)。具有预定图案的光掩膜在基片100上排列好，然后在光刻胶PR上选择性地发射紫外线(UV)射线。此后，把光刻胶PR浸入显影液里显影，然后烘干，以形成PR图案。然后采用溅射、电子束或热蒸发那样的真空淀积方法把第一金属层190淀积在下覆盖层170上。淀积后，取走光刻胶PR，以完成第一金属层190的形成工作。
完成图6A所示的步骤后，蚀刻基片100。例如，在真空状态下把O2等离子体施加到整个基片100上，使第一金属层不被等离子体蚀刻和使非第一金属层被等离子体蚀刻。图7示出了线性光学聚合物通过蚀刻方法被局部蚀刻以便以后把非线性光学聚合物注入到需要非线性聚合物的区域的情况。
图8至图13c是按照本发明最佳实施例的选择性地在非线性作用发生的区域同时形成由非线性光学聚合物制成的波导内芯150和形成线性光学聚合物制成的内芯140的工艺流程图。
首先，为了把非线性光学聚合物注入到器件中非线性作用发生的区域，在基片100上旋涂具有作为官能团的非线性光发色团的非线性光学聚合物材料，以形成非线性光学聚合物层160。图8示出了本发明的采用旋涂方法形成非线性光学聚合物层160的情况。
然后，如图9所示，蚀刻高于波导内芯的非线性光学聚合物层160。通过在蚀刻步骤期间调整蚀刻率使高于波导内芯的非线性光学聚合物层160的高度与采用旋涂方法形成的线性光学层165的高度相同。线性光学层165用蚀刻步骤期间不取走的第一金属层190保护。如图10所示，蚀刻作为蚀刻期间图9所示的阻止等离子体掩膜的第一金属层190，然后通过图11A和图11B所示的真空淀积法和光刻法形成第二金属层195。图11A是沿图3线C-C′的剖面图，图11B是基片100上方的平面图。这里，在第二金属层195的图案中，第二金属层195的宽度由波导的宽度确定。然后，从非第二金属层的区域再次蚀刻聚合物，和蚀刻第二金属层195，从而完成了线性光学聚合物和非线性光学聚合物制成的波导的内芯140和150的制作。由于采用这种操作方法，因此在形成由线性光学聚合物和非线性光学聚合物制成的波导的内芯140和150的过程中不需要精确地排列整齐内芯。此后，如图13A至13C所示，上覆盖层180由具有比内芯材料低的折射率和具有对所使用的波长透光的材料构成。
下面说明本发明的工作情况。图2示出了本发明的低损失光有源器件，它是这样构成的：波导内芯140和150由线性光学聚合物和非线性光学聚合物制成，电极130和由非线性光学聚合物制成的波导内芯150在光有源器件中发生非线性作用的区域中形成。从一端输入的光信号在光有源器件中根据直接加到电极130上的电压或电场的作用穿过不需要非线性作用区域中的由低光学传播损失的线性光学聚合物制成的波导内芯140。然后，在光信号穿过电极区域的由非线性光学聚合物制成的波导150时，光信号根据直接加给电极130的电压或电场的作用改变其光特性。改变了的光信号再次穿过由线性光学聚合物制成的波导内芯140，并被送到输出端。
根据现有的方法，即使在仅需要光信号传播的波导区域中，波导内芯150也是由具有比线性光学聚合物波导损失高的非线性光学聚合物构成的。因此，器件的整个波导损失增加，即增加器件的注入损失。与现有的方法相反，根据本发明，由非线性光学聚合物制成的波导内芯150仅在非线性作用发生的区域形成，由线性光学聚合物制成的波导内芯140在剩余的区域形成，因而降低了整个波导损失和器件的注入损失。
图14A和图14B示出了根据本发明优选实施例的定向耦合型光开关和Mach-Zehnder型光调制器。图14A示出了属于光有源器件之一的定向耦合型光开关。从输入端1输入的光信号在光有源器件中穿过由具有低光传播损失的线性光学聚合物制成的波导110。在光信号穿过电极区域的由非线性光学聚合物制成的波导120时，光信号根据直接加给电极130的电压或电场改变其光学特性。改变了的光信号再次穿过由线性光学聚合物制成的波导110，并被送到输出端3或4，供作光开关之用。图14B示出了根据本发明的优选实施例的Mach-Zehnder型光调制器。从输入端1输入的光信号在光有源器件中穿过由具有低光传播损失的线性光学聚合物制成的波导110。在光信号穿过电极区域的由非线性光学聚合物制成的波导120时，光信号根据直接加给电极130的电压或电场改变其光特性。改变了的光信号再次穿过由线性光学聚合物制成的波导110，并被送到输出端2。该输出的光信号调制了最初光信号的光强。
由于在形成使用光学聚合物的光有源器件中光学非线性作用只发生在设置电极的区域上，因此，只在电极区域用非线性光学聚合物形成一个内芯，而在不需要非线性作用的剩余区域使用具有光传播损失小于非线性光学聚合物的线性聚合物形成其余的波导内芯。因此，可以减小光有源器件的整个注入损失。
如上所述，在本发明的制造使用非线性光学聚合物的光波导器件的方法中，为了减小器件的波导损失，由非线性光学聚合物制成的波导只是在非线性作用发生的区域被选择性地形成，从而改善了器件的整个性能。
此外，波导仅在光调制或光开关那样的非线性作用发生的区域用非线性光学聚合物形成，和在剩余的区域用线性光学聚合物形成。因而与当波导的整个区域用非线性光聚合物形成时的情况相比，使波导的整个波导损失量减至最少。
此外，根据本发明，不需要精确地排列分别由非线性光学聚合物和线性光学聚合物制成的两个内芯。