CN113641011A - 一种薄膜电光调制器及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种薄膜电光调制器，所述薄膜电光调制器包括衬底层(1)、压电薄膜层(3)和格栅电极层(4)，其中，所述压电薄膜层(3)的一侧形成脊型波导(6)，并且，所述脊型波导(6)与所述格栅电极层(4)分居所述压电薄膜层(3)的两侧，从而能够在所述压电薄膜层(3)上进行二次刻蚀，使得所述脊型波导(6)对光波具有更强的束缚能力，从而减少信号损耗。本申请还提供一种制备所述薄膜电光调制器的方法，所述方法基于价格低廉的无衬底的压电晶圆进行制备，使用主要成分为二氧化硅的釉料作为粘结剂连接压电薄膜层(3)与衬底层(1)，从而突破传统工艺和成本的限制。

Description

一种薄膜电光调制器及其制备方法
技术领域
本申请属于半导体电光器件领域，特别涉及一种薄膜电光调制器及其制备方法。
背景技术
电光调制器是利用电光材料，如铌酸锂晶体(LiNbO3)、砷化稼晶体(GaAs)或者钽酸锂晶体(LiTaO3)的电光效应而制成的调制器，其中，所述电光效应即所述电光材料被施加电压后，其折射率发生变化，引起通过该材料的光波的特性发生变化的效应，利用所述电光调制器可以实现对光信号的相位、幅度、强度以及偏振状态的调制。
图1示出一种传统电光调制器的剖面结构示意图，如图1所示，传统电光调制器的核心部件为由电光材料制备的波导，其中，所述波导与金属电极设置于压电薄膜层的同侧，所述信号在所述波导中的损耗率主要受到波导的高度、宽度以及压电薄膜层的厚度等因素的影响。
然而，传统的薄膜波导电光调制器由于本身的工艺限制，例如，传统的铌酸锂薄膜制备方法需要离子注入和键合工艺，而离子注入机和键合机的价格昂贵，这就限制了很多企业进行铌酸锂薄膜的制备；并且，键合机单机只能单片操作，所以使得大批铌酸锂薄膜的制备变得困难，难以大批量制备；而且，传统的薄膜电光调制器是以具有衬底的压电薄膜为基础制备的，由于压电薄膜的价格昂贵，导致由其制备的薄膜电光调制器的价格也相应昂贵。
发明内容
为解决上述问题，本申请提供一种薄膜电光调制器，所述薄膜电光调制器包括衬底层1、压电薄膜层3和格栅电极层4，其中，所述压电薄膜层3的一侧形成脊型波导6，并且，所述脊型波导6与所述格栅电极层4分居所述压电薄膜层3的两侧，从而能够在所述压电薄膜层3上进行二次刻蚀，使得所述脊型波导6对光波具有更强的束缚能力，从而减少信号损耗。本申请还提供一种制备所述薄膜电光调制器的方法，所述方法基于价格低廉的无衬底的压电晶圆进行制备，使用主要成分为二氧化硅的釉料作为粘接剂连接压电薄膜层3与衬底层1，从而突破传统工艺和成本的限制。
本申请的目的在于提供以下两个方面：
第一方面，本申请提供一种薄膜电光调制器，所述电光调制器依次包括衬底层1、釉料熔接层2、压电薄膜层3、格栅电极层4和封装层5，其中，所述压电薄膜层3在与釉料熔接层2相邻的一侧形成有脊型波导6，所述脊型波导6与所述格栅电极层4分居所述压电薄膜层3的两侧。
在一种可实现的方式中，在所述釉料熔接层2与压电薄膜层3之间还设置有二氧化硅层7。
在一种可实现的方式中，在所述压电薄膜层3与格栅电极层4相邻的侧面上还可以开设有与所述脊型波导6相对应的波导凹槽8，所述波导凹槽8的宽度不大于所述脊型波导6的宽度，以使所述脊型波导6剖面形成类似“凹”型结构。
在一种可实现的方式中，所述波导凹槽8的深度为0nm～1μm，优选为10nm～100nm。
在一种可实现的方式中，所述脊型波导6有两条，两条所述脊型波导6形成马赫曾德尔结构。
可选地，所述马赫曾德尔结构中两条脊型波导6直线部分平行，并且间距为5μm～30μm，优选为10μm～20μm。
在一种可实现的方式中，所述脊型波导6脊的高度为100nm～5μm，优选为300nm～1μm。
在一种可实现的方式中，所述格栅电极层4包括多条电极条41，可选地，位于马赫曾德尔结构两侧电极为接地电极，其形状以及尺寸分别相同，位于马赫曾德尔结构中间电极为接信号电极，其形状与尺寸与接地电极的形状与尺寸可以不同。
可选地，所述电极条41与脊型波导直线部分的间距为100nm-5μm，优选为300nm～1μm。
第二方面，本申请还提供一种制备第一方面所述薄膜电光调制器的方法，所述方法包括：
在压电晶圆的一侧表面制备波导结构；
在衬底材料表面制备釉料层；
将所述波导结构的表面与釉料层熔合；
对所述压电晶圆进行减薄处理获得压电薄膜层；
在所述压电薄膜层表面制备格栅电极层；
在所述格栅电极层上制备封装层。
在一种可实现的方式中，所述对压电晶圆表面制备波导结构包括光刻胶法和聚集离子束刻蚀法。
在一种可实现的方式中，在制备波导结构完成后，并且在将所述波导结构的表面与釉料层熔合之前，还可以包括：在制备的波导结构表面沉积SiO2，并进行平坦化加工。
可以理解的是，如果波导表面沉积有SiO2，则将所述波导结构的表面与釉料层熔合是将SiO2层与釉料层熔合熔合。
在一种可实现的方式中，所述在衬底材料表面制备釉料层可以包括：
在压电晶圆表面涂覆釉料；
对所述釉料进行平坦化处理并且定型。
可选地，所述釉料的主要成分为二氧化硅，辅料包括：氧化铝、氧化锌、乙基纤维素，溶剂包括：酯类和醚类、醇类、烃类化合物中的至少两种，一般是脂类的再加上其它类的混合，脂类可以让浆料有良好的润滑性能，也就是可以加热完更平滑，其它的由于沸点低，在升温过程中气化，保证升温后气孔比较少其中，基于所述釉料的总体积，所述二氧化硅的含量为50g/mL～200g/mL，所述釉料的粘度为50Pa·s～400Pa·s，主要成分为高纯二氧化硅，所述釉料的熔点低于压电晶圆的熔点，优选地，所述釉料可以为玻璃浆料，其中，所述玻璃浆料的烧结温度为470℃-550℃，细度小于8μm，粘度为100Pa·s～200Pa·s，以便于在制备复合压电基体过程中仅有所述釉料为熔融状态，而压电晶圆为固态，并且，压电晶圆的晶格结构能够保持不变，以便保证所述复合压电基体的压电性能。
可选地，在压电晶圆表面涂覆釉料的方法包括刷涂、悬涂和喷涂。
进一步地，所述刷涂包括：
在压电晶圆上铺设一层丝网，所述丝网的厚度为100μm～500μm，所述丝网的网格可以为正方形，网孔尺寸为1mm～20mm，材料可以为铜或者不锈钢；
透过所述丝网向所述压电晶圆表面上均匀刷覆一层釉料，所述釉料的厚度小于或者等于所述丝网的厚度；
取下所述丝网。
在本申请中，所述悬涂可以为现有技术中任意一种可以晶圆为对象的悬涂方法；所述喷涂可以为现有技术中任意一种可以晶圆为对象的悬涂方法。
在一种可实现的方式中，对所述釉料进行平坦化处理并且定型包括：
对涂覆有所述釉料的压电晶圆加热至釉料溶剂的挥发温度，并保温；
继续升温至釉料熔点，保温后冷却。
可选地，所述釉料冷却凝固后可对所述釉料层进行表面处理，所述表面处理包括研磨和抛光。在本申请中，经过表面处理后，所述釉料层表面的粗糙度为小于10nm，方便基底与上层薄膜熔合后，上下表面平行。
在一种可实现的方式中，所述釉料熔接层的厚度为0.1～1000μm，以为压电晶圆提供充足的支撑作用。
在一种可实现的方式中，在釉料熔接层制备完成后，还可以对所述压电晶圆进行减薄处理，所述减薄处理的方法可以采用现有技术中任意一种对压电晶圆进行减薄处理的方法，例如，离子注入法、研磨抛光法等。
进一步地，减薄处理后压电晶圆的厚度可以根据使用的需要而具体设定。
在一种可实现的方式中，所述将所述波导结构的表面与釉料层熔合可以包括：
在所述波导结构上制备二氧化硅层；
加热所述釉料层至熔融状态；
将所述釉料层与所述二氧化硅层贴合；
冷却体系。
在一种可实现的方式中，所述对所述压电晶圆进行减薄处理获得压电薄膜层可以包括离子注入剥离法和研磨。
在一种可实现的方式中，所述在所述压电薄膜层表面制备格栅电极层可以包括电子束蒸发镀膜法、磁控溅射和离子溅射等。
在一种可实现的方式中，所述封装层可以由二氧化硅制备。
可选地，所述在所述格栅电极层上制备封装层可以包括热沉积法、磁控溅射和真空蒸发离子溅射等。
与现有技术相比，本申请提供的薄膜电光调制器以价格相对低廉的压电晶圆为基础制备得到，并且，本申请提供的薄膜电光调制器将具有马赫曾德尔结构的波导与金属电极分别设置于压电薄膜层的两侧，从而能够对所述压电薄膜层进行进一步刻蚀，形成相对封闭的信号传递空间，使得信号在传递过程中被完全地束缚于波导结构中，进而降低损耗；本申请提供的制备所述酸锂薄膜电光调制器的方法以价格相对低廉的压电晶圆为基础进行制备，使用易于获得的釉料作粘接剂来连接压电薄膜层与衬底材料，不仅大幅度降低生产成本，还能够方便地制备个性化压电薄膜层的结构，打破以具衬底的压电薄膜为基础制备电光调制器在制备工艺上的限制和成本制约，并且，所述釉料熔接层对所述电光调制器的性能无负作用。
此外，与使用聚合物等有机化合物作为衬底层与铌酸锂层的熔接层相比，本申请使用无机釉料制备熔接层，由于无机釉料生产成本低，目前国内可采购，市场成熟；并且，无机釉料在烧结后性能稳定，耐高温，不易老化；进一步地，组分不同配比的无机釉料能制得的熔接层的介电常数和电阻率可以不同，因此，可根据需要调配无机釉料的配方。
与现有薄膜光电调制器的结构相比，本申请提供的薄膜电光调制器设置有可刻蚀的波导凹槽位置(8)，能够可以更好的束缚波导。
经试验证明，本申请提供的薄膜电光调制器的性能与传统薄膜电光调制器的性能相当，甚至更优。
附图说明
图1示出一种传统电光调制器的剖面结构示意图；
图2示出本申请提供薄膜电光调制器的剖面结构示意图；
图3示出图2所示薄膜电光调制器的立体***图；
图4示出本实例另一种优选薄膜电光调制器剖面结构示意图；
图5示出一种优选的制备所述铌酸锂薄膜电光调制器方法的流程图。
附图标记说明
1-衬底层，2-釉料熔接层，3-压电薄膜层，4-格栅电极层，41-电极条，5-封装层，6-脊型波导，7-二氧化硅层，8-波导凹槽。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致方法的例子。
下面通过具体的实施例对本申请提供的薄膜电光调制器及其制备方法进行详细阐述。
首先，对本方案的使用场景作简要介绍。
随着多媒体服务数量、无线接入数量、上网装置数量以及移动用户数量的不断增加，网络宽带越来越难以满足人们日益增加的网络需求。影响网络带宽的因素之一为光调制器的带宽，为获得更大的网络带宽，提高数据转换速度，降低成本，追求更高品质的电光调制器势在必行。
图2示出本申请提供薄膜电光调制器的剖面结构示意图，图3示出图2所示薄膜电光调制器的立体***图，如图2和图3所示，所述铌酸锂薄膜电光调制器依次包括衬底层1、釉料熔接层2、二氧化硅层7、压电薄膜层3、格栅电极层4和封装层5，其中，所述压电薄膜层3在与釉料熔接层2相邻的一侧形成有脊型波导6，所述脊型波导6与所述格栅电极层4分居所述压电薄膜层3的两侧。
本实例对制备所述衬底层1的材料不做特别限定，可以使用现有技术中任意一种可用作压电薄膜衬底的材料，例如，二氧化硅、单晶硅、三氧化二铝、钽酸锂、铌酸锂或者其它半导体材料等。
在本实例中，所述衬底层1的厚度可以根据薄膜电光调制器的需求而具体设定，例如，所述衬底层1的厚度为5μm～20μm。
在本实例中，所述釉料熔接层2无孔隙，本申请人发现，釉料在熔融过程能够消除其中的孔隙，最终得到无孔隙的釉料熔接层。
进一步地，本申请人还发现，由不同配方釉料制备的釉料熔接层，其性能略有不同，具体为介电常数和电导率等参数略有不同。在本实例中，可以选取介电常数为3.4～6，电导率为3×10-2～3×10-14Ω-1〃cm-1的釉料熔接层，以满足电光调制器的性能需求。
在本实例中，所述釉料熔接层2的厚度可以为20nm～1μm，使得所述薄膜电光调制器的总体积基本不变，从而保证所述薄膜电光调制器的适用范围至少满足传统薄膜电光调制器的适用范围。进一步地，釉料熔接层厚度的可用于调节电光调制器的性能，即，可通过调整釉料熔接层的厚度来得到更高速的调制器，具体地，可通过调节釉料熔接层2的厚度来获得阻抗匹配和波速匹配。
在本实例中，所述衬底层1与所述压电薄膜层3通过所述釉料熔接层2熔合为一体，本申请人发现，在所述釉料熔接层2与所述压电薄膜层3之间设置可以一层二氧化硅层7，所述二氧化硅层7可作为过渡层使得所述釉料熔接层2与所述压电薄膜层3的结合强度更大，从而提高终产品薄膜电光调制器的结构稳定性。
在本实例中，所述釉料熔接层2由釉料制备而得，所述釉料的主要成分为二氧化硅，优选为高纯二氧化硅，并辅以辅料和溶剂，其中，所述辅料包括：氧化铝、氧化锌、乙基纤维素，所述溶剂包括：酯类和醚类、醇类、烃类化合物中的至少两种。
可选地，所述溶剂为脂类化合物与其它类化合物形成的组合物，本申请人发现，脂类化合物能够使所述釉料具有良好的润滑性能，从而使所述釉料在高温状态下更加平滑，并且，由于所述脂类化合物的沸点较低，在对所述釉料升温处理过程中即可气化，即，在所述釉料未完全固化前脂类化合物即可气化，使所得釉料熔接层中的气孔比较少，降低釉料熔接层2的孔隙率。
在本实例中，基于所述釉料的总体积，所述二氧化硅的含量为50g/mL～200g/mL，所述釉料的粘度为50Pa·s～400Pa·s，优选地，所述釉料可以为玻璃浆料、掺杂的玻璃浆料或者其它熔点低于压电晶片的粘合剂，其中，所述玻璃浆料的烧结温度可以为470℃～550℃，细度可以小于8μm，粘度可以为100Pa·s～200Pa·s，所述釉料的熔点低于压电晶圆的熔点，以便于在制备复合压电基体过程中仅有所述釉料为熔融状态，而压电晶圆为固态，并且，压电晶圆的晶格结构能够保持不变，以便保证所述复合压电基体的压电性能。
本申请人发现，使用上述釉料制备釉料熔接层，所述熔接在经过处理后，溶剂等易挥发组分被除去，最终在所述衬底层上形成釉料熔接层2，并且，所述釉料熔接层2的主要成分为二氧化硅。
在本实例中，所述二氧化硅层7的厚度为20nm～50nm，优选为30nm～40nm，本申请人发现，上述厚度的二氧化硅层7便于制备，并且，能够为釉料熔接层2以及压电薄膜层3提供充足的过渡连接作用。
在本实例中，所述压电薄膜层3可以为现有技术中任意一种压电材料薄膜，例如，同成分铌酸锂薄膜、近化学计量比铌酸锂薄膜、掺杂铌酸锂薄膜等，可以理解的是，还可以是现有技术中其它压电薄膜。
本申请人发现，铌酸锂晶体是一种人工合成的负单轴晶体，具有较高的压电系数、铁电系数和声光系数，具体地，铌酸锂晶体由于电光系数较高，单位长度所需的半波电压低，因此，使用铌酸锂制备的器件使用寿命长并且工作性能稳定；使用铌酸锂晶体制作的光波导能够与光纤直接耦合，并且耦合损耗低；在理论上，使用铌酸锂制备的光波导能够实现零啁啾信号调制，几乎不受光纤色散限制，适用于高速度、长距离单模光纤的信号传输，尤其是工作波长在1550nm左右的光纤通信领域；通过在光波导中设置行波电极结构，可以使由铌酸锂制备的光波导的工作速度非常高，因此，本申请优选使用铌酸锂作为压电薄膜电光调制器的压电材料。
在本实例中，所述压电薄膜层3的厚度可以为1μm～100μm，本申请人发现，所述压电薄膜层3的厚度在上述范围内，所制得的薄膜电光调制器的性能和尺寸均可满足使用需求。
本申请人发现，由于铌酸锂的电光系数比较高，因此，由铌酸锂制成的薄膜电光调制器，其体积比其它材料做成的薄膜调制器体积会小一些。
在本实例中，所述脊型波导6设置于所述压电薄膜层3与二氧化硅层7之间，所述脊型波导6与所述压电薄膜层3一体成型，从而使声光信号可沿所述脊型波导而传播。
在本实例中，所述脊型波导6的形状可以为现有技术中任意一种薄膜波导的形状，例如，可以为马赫曾德尔结构的波导，具体地，所述脊型波导6有两条，两条所述脊型波导6形成马赫曾德尔结构，具体地，马赫曾德尔调制器结构包括两个1×2光学分束器、两条用于传递光束的光波导。光束通过1×2光学分束器分出两支光束，经过套刻在压电薄膜层3表面的格栅电极层4对两条光波导的相位进行不同的调制后，再经过1×2光学分束器合成一束输出。
可选地，所述马赫曾德尔结构中两条脊型波导6直线部分平行，并且间距为5μm～30μm，优选为10μm～20μm。
在本实例中，所述脊型波导6脊的高度为100nm～5μm，优选为300nm～1μm。
在本实例中，所述脊型波导的宽度为0nm～1μm，优选为0nm～100nm。
本申请人发现，上述规格的脊型波导能够高效地进行光电转换，并进行光信息传送，并且，所占用的体积较小，便于器件的集成。
在本实例中，制备所述格栅电极层4的金属可以为金、银、铝和钛等，由于上述金属在20℃时的材料电阻率ρ单位：nΩ〃m分别为：银15.86，铜16.78，金24，铝26.548，结合成本以及制备工艺难度，本申请优选使用金作为电极材料。
在本实例中，所述格栅电极层4包括多条电极条41，各条所述电极条41均为矩形，各电极条41均与所述脊型波导6的直线部分平行，以便于在薄膜电光调制器中使用。
可选地，位于马赫曾德尔结构两侧电极为接地电极，其形状以及尺寸分别相同，位于马赫曾德尔结构中间电极为接信号电极，其形状与尺寸与接地电极的形状与尺寸可以不同。
可选地，所述电极条41与脊型波导直线部分的间距为100nm～5μm，优选为300nm～1μm。本申请人发现，在上述位置上，所述格栅电极层4能够获得电场分布调制光场。
在本实例中，所述格栅电极层4设置于压电薄膜层3与所述封装层5之间，即，所述脊型波导6与所述格栅电极层4分居所述压电薄膜层3两侧，使得相邻所述电极条41之间为压电薄膜层3，即所述脊型波导6的“背面”，从而，使得对脊型波导进行二次加工，即，去除所述脊型波导6“背面”在所述压电薄膜层3对应部分从而形成类似“凹”形结构，即为开设波导凹槽8提供了基础。
图4示出本实例另一种优选薄膜电光调制器剖面结构示意图，如图4所示，所述波导凹槽8的宽度不大于所述脊型波导6的宽度，可选地，所述波导凹槽8的深度为0nm～1μm，优选为10nm～100nm。本申请人发现，所述波导凹槽8使得所述脊型波导6形成“凹”形结构，而该结构更有利于波导对光电信号的束缚，从而降低信号的损耗，提高薄膜电光调制器的性能。进一步地，上述规格的波导凹槽8能够将光更好得束缚在波导内，获得更好的光波导模式，减少光的传输损耗。
在本实例中，所述封装层5可以由二氧化硅制备。
在本实例中，在所述封装层5上，与所述格栅电极层4相邻的侧面上形成与所述电极条41以及所述压电薄膜层3相匹配的结构，使得所述封装层5与所述格栅电极层4以及压电薄膜层3紧密贴合，从而形成薄膜电光调制器。
图5示出一种优选的制备所述铌酸锂薄膜电光调制器方法的流程图，如图5所示，所述方法包括以下步骤S101至步骤S106：
步骤S101，在压电晶圆的一侧表面制备波导结构。
在本实例中，所述压电晶圆为用于制备压电薄膜层的原料，所述压电薄膜层的直径与所述压电晶圆的直径相同，具体地，所述压电晶圆可以为同成分铌酸锂薄膜、近化学计量比铌酸锂薄膜、掺杂铌酸锂薄膜等。
在本实例中，在制备波导结构前，可以对所述压电晶圆进行清洗抛光等预处理，使得所述压电晶圆的表面满足制备压电薄膜的要求。
在本实例中，所述对压电晶圆表面制备波导结构包括光刻胶法和聚集离子束刻蚀法。
本实例以光刻胶法为例说明制备波导结构的过程，具体地，可以包括以下步骤S111至步骤S116：
步骤S111，在压电晶圆表面制备结构与脊型波导互补的光刻胶结构。
在本实例中，所述脊型波导为马赫曾德尔结构，因此，光刻胶的结构为与马赫曾德尔结构互补的结构。所述马赫曾德尔结构如前所述，在此不再赘述。
步骤S112，利用电子束镀膜的方法上述具有光刻胶的压电晶圆表面镀一层金属掩膜。
在本实例中，对制备掩膜的金属不做特别限定，可以为现有技术中任意一种可用作压电材料光刻所用的金属，例如，可以为金属铬(Cr)，也可以为现有技术中可用的其它金属。
进一步地，所述金属掩膜的厚度可以为50nm～1μm，具体的厚度可以根据制备掩膜的金属种类不同以及金属位置和宽度等不同而具体设定。
步骤S113，去除光刻胶，在所述压电晶圆表面留下金属掩膜结构。
本实例对去除光刻胶的方法不做特别限定，可以采用现有技术中任意一种去除压电晶圆表面光刻胶的方法，例如，利用NMP溶液(1-甲基-2吡咯烷酮溶液)或者丙酮等溶解光刻胶的方法等。
在本实例中，所述压电晶圆表面所留下金属掩膜的宽度即为脊型波导的宽度。
步骤S114，刻蚀压电晶圆，将金属掩膜结构转移到压电晶圆表面。
在本实例中，对刻蚀压电晶圆所用的方法不做特别限定，可以采用现有技术中任意一种根据金属掩膜刻蚀压电晶圆的方法，例如，反应离子刻蚀(ICP)的方法。
在本实例中，所述刻蚀的深度可以为100nm-5μm，即，所述脊型波导脊的高度约为100nm～5μm。
步骤S115，去除残留的金属掩膜。
本实例对去除残留金属掩膜的方法不做特别限定，可以采用现有技术中任意一种可去除压电晶圆上金属掩膜的方法。
步骤S116，对所述脊型波导的表面进行抛光处理。
在本实例中，抛光后脊型波导的表面粗糙度可达2nm以下，从而能够减小信号在所述脊型波导中的损耗。
在本实例中，在步骤S116后还可以包括：在制备的波导结构表面沉积SiO2，并进行平坦化加工。
本实例对本步骤的具体实现方式不做特别限定，可以使用现有技术中任意一种在波导表面沉积SiO2并进行平坦化加工的方法。
可以理解的是，如果波导表面沉积有SiO2，则将所述波导结构的表面与釉料层熔合是将SiO2层与釉料层熔合熔合。
步骤S102，在衬底材料表面制备釉料层。
在本实例中，本步骤具体可以包括以下步骤S121和步骤S122：
步骤S121，在压电晶圆表面涂覆釉料。
可选地，所述釉料的主要成分为二氧化硅，辅料包括：氧化铝、氧化锌、乙基纤维素，溶剂包括：酯类和醚类、醇类、烃类化合物中的至少两种，一般是脂类的再加上其它类的混合，脂类可以让浆料有良好的润滑性能，也就是可以加热完更平滑，其它的由于沸点低，在升温过程中气化，保证升温后气孔比较少其中，基于所述釉料的总体积，所述二氧化硅的含量为50g/mL～200g/mL，所述釉料的粘度为50Pa·s～400Pa·s，主要成分为高纯二氧化硅，所述釉料的熔点低于压电晶圆的熔点，优选地，所述釉料可以为玻璃浆料，其中，所述玻璃浆料的烧结温度为470℃-550℃，细度小于8μm，粘度为100Pa·s～200Pa·s，以便于在制备复合压电基体过程中仅有所述釉料为熔融状态，而压电晶圆为固态，并且，压电晶圆的晶格结构能够保持不变，以便保证所述复合压电基体的压电性能。
可选地，在压电晶圆表面涂覆釉料的方法包括刷涂、悬涂和喷涂。
进一步地，所述刷涂包括：
在压电晶圆上铺设一层丝网，所述丝网的厚度为100μm～500μm，所述丝网的网格可以为正方形，网孔尺寸为1mm～20mm，材料可以为铜或者不锈钢；
透过所述丝网向所述压电晶圆表面上均匀刷覆一层釉料，所述釉料的厚度小于或者等于所述丝网的厚度；
取下所述丝网。
在本申请中，所述悬涂可以为现有技术中任意一种可以晶圆为对象的悬涂方法；所述喷涂可以为现有技术中任意一种可以晶圆为对象的悬涂方法。
步骤S122，对所述釉料进行平坦化处理并且定型。
在本实例中，本步骤可以包括以下步骤S1221和步骤S1222：
步骤S1221，对涂覆有所述釉料的压电晶圆加热至釉料溶剂的挥发温度，并保温。
步骤S1222，继续升温至釉料熔点，保温后冷却。
在本实例中，在升温至釉料熔点后，使釉料均匀成膜。
可选地，所述釉料冷却凝固后可对所述釉料层进行表面处理，所述表面处理包括研磨和抛光。在本申请中，经过表面处理后，所述釉料层表面的粗糙度为小于10nm，方便基底与上层薄膜熔合后，上下表面平行。
在本实例中，所述釉料层熔融后的厚度为0.1～1000μm，优选为1～100μm，例如，20～60μm，以为压电晶圆提供充足的支撑作用。
步骤S103，将所述波导结构的表面与釉料层熔合。
在本实例中，本步骤可以包括以下步骤S131至步骤S134：
步骤S131，在所述波导结构上制备二氧化硅层。
在本实例中，本步骤可以包括步骤S1311和步骤S1312：
步骤S1311，在所述波导结构上制备一层二氧化硅镀层，所述二氧化硅镀层与所述波导具有相同的结构。
在本实例中，对在所述波导结构上制备二氧化硅镀层的方法不做特别限定，可以采用现有技术中任意一种在压电材料上制备二氧化硅层的方法，例如，蒸镀等。
步骤S1312，对所述二氧化硅镀层进行平坦化加工，使得所述二氧化硅镀层的表面为平面，即，除去二氧化硅镀层表面的波导结构，形成二氧化硅层。
在本实例中，所述二氧化硅镀层的厚度略大于所述波导结构的高度，以便使二氧化硅镀层在被平坦化加工后，所述波导结构能够被完全地埋覆于所述二氧化硅层中，从而使所述所述釉料层与所述压电薄膜层能够稳定地结合。
步骤S132，加热所述釉料层至熔融状态。
步骤S133，将所述釉料层与所述二氧化硅层贴合。
在本实例中，将熔融状态的釉料与所述二氧化硅层贴合后，向所述结合体上施加20g/cm2～20000g/cm2的力，并在该温度下保持压力0.5～10h，使其二者充分结合。
步骤S134，冷却体系。
在本实例中，冷却速度可以为1～3℃/h，以使结合体能够缓慢冷却，从而使得各层的微结构完好，避免由于骤冷而导致碎裂。
体系冷却后，所述釉料层与二氧化硅层熔接，形成釉料熔接层。
步骤S104，对所述压电晶圆进行减薄处理获得压电薄膜层。
在本实例中，所述对所述压电晶圆进行减薄处理获得压电薄膜层可以包括离子注入剥离法和研磨。
为便于操作并降低生产成本，本申请优选采用研磨法进行减薄处理。
步骤S105，在所述压电薄膜层表面制备格栅电极层。
在本实例中，本步骤具体可以包括电子束蒸发镀膜法、磁控溅射和离子溅射等。
本实例以电子束蒸发镀膜法为例进行说明，具体可包括以下步骤S151至步骤S153：
步骤S151，在步骤S104所述压电薄膜的表面制备光刻胶结构。
在本实例中，所述光刻胶结构为与所述电极格栅结构互补的结构。
在本实例中，对制备光刻胶结构的方法不做特别限定，可以采用现有技术中任意一种在压电薄膜上制备光刻胶结构的方法，例如，紫外光刻法或电子束曝光法。
步骤S152，在所述光刻胶上镀覆金属。
在本实例中，所述金属为金属电极，例如，金。
可选地，所述金属的厚度为100nm～10μm。
各金属电极条的宽度以及相邻电极条之间的间距如前所述，在此不再赘述。
步骤S153，去除光刻胶。
去除光刻胶后所得金属掩膜即为金属电极条。
本实例对去除光刻胶的方法不做特别限定，可以为利用NMP溶液或者丙酮等溶剂进行溶解的方法。
可选地，在步骤S105之后，还可以在所述压电薄膜层上制备波导凹槽，具体地，可以包括以下步骤S151’至步骤S155’：
S151’，在所述压电上制备光刻胶。
S152’，在所述光刻胶上制备金属膜。
S153’，去除光刻胶，在所述电压薄膜层上留下金属掩膜结构。
S154’，刻蚀压电薄膜层，将金属掩膜结构转移到压电薄膜层上。
S155’，去除金属掩膜。
从而获得波导凹槽，所述波导凹槽的深度可以根据需要而具体设定。
步骤S106，在所述格栅电极层上制备封装层。
在本实例中，所述封装层可以为二氧化硅层，可选地，所述封装即为在所述格栅电极层上制备一层二氧化硅。
可选地，所述在所述格栅电极层上制备封装层可以包括热沉积法、磁控溅射和真空蒸发离子溅射等。
在本实例中，所述封装层利用PECVD在格栅电极表面沉积厚度为1μm～20μm的二氧化硅层。
实施例
实施例1
取一块4英寸铌酸锂压电晶圆，对其工艺面进行抛光清洗，并在该工艺面上制备波导结构；
在所述波导结构上制备一层二氧化硅镀层，并对所述二氧化硅镀层进行平坦化处理，获得二氧化硅层，所述二氧化硅层的表面平整度小于20nm；
在衬底材料表面采用网格法涂覆一层釉料，并将所述釉料平坦化处理；
将所述波导结构的表面与釉料层熔合；
对所述铌酸锂晶圆通过研磨抛光的方式进行减薄处理，在所述衬底材料上获得铌酸锂薄膜层；
在所述铌酸锂薄膜层表面通过蒸镀的方式制备格栅电极层；
在所述格栅电极层上制备二氧化硅封装层。
采用本实施例方法制备电光调制器无需使用铌酸锂薄膜原料(市场价格一片6000元左右)，而用此方法制备薄膜片的总***格大约在2500元左右，大大降低生产成本。
对比例
对比例1
目前，铌酸锂薄膜电光调制器处于国外垄断阶段，目前国内无法商购，国外Hyperlight的薄膜电光调制器的铌酸锂波导和电极的剖面结构可参考图1所示。
本申请人发现，传统方案中，以压电薄膜(以4英寸为例，铌酸锂薄膜的价格约为15000元)为基础刻蚀获得脊型波导，然而，在刻蚀脊型波导刻蚀过程中，由于工艺本身存在的固有误差会造成脊型波导的侧壁光滑度不足，致使薄膜电光调制器的不良口率较高，又由于压电薄膜的成本本身较高，成为制约薄膜电光调制器成本的关键因素，因此，采用传统方案制备薄膜电光调制器的成本居高不下；而本申请提供的方法调整了制备工序，采用先在成本相对较为低廉的压电晶圆(仍以4英寸为例，单片铌酸锂晶圆的价格低于1000元)上刻蚀脊型波导，再利用具有脊型波导的压电晶圆制备薄膜的方案，使得在产品制备的第一步便可对脊型波导的形态能进行筛选，排除不合格产品，如果脊型波导形态不合格，还可以通过抛光等方法去除所述脊型波导，而继续利用所述压电晶圆重新制备脊型波导，从而进一步节约生产成本。
其次，本申请提供的方案首先在压电晶圆上沉积一层二氧化硅，并将釉料熔合到衬底材料上，通过二氧化硅层与釉料将所述压电晶圆与衬底材料熔合在一起并形成稳定在结合体。由于压电薄膜与所沉积的二氧化硅层直接影响器件的性能，因此，所选用釉料，即，釉料熔接层对薄膜电光调制器的性能影响不大，即，本申请提供的方法能够增加衬底材料可选择范围，增加工艺灵活性。
此外，传统薄膜电光调制器由于是基于压电薄膜制备而得，因此，其中金属电极与脊型波导的相对位置关系只能如图1所示，即，金属电极与脊型波导位于压电薄膜的同侧，因此，传统薄膜电光调制器中无制备波导凹槽，而采用本申请提供的方法所制备的薄膜电光调制器中格栅电极与脊型波导的相对位置关系可如图2所示，即，格栅电极与所述脊型波导分居压电薄膜的两侧，从而能够对脊型波导进一步刻蚀，而获得波导凹槽，使得波导对电光信号具有更强的约束能力，从而降低信号的损耗，另外，格栅电极具有更大的参数变化空间来获得波速匹配和阻抗匹配。
以上结合具体实施方式和范例性实例对本申请进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本申请的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本申请精神和范围的情况下，可以对本申请技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本申请的范围内。本申请的保护范围以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种薄膜电光调制器，其特征在于，所述电光调制器依次包括衬底层(1)、釉料熔接层(2)、压电薄膜层(3)、格栅电极层(4)和封装层(5)，其中，所述压电薄膜层(3)在与釉料熔接层(2)相邻的一侧形成有脊型波导(6)，所述脊型波导(6)与所述格栅电极层(4)分居所述压电薄膜层(3)的两侧。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述釉料熔接层(2)与压电薄膜层(3)之间还设置有二氧化硅层(7)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述压电薄膜层(3)与格栅电极层(4)相邻的侧面上开设有与所述脊型波导(6)相对应的波导凹槽(8)，所述波导凹槽(8)的宽度不大于所述脊型波导(6)的宽度。
4.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，所述脊型波导(6)脊的高度为100nm～5μm，优选为300nm～1μm。
5.一种制备权利要求1至4任一项所述铌酸锂薄膜电光调制器的方法，其特征在于，所述方法包括：
在压电晶圆的一侧表面制备波导结构；
在衬底材料表面制备釉料层；
将所述波导结构的表面与釉料层熔合；
对所述压电晶圆进行减薄处理获得压电薄膜层；
在所述压电薄膜层表面制备格栅电极层；
在所述格栅电极层上制备封装层。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述在衬底材料表面制备釉料层可以包括：
在压电晶圆表面涂覆釉料；
对所述釉料进行平坦化处理并且定型。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述刷涂包括：
在压电晶圆上铺设一层丝网；
透过所述丝网向所述压电晶圆表面上均匀刷覆一层釉料；
取下所述丝网。
8.根据权利要求5至7任一项所述的方法，其特征在于，所述对所述压电晶圆进行减薄处理获得压电薄膜层包括离子注入剥离法和研磨抛光。
9.根据权利要求5至8任一项所述的方法，其特征在于，所述在所述压电薄膜层表面制备格栅电极层包括电子束蒸发镀膜法和磁控溅射。
10.根据权利要求5至9任一项所述的方法，其特征在于，所述在所述格栅电极层上制备封装层包括热沉积法、磁控溅射和真空蒸发离子溅射。
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