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CN112764245B - 一种电光晶体薄膜、制备方法及电子元器件 - Google Patents

一种电光晶体薄膜、制备方法及电子元器件 Download PDF

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CN112764245B CN202110104258.6A CN202110104258A CN112764245B CN 112764245 B CN112764245 B CN 112764245B CN 202110104258 A CN202110104258 A CN 202110104258A CN 112764245 B CN112764245 B CN 112764245B
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Abstract

本申请提供一种电光晶体薄膜、制备方法及电子元器件，包括：在电光晶体基片工艺面制备掩模；如果掩模与光波导结构相反，则由电光晶体基片工艺面向电光晶体基片内目标深度掺杂重质量离子，在电光晶体基片内形成波导层；如果掩模与光波导结构相同，则由电光晶体基片工艺面向电光晶体基片内目标深度掺杂轻质量离子，在电光晶体基片内形成波导层，其中，波导层中没有掺杂轻质量离子部分形成光波导，波导层中掺杂轻质量离子部分形成波导包覆层，光波导的折射率大于波导包覆层的折射率，通过在电光晶体基片中掺杂重质量离子或轻质量离子，形成光波导，而不需要通过对电光晶体基片刻蚀来形成光波导，从而能够保证最后得到的电光晶体薄膜层的完整性。

Description

一种电光晶体薄膜、制备方法及电子元器件
技术领域
本申请属于半导体元件制备领域，特别涉及一种电光晶体薄膜、制备方法及电子元器件。
背景技术
铌酸锂或钽酸锂等电光晶体材料由于具有居里温度高、自发极化强、机电耦合系数高、优异的电光效应等优点，而被广泛的应用于非线性光学、铁电、压电、电光等领域，尤其在薄膜体声波器件、滤波器、光调制器等领域受到越来越广泛的关注和应用。如果利用铌酸锂或钽酸锂等电光晶体材料制备光调制器，需要将铌酸锂薄膜进一步制备成所需要的光波导结构，然后利用铌酸锂薄膜与二氧化硅的高折射率差将光限制在铌酸锂薄膜层中。
目前，将铌酸锂薄膜制备成所需要的光波导结构的方法主要包括如下步骤：首先，制备得到依次层叠的衬底层、隔离层和铌酸锂薄膜层，然后，利用刻蚀方法，将铌酸锂薄膜刻蚀成所需要的光波导结构，其中，常用的铌酸锂刻蚀方法包括湿法刻蚀、干法刻蚀、FIB(聚焦离子束)刻蚀等方法。
但是，由于铌酸锂和钽酸锂本身具有物理和化学性质都非常稳定的特性，因此，在薄膜层上刻蚀处理非常困难，并会对薄膜层造成一定的损伤，从而影响应用的电子器件的使用性能。
发明内容
为解决现有技术中在薄膜层上刻蚀处理非常困难，并会对薄膜层造成一定的损伤的问题，本申请提供一种电光晶体薄膜、制备方法及电子元器件。
第一方面，本申请提供一种电光晶体薄膜的制备方法，包括：准备衬底层和电光晶体基片；在所述电光晶体基片工艺面制备掩模；如果所述掩模与光波导结构相反，则由所述电光晶体基片工艺面向所述电光晶体基片内目标深度掺杂重质量离子，在所述电光晶体基片内形成波导层，其中，所述电光晶体基片中掺杂有所述重质量离子部分形成光波导，所述波导层中没有掺杂所述重质量离子部分形成波导包覆层，所述光波导的折射率大于所述波导包覆层的折射率；如果所述掩模与光波导结构相同，则由所述电光晶体基片工艺面向所述电光晶体基片内目标深度掺杂轻质量离子，在所述电光晶体基片内形成波导层，其中，所述波导层中没有掺杂所述轻质量离子部分形成光波导，所述波导层中掺杂所述轻质量离子部分形成波导包覆层，所述光波导的折射率大于所述波导包覆层的折射率；去除所述掩模；对形成有所述光波导的电光晶体基片表面平坦化处理；利用离子注入法和键合分离法，或者，利用键合法和研磨抛光法，在所述衬底层上形成目标厚度的电光晶体薄膜层，其中，所述光波导嵌入在所述电光晶体薄膜层中。
可选的，所述由所述电光晶体基片工艺面向所述电光晶体基片内目标深度掺杂重质量离子，包括：在所述电光晶体基片工艺面沉积扩散薄膜层，其中，所述扩散薄膜层采用重质量离子制备而成；对沉积有扩散薄膜层的电光晶体基片进行扩散处理，使所述扩散薄膜层中重质量离子扩散至所述电光晶体基片内目标深度；或者，向距离所述电光晶体基片工艺面目标深度注入重质量离子。
可选的，所述由所述电光晶体基片工艺面向所述电光晶体基片内目标深度掺杂轻质量离子，包括：在所述电光晶体基片工艺面沉积扩散薄膜层，其中，所述扩散薄膜层采用轻质量离子制备而成；对沉积有扩散薄膜层的电光晶体基片进行扩散处理，使所述扩散薄膜层中轻质量离子扩散至所述电光晶体基片内目标深度；或者，向距离所述电光晶体基片工艺面目标深度注入轻质量离子。
可选的，如果在所述电光晶体基片工艺面沉积扩散薄膜层，则所述扩散薄膜层采用的重质量离子包括铒离子、铥离子、镱离子、镥离子、锗离子、钛离子、铜离子、铁离子或锰离子；如果向距离所述电光晶体基片工艺面目标深度注入重质量离子，则所述重质量离子包括氧离子、铒离子、铥离子、镱离子、镥离子、锗离子、钛离子、铜离子、铁离子或锰离子。
可选的，所述轻质量离子包括氢离子、氦离子、碳离子、氮离子、锂离子、硼离子、氟离子或磷离子。
可选的，所述利用离子注入法和键合分离法，在所述衬底层上形成目标厚度的电光晶体薄膜层，包括：由所述电光晶体基片工艺面向所述电光晶体基片内中进行离子注入，将所述电光晶体基片依次分为电光晶体薄膜层、分离层和余质层，其中，所述离子注入的深度大于所述掺杂的重质量离子或轻质量离子的目标深度；将所述电光晶体基片的离子注入面与衬底层键合，得到键合体；对所述键合体进行热处理，将所述余质层与所述电光晶体薄膜层分离。
可选的，所述制备方法还包括：在衬底层上制备第一隔离层；去除所述掩模后，在形成有所述光波导的电光晶体基片表面制备第二隔离层；利用离子注入法和键合分离法，或者，利用键合法和研磨抛光法，将所述第一隔离层和所述第二隔离层键合，并在在制备有第一隔离层和第二隔离层的衬底层上形成目标厚度的电光晶体薄膜层。
第二方面，本申请还提供一种电光晶体薄膜，包括：电光晶体薄膜层和衬底层；所述电光晶体薄膜层内包括掺杂区域，如果所述掺杂区域内所掺杂离子为重质量离子，则所述掺杂区域形成光波导；如果所述掺杂区域内所掺杂离子为轻质量离子，则所述掺杂区域形成波导包覆层，所述波导包覆层间隙区域为光波导；所述光波导的折射率大于所述波导包覆层的折射率。
可选的，如果所述光波导通过在所述电光晶体薄膜层内掺杂重质量离子形成，则每条所述光波导的中间区域折射率大于所述光波导两端区域折射率。
可选的，，如果所述光波导通过在所述电光晶体薄膜层内掺杂重质量离子形成，则所述光波导完全被包裹在所述电光晶体薄膜层内，或者，所述光波导顶表面与电光晶体薄膜层顶表面在同一水平面上。
可选的，如果所述波导包覆层通过在所述电光晶体薄膜内掺杂轻质量离子形成，则所述波导包覆层完全被包裹在所述电光晶体薄膜层内，或者，所述波导包覆层顶表面与电光晶体薄膜层顶表面在同一水平面上。
可选的，所述电光晶体薄膜层和衬底层之间还包括隔离层。
第三方面，本申请还提供一种电子元器件，包括如第二方面任一所述的电光晶体薄膜。
本申请提供的电光晶体薄膜、制备方法及电子元器件，通过在电光晶体基片中掺杂重质量离子或轻质量离子，形成光波导，而不需要通过对电光晶体基片刻蚀来形成光波导，从而能够保证最后得到的电光晶体薄膜层的完整性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例一提供的一种电光晶体薄膜的制备方法的制备流程图；
图2为本申请实施例二提供的一种电光晶体薄膜的制备方法的制备流程图；
图3为本申请实施例三提供的一种电光晶体薄膜的结构示意图；
图4为本申请实施例三提供的又一种电光晶体薄膜的结构示意图；
图5为本申请实施例三提供的又一种电光晶体薄膜的结构示意图；
图6为本申请实施例三提供的又一种电光晶体薄膜的结构示意图；
图7为本申请实施例三提供的又一种电光晶体薄膜的结构示意图；
图8A为本申请实施例三提供的又一种电光晶体薄膜的结构示意图；
图8B为图8A的立体结构示意图；
图9为本申请实施例四提供的一种电光晶体薄膜的结构示意图；
图10为本申请实施例四提供的又一种电光晶体薄膜的结构示意图；
图11为本申请实施例四提供的又一种电光晶体薄膜的结构示意图；
图12为本申请实施例四提供的又一种电光晶体薄膜的结构示意图；
图13为本申请实施例四提供的又一种电光晶体薄膜的结构示意图；
附图标记说明
110-衬底层，120-电光晶体基片，120A-光波导，120B-波导包覆层，120C1-电光晶体薄膜层，120C2分离层，120C3余质层，130-掩模，140-隔离层，140A-第一隔离层，140B-第二隔离层，150-补偿层。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
实施例一
参见图1，本申请实施例一提供一种电光晶体薄膜的制备方法，包括如下步骤：
步骤101、准备衬底层110和电光晶体基片120。
本申请实施例中的衬底层110可以是单层衬底，也可以是复合衬底，本申请对此不进行限定，其中，复合衬底中的每层衬底的材料可以相同或不同，本申请对此也不进行限定。衬底层110可以选用铌酸锂、钽酸锂、石英、硅、蓝宝石、SOI、金刚石、碳化硅、氮化硅、砷化镓或磷化铟等材料，本申请对此不进行限定。
本申请实施例中的电光晶体基片120是指具有一定厚度、用于制备电光晶体薄膜层的基础材料，电光晶体基片120可以采用铌酸锂、钽酸锂、砷化镓、硅、陶瓷、四硼酸锂、砷化镓、磷酸钛氧钾、磷酸钛氧铷晶体或石英等材料，本申请对此不进行限定。
在一具体例子中，准备尺寸为4英寸，厚度为0.5mm并且晶具有光滑面的硅晶圆作为衬底层110；准备尺寸为4英寸，厚度为0.5mm并且具有光滑面的铌酸锂圆作为电光晶体基片120。
步骤102、在所述电光晶体基片120工艺面制备与光波导120A结构相反的掩模130。
本申请实施例中所述的电光晶体基片120工艺面是指用于制备掩模130的表面，可以是电光晶体基片120中具有光滑的表面。光波导120A是指最终想要制备得到的用于传输光信号的结构。
本申请实施例对在电光晶体基片120工艺面制备掩模130的方法不进行限定，在一优选实施例方式中，利用光刻方法，在电光晶体基片120工艺面制备掩模130，采用光刻方法的优势在于，掩模130的材料为光刻胶，进而在后续步骤中去除所述掩模130后，不会改变电光晶体基片120工艺面的表面粗糙度，其中，去除光刻胶的方法可以采用丙酮溶液溶解光刻胶或其他可行方法，本申请对此不进行限定。
本申请对掩膜130的材料不进行限定，可以是铬、二氧化硅、硅、碳化硅或氮化硅等材料。
在一具体例子中，所述掩模130的图形为包括多个间距为100nm-10μm的条形结构，例如间距为2μm。
步骤103、由所述电光晶体基片120工艺面向所述电光晶体基片120内目标深度掺杂重质量离子，在所述电光晶体基片内形成波导层，其中，所述电光晶体基片中掺杂有所述重质量离子部分形成光波导120A，所述波导层中没有掺杂所述重质量离子部分形成波导包覆层120B，所述光波导120A的折射率大于所述波导包覆层120B的折射率。
根据上述步骤102可知，电光晶体基片120工艺面上包括被所述掩膜130覆盖的部分，以及没有被掩膜130覆盖的部分，因此，经过步骤103处理后，电光晶体基片120内被掺杂重质量离子的部分与没有被掩膜130覆盖的部分相对应，而电光晶体基片120内与掩膜130相对应的部分由于掩膜130的保护不会掺杂有重质量离子。
经过掺杂处理后，在所述电光晶体基片内的目标深度会形成与掩膜相反的掺杂有重质量离子的部分，即光波导，由此可知，光波导一般包括多条间隔的光波导带。对应的，电光晶体基片内除形成的光波导外，其他部分依然保持原有的特性，因此，掺杂有重质量离子的光波导的折射率大于电光晶体基片未掺杂重质量离子部分的折射率，从而光信号可以被限制在折射率大的光波导中传输。由此可知，本申请实施例提供的制备光波导的方法，不需要通过对电光晶体基片120刻蚀来形成光波导，从而能够保证最后得到的电光晶体薄膜层的完整性。
需要说明的是，本申请实施例中所述的波导包覆层是指与光波导在同一水平面上、且没有被掺杂重质量离子的部分，其中，光波导和波导包覆层组成波导层。
本申请对由所述电光晶体基片120工艺面向所述电光晶体基片120内目标深度掺杂重质量离子的方法不进行限定，例如可以采用离子扩散或离子注入的方式实现。
在第一种可行方式中，采用离子扩散的方式，由所述电光晶体基片120工艺面向所述电光晶体基片120内目标深度掺杂重质量离子，包括如下步骤：
步骤103A1、在所述电光晶体基片120工艺面沉积扩散薄膜层，其中，所述扩散薄膜层采用重质量离子制备而成。
首先，需要说明的是，本申请实施例中所述的重质量离子是指能够使电光晶体基片120内掺杂后的折射率大于电光晶体基片120掺杂前的折射率，重质量离子可以是铒离子、铥离子、镱离子、镥离子、锗离子、钛离子、铜离子、铁离子或锰离子等，本申请对此不进行限定。
其次，本申请实施例对在所述电光晶体基片120工艺面沉积扩散薄膜层的方法不进行限定，例如可以采用等离子体增强化学的气相沉积法(PECVD)、物理气相沉积法(PVD)、磁控溅射、蒸发镀膜、离子束溅射、分子束外延、原子层沉积(ALD)等方法，本申请对此不进行限定。
还需要说明的是，本申请实施例对扩散薄膜层的厚度不进行限定，扩散薄膜层的厚度应满足扩散至所述电光晶体基片内目标深度的需求。优选的，扩散薄膜层的厚度刚好能够完全在步骤103A2中完全扩散至所述电光晶体基片内目标深度，而使电光晶体基片120工艺面没有剩余扩散薄膜层。
在一具体例子中，用磁控溅射的方法在光刻后具有掩模的电光晶体基片120工艺面上沉积Ti薄膜，所用靶材为Ti靶材，溅射功率50W，溅射气压20Pa，氩气流量为50sccm，溅射制备的Ti薄膜厚度为300nm。其中，溅射功率、溅射气压和氩气流量，可以根据制备的Ti薄膜厚度调整，例如，溅射功率为10W-1000W，溅射气压为1Pa-1000Pa，氩气流量为10sccm-1000sccm，溅射制备的Ti薄膜厚度为100nm-1000nm。
步骤103A2、对沉积有扩散薄膜层的电光晶体基片进行扩散处理，使所述扩散薄膜层中重质量离子扩散至所述电光晶体基片内目标深度。
应理解，如果扩散薄膜层扩散至电光晶体基片内形成光波导后，仍有剩余的扩散薄膜层保留在电光晶体基片工艺面，则需要进步去除剩余的扩散薄膜层；如果扩散薄膜层刚好完全扩散至电光晶体基片内，形成光波导，则不需要去除剩余的扩散薄膜层的步骤。
还应理解的是，由于掩膜130的保护，只有沉积在电光晶体基片工艺面没有被掩膜130覆盖部分的扩散薄膜层中的重质量离子会扩散至电光晶体基片内对应的区域。
在一具体例子中，将上述步骤103A1中制备得到的Ti薄膜进行扩散处理，使Ti薄膜中的Ti离子扩散至电光晶体基片内，形成光波导，形成的光波导与掩膜130的图案相反。具体的扩散处理方法可以是：在1060℃高温下，湿氩氛围中退火10个小时，氩气通过室温的水冒泡，以1.5×10-3m3/min的速率通入扩散炉中,完成Ti离子扩散至电光晶体基片的工艺，通过控制扩散的温度和时间，可以使得Ti扩散至电光晶体基片的不同深度，几十纳米到几百纳米。
需要说明的是，根据离子扩散机理可知，相邻两个掩膜之间的扩散薄膜层，在采用离子扩散的方式，由所述电光晶体基片120工艺面向所述电光晶体基片120内目标深度掺杂重质量离子时形成的光波导中，每个光波导带一般都为半弧形结构。
还需要说明的是，可以通过调整扩散处理的反应条件，控制扩散后得到的光波导顶表面与电光晶体基片顶表面之间的距离，例如，光波导120A顶表面与电光晶体基片顶表面之间的距离为零，即光波导120A顶表面与电光晶体基片顶表面在同一水平面上(如图3所示)；又例如，光波导120A顶表面与电光晶体基片顶表面不在同一水平面上，即光波导完全被包裹在所述电光晶体基片内(如图4所示)。其中，本申请中电光晶体基片顶表面是指电光晶体基片工艺面，光波导顶表面是指光波导中朝向电光晶体基片工艺面的表面。
在第二种可行方式中，采用离子注入的方式，由所述电光晶体基片120工艺面向所述电光晶体基片120内目标深度掺杂重质量离子，包括如下步骤：
向距离所述电光晶体基片工艺面目标深度注入重质量离子。采用离子注入的方式掺杂可以准确的确定掺杂重质量离子的目标深度、掺杂浓度，以及，光波导的结构。
如果向距离所述电光晶体基片工艺面目标深度注入重质量离子，则所述重质量离子可以包括氧离子、铒离子、铥离子、镱离子、镥离子、锗离子、钛离子、铜离子、铁离子或锰离子等，本申请对此不进行限定。
需要说明的是，本申请实施例是向电光晶体基片工艺面没有被掩膜遮挡的区域注入重质量离子，以在电光晶体基片内目标深度形成与掩膜相反的光波导。
还需要说明的是，可以通过调整注入重质量离子的剂量、能量等参数，控制得到的光波导顶表面与电光晶体基片顶表面之间的距离，例如，光波导120A顶表面与电光晶体基片顶表面之间的距离为零，即光波导120A顶表面与电光晶体基片顶表面在同一水平面上(如图3所示)；又例如，光波导120A顶表面与电光晶体基片顶表面不在同一水平面上，即光波导完全被包裹在所述电光晶体基片内(如图4所示)。其中，本申请中电光晶体基片顶表面是指电光晶体基片工艺面，光波导顶表面是指光波导中朝向电光晶体基片工艺面的表面。
在一具体例子中，用离子注入的方法向电光晶体基片工艺面注入一层氧离子，注入能量为70KeV，注入剂量为1×1016ions/cm2，获得注入深度为约100nm的注入层，并在电光晶体基片内形成厚度约50nm的掺杂层，其中，电光晶体基片采用铌酸锂，注入能量可以为10KeV-1000KeV，注入剂量可以为1×1015ions/cm2-1×1017ions/cm2。
步骤104、去除所述掩模130。
制备得到光波导后，即可去除掩膜130，本申请对去除掩膜的方法不进行限定。例如：如果掩膜采用光刻胶，则可以采用丙酮溶液去除光刻胶。
在一具体例子中，去除掩膜后得到带有光波导的电光晶体基片，其中，光波导包括多条间隔的光波导带，每个光波导带的宽度为2μm，厚度为300nm。
步骤105、对形成有所述光波导的电光晶体基片表面平坦化处理。
对形成有所述光波导的电光晶体基片表面平坦化处理，以保证与衬底层键合的要求。
为了降低直接对光波导的电光晶体基片表面平坦化处理的难度，还可以先在形成有所述光波导的电光晶体基片表面沉积一层隔离层，使隔离层覆盖在所述电光晶体基片表面，然后对隔离层进行表面平坦化处理，其中，隔离层可以采用折射率小于电光晶体基片的材料、且易加工的材料，例如：隔离层可以为氧化硅、氮化硅、氧化铝或氮化硅等材料，本申请对此不进限定。
在一具体例子中，在形成有所述光波导的电光晶体基片表面沉积一层厚度为1μm的二氧化硅，并采用CMP工艺平坦化，抛光二氧化硅厚度至500nm，改善二氧化硅表面粗糙度小于0.5nm，表面平坦度小于1nm。其中，沉积的二氧化硅厚度可以是100nm-5μm，抛光后二氧化硅的厚度可以是50nm-5μm，本申请对此不进行限定。
步骤106、利用离子注入法和键合分离法，或者，利用键合法和研磨抛光法，在所述衬底层上形成目标厚度的电光晶体薄膜层，其中，所述光波导嵌入在所述电光晶体薄膜层中。
首先，需要说明的是，本申请实施例中，可以直接在衬底层上形成目标厚度的电光晶体薄膜层，也可以预先在衬底层上制备一层隔离层后，然后在带有隔离层上的衬底层上形成目标厚度的电光晶体薄膜层。
还需要说明的是，如果在上述步骤105中先在形成有所述光波导的电光晶体基片表面沉积了一层隔离层，则本申请实施例中，为了便于区分，预先在衬底层上制备的隔离层称为第一隔离层140A，在形成有所述光波导的电光晶体基片表面沉积的隔离层称为第二隔离层140B，其中，第一隔离层可以与第二隔离层的材料相同或不同，本申请对此不进行限定，第二隔离层可以为氧化硅、氮化硅、氧化铝或氮化硅等材料。
本申请对形成目标厚度的电光晶体薄膜层的方法不进行限定，例如：可以采用离子注入法和键合法，或者，利用键合法和研磨抛光法。
在第一种可行方式中，可以采用离子注入法和键合法，在所述衬底层上形成目标厚度的电光晶体薄膜层的方法包括如下步骤：
步骤106A、由所述电光晶体基片工艺面向所述电光晶体基片120内中进行离子注入，将所述电光晶体基片120依次分为电光晶体薄膜层120C1、分离层120C2和余质层120C3，其中，所述离子注入的深度大于所述掺杂的重质量离子的目标深度。
本申请实施例对所述离子注入的方式不做特别限定，可以使用现有技术中任意一种离子注入的方式，所注入的离子可以为通过热处理能够生成气体的离子，例如：氢离子或者氦离子。注入氢离子时，注入剂量可以为3×1016ions/cm2～8×1016ions/cm2，注入能量可以为120KeV～400KeV；注入氦离子时，注入剂量可以为1×1016ions/cm2～1×1017ions/cm2，注入能量可以为50KeV～1000KeV。例如，注入氢离子时，注入计量可以为4×1016ions/cm2，注入能量可以为180KeV；注入氦离子时，注入剂量为4×1016ions/cm2，注入能量为200KeV。
本申请实施例中，可以通过调整离子注入深度来调整电光晶体薄膜层120C1的厚度，具体地，离子注入的深度越大，所制备的电光晶体薄膜层120C1的厚度越大；相反，离子注入的深度越小，所制备的电光晶体薄膜层120C1的厚度越小。
步骤106B、将所述电光晶体基片的离子注入面与衬底层110键合，得到键合体。
如果在衬底层110上预先制备有第一隔离层，则步骤106B中，将所述电光晶体基片的离子注入面与衬底层110上的第一隔离层键合；如果步骤105中在形成有所述光波导的电光晶体基片表面沉积了第二隔离层，则步骤106B中，将电光晶体基片上的第二隔离层与衬底层110键合；如果在衬底层110上预先制备有第一隔离层，同时又在步骤105中形成有所述光波导的电光晶体基片表面沉积了第二隔离层，则步骤106B中，将电光晶体基片上的第二隔离层与衬底层110上的第一隔离层键合。其中，将电光晶体基片上的第二隔离层与衬底层110上的第一隔离层键合的方式，第一隔离层和第二隔离层不仅可以避免水汽的产生使电光晶体基片产生气泡缺陷，还可以起到阻挡第一隔离层和第二隔离层之间的水分子中H与电光晶体基片中如Li的质子交换，从而保证了电光晶体基片原有的性能。
本申请对键合的方式不做特别限定，可以采用现有技术中任意一种键合的方式，例如，采用表面活化的方式键合，获得键合体。本申请对表面活化的方式也不进行限定，例如可以采用等离子体活化或化学溶液活化等方法。
还需要说明的是，本申请实施例对步骤106A的离子注入步骤和制备第二隔离层的顺序不进行限定，我可以现在电光晶体基片上制备第二隔离层，然后再向制备有第二隔离层上的电光晶体基片进行离子注入，形成电光晶体薄膜层120C1、分离层120C2和余质层120C3；也可以先在电光晶体基片进行离子注入，形成电光晶体薄膜层120C1、分离层120C2和余质层120C3，然后在注入离子的电光晶体基片上制备第二隔离层。
步骤106C、对所述键合体进行热处理，将所述余质层120C3与所述电光晶体薄膜层120C1分离。
在一具体例子中，对键合体进行热处理，所述热处理的温度可以为100℃～600℃，在热处理过程中，所述分离层内形成气泡，例如，H离子形成氢气，He离子形成氦气等，随着热处理进展，分离层内的气泡连成一片，最后分离层裂开，将余质层与所述电光晶体薄膜层120C1分离，从而使余质层由键合体上剥离下来，在衬底层表面形成一层电光晶体薄膜层120C1，再将电光晶体薄膜层120C1抛光减薄至50-3000nm(例如400nm、500nm、600nm、800nm、1000nm等)，得到具有纳米级厚度的电光晶体薄膜层120C1。
在第二种可行方式中，可以采用键合法和研磨抛光法，在所述衬底层上形成目标厚度的电光晶体薄膜层的方法包括如下步骤：首先，将带有光波导的电光晶体基片工艺面与衬底层键合，得到键合体，其中，光波导的电光晶体基片工艺面与衬底层的键合的方式可以参照上述第一种可行方式的描述，此处不再赘述。然后，将键合体进行热处理，以提升电光晶体基片与衬底层的键合力。例如，将键合体放入加热设备内在高温下进行保温，保温工艺在真空环境下或在氮气及惰性气体中至少一种气体形成的保护气氛下进行，保温温度可以是100℃～600℃，例如保温时间为400℃，保温时间可以是1分钟～48小时，例如，保温时间为3小时。最后，对键合体上的电光晶体基片机械研磨和抛光，将电光晶体基片减薄至目标电光晶体薄膜层120C1厚度。例如，目标电光晶体薄膜层120C1厚度为20μm，则可以先采用机械研磨的方式将键合体上的电光晶体基片薄至22μm，然后继续抛光至20μm，得到电光晶体薄膜层120C1。其中，电光晶体薄膜层120C1的厚度可以为400nm-100μm。
进一步的，还可以在衬底层110中远离电光晶体薄膜层的一面制备补偿层，补偿层可以用于改善电光晶体薄膜层翘曲问题，本申请对补偿层的结构及材料不进行限定，例如，如果电光晶体薄膜层和衬底层之间制备有第一隔离层，则补偿层的结构可以与第一隔离层的结构相同，补偿层可以采用与第一隔离层相同的材料。
实施例二
实施例二与上述实施例一基本相同，不同之处在于，本申请实施例二向由电光晶体基片工艺面向所述电光晶体基片内目标深度掺杂的离子为轻质量离子，以下对本申请实施例二提供的制备方法进行描述。
参见图2，本申请实施例二提供一种电光晶体薄膜的制备方法，包括如下步骤：
步骤201、准备衬底层110和电光晶体基片120。
步骤202、在所述电光晶体基片120工艺面制备与光波导120A结构相同的掩模130。
步骤203、由所述电光晶体基片工艺面向所述电光晶体基片内目标深度掺杂轻质量离子，在所述电光晶体基片内形成波导层，其中，所述波导层中没有掺杂所述轻质量离子部分形成光波导120A，所述波导层中掺杂所述轻质量离子部分形成波导包覆层120B，所述光波导的折射率大于所述波导包覆层的折射率。
根据上述步骤202可知，电光晶体基片120工艺面上包括被所述掩膜130覆盖的部分，以及没有被掩膜130覆盖的部分，因此，经过步骤203处理后，电光晶体基片120内被掺杂轻质量离子的部分与没有被掩膜130覆盖的部分相对应，而电光晶体基片120内与掩膜130相对应的部分由于掩膜130的保护不会掺杂有轻质量离子。
经过掺杂处理后，在所述电光晶体基片内的目标深度会形成与掩膜相反的掺杂有轻质量离子的部分，即波导包覆层120B。对应的，电光晶体基片内除形成的波导包覆层120B外，其他部分依然保持原有的特性，其中，与波导包覆层120B在同一水平面上、且没有被掺杂轻质量离子的部分形成光波导，因此，掺杂有轻质量离子的波导包覆层120B的折射率小于电光晶体基片未掺杂轻质量离子的光波导的折射率，从而光信号可以被限制在折射率大的光波导中传输。由此可知，本申请实施例提供的制备光波导的方法，不需要通过对电光晶体基片120刻蚀来形成光波导，从而能够保证最后得到的电光晶体薄膜层的完整性。
本申请对由所述电光晶体基片120工艺面向所述电光晶体基片120内目标深度掺杂轻质质量离子的方法不进行限定，例如可以采用离子扩散或离子注入的方式实现，具体可以参见上述实施例一的描述，此处不再赘述。
本申请实施例中所述的轻质量离子是指能够使电光晶体基片120内掺杂后的折射率小于电光晶体基片120掺杂前的折射率，本申请实施例二中对掺杂的轻质量离子不进行限定，可以是氢离子、氦离子、碳离子、氮离子、锂离子、硼离子、氟离子或磷离子等。
步骤204、去除所述掩模130。
步骤205、对形成有所述光波导的电光晶体基片表面平坦化处理。
步骤206、利用离子注入法和键合分离法，或者，利用键合法和研磨抛光法，在所述衬底层上形成目标厚度的电光晶体薄膜层，其中，所述光波导嵌入在所述电光晶体薄膜层中。
实施例二中上述步骤可以对应参见实施例一中描述，此处不再赘述。
实施例三
参见图3，本申请实施例三提供一种电光晶体薄膜，可以采用上述实施例一提供在制备方法制备得到，制备得到的电光晶体薄膜，包括电光晶体薄膜层120C1和衬底层110，所述电光晶体薄膜层120C1内包括掺杂区域，其中，所述掺杂区域内所掺杂离子为重质量离子，所述掺杂区域形成光波导120A，所述光波导间隙区域为波导包覆层120B，光波导120A的折射率大于电光晶体薄膜层120C1中没有掺杂区域的折射率。
本申请对光波导120A顶表面与电光晶体薄膜层120C1顶表面之间的距离不进行限定。例如，光波导120A顶表面与电光晶体薄膜层120C1顶表面之间的距离为零，即光波导120A顶表面与电光晶体薄膜层120C1顶表面在同一水平面上(如图3所示)；又例如，光波导120A顶表面与电光晶体薄膜层120C1顶表面不在同一水平面上，即光波导完全被包裹在所述电光晶体薄膜层内(如图4所示)。其中，本申请中电光晶体薄膜层顶表面是指电光晶体薄膜层中朝向衬底层的表面，即电光晶体基片工艺面，光波导顶表面是指光波导中朝向衬底层的表面。
本申请实施例三提供电光晶体薄膜，如图5所示，还可以包括隔离层140，其中隔离层可以起到防止光信号向衬底层泄露。
进一步的，如图6所示，隔离层140可以由第一隔离层140A和第二隔离层140B键合而成，本申请对此不进行限定，
进一步地，本申请实施例三提供电光晶体薄膜，如图7所示，还可以包括补偿层150，补偿层150层叠于衬底层110中远离电光晶体薄膜层120C1的一面，补偿层150可以用于改善电光晶体薄膜层翘曲问题，本申请对补偿层的结构及材料不进行限定，例如，如果电光晶体薄膜层和衬底层之间制备有第一隔离层，则补偿层的结构可以与第一隔离层的结构相同，补偿层可以采用与第一隔离层相同的材料。
还需要说明的是，如果光波导120A通过离子扩散的方式形成，则制备得到的光波导如图8A和图8B所示，为半弧形结构；如果光波导120A通过离子注入的方式形成，则每条所述光波导的中间区域折射率大于所述光波导两端区域折射率，也就是说，折射率最大区域集中在每条光波导的中心区域，从而光场限制效果好，能够极大提升调制效果。其中，光波导两端区域是指光波导在垂直于电光晶体薄膜层方向上两端的区域。
本申请实施例三中，电光晶体薄膜层120C1、衬底层110、重质量离子、第一隔离层以及第一隔离层的材料和尺寸可以参见实施例一的描述，此处不再赘述。
实施例四
参见图9，本申请实施例四提供一种电光晶体薄膜，可以采用上述实施例二提供在制备方法制备得到，制备得到的电光晶体薄膜，包括电光晶体薄膜层120C1和衬底层110；所述电光晶体薄膜层120C1内包括掺杂区域，所述掺杂区域内所掺杂离子为轻质量离子，所述掺杂区域形成波导包覆层120B，所述波导包覆层120B间隙区域为光波导120A；所述光波导120A的折射率大于所述波导包覆层120B的折射率。
本申请对波导包覆层120B顶表面与电光晶体薄膜层120C1顶表面之间的距离不进行限定。例如，波导包覆层120B顶表面与电光晶体薄膜层120C1顶表面之间的距离为零，即波导包覆层120B顶表面与电光晶体薄膜层120C1顶表面在同一水平面上(如图9所示)；又例如，波导包覆层120B顶表面与电光晶体薄膜层120C1顶表面不在同一水平面上，即波导包覆层120B完全被包裹在所述电光晶体薄膜层内(如图10所示)。其中，本申请中电光晶体薄膜层顶表面是指电光晶体薄膜层中朝向衬底层的表面，即电光晶体基片工艺面，波导包覆层顶表面是指波导包覆层中朝向衬底层的表面。
本申请实施例四提供电光晶体薄膜，如图11所示，还可以包括隔离层140，其中隔离层可以起到防止光信号向衬底层泄露。
进一步的，如图12所示，隔离层140可以由第一隔离层140A和第二隔离层140B键合而成，本申请对此不进行限定，
进一步地，本申请实施例四提供电光晶体薄膜，如图13所示，还可以包括补偿层150，补偿层150层叠于衬底层110中远离电光晶体薄膜层120C1的一面，补偿层150可以用于改善电光晶体薄膜层翘曲问题，本申请对补偿层的结构及材料不进行限定，例如，如果电光晶体薄膜层和衬底层之间制备有第一隔离层，则补偿层的结构可以与第一隔离层的结构相同，补偿层可以采用与第一隔离层相同的材料。
还需要说明的是，如果波导包覆层120B通过离子扩散的方式形成，则制备得到的波导包覆层120B为半弧形结构；如果波导包覆层120B通过离子注入的方式形成，则每条波导包覆层的中间区域折射率小于所述光波导两端区域折射率。
本申请实施例四中，电光晶体薄膜层120C1、衬底层110、轻质量离子、第一隔离层以及第一隔离层的材料和尺寸可以参见实施例一和实施例二的描述，此处不再赘述。
实施例五
本申请实施例五提供一种电子元器件，包括上述实施例三或实施例四任一所述的电光晶体薄膜，其中，电子元器件可以是用于传输光信号的元器件，如光调制器，本申请对此不进行限定。
采用包括本申请施例三或实施例四任一所述的电光晶体薄膜制备的电子元器件，由于电光晶体薄膜中的光波导的制备过程中没有对电光晶体薄膜层刻蚀掉步骤，因此，电光晶体薄膜层不会被损伤，可以保存原有的性能，从而对应用的电子器件的使用性能没有任何影响。
本说明书中各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，尤其是电光晶体薄膜对应的实施例部分可以参见电光晶体薄膜制备方法部分。
在本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的描述的一些流程中，包含了按照特定顺序出现的多个操作，但是应该清楚了解，这些操作可以不按照其在本文中出现的顺序来执行或并行执行，操作的序号如101、102等，仅仅是用于区分开各个不同的操作，序号本身不代表任何的执行顺序。另外，这些流程可以包括更多或更少的操作，并且这些操作可以按顺序执行或并行执行。
此外，本申请可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。
还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含。
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 (13)

1.一种电光晶体薄膜的制备方法，其特征在于，包括：
准备衬底层和电光晶体基片；
在所述电光晶体基片工艺面制备掩模；
如果所述掩模与光波导结构相反，则由所述电光晶体基片工艺面向所述电光晶体基片内目标深度掺杂重质量离子，在所述电光晶体基片内形成波导层，其中，所述电光晶体基片中掺杂有所述重质量离子部分形成光波导，所述波导层中没有掺杂所述重质量离子部分形成波导包覆层，所述光波导的折射率大于所述波导包覆层的折射率；如果所述掩模与光波导结构相同，则由所述电光晶体基片工艺面向所述电光晶体基片内目标深度掺杂轻质量离子，在所述电光晶体基片内形成波导层，其中，所述波导层中没有掺杂所述轻质量离子部分形成光波导，所述波导层中掺杂所述轻质量离子部分形成波导包覆层，所述光波导的折射率大于所述波导包覆层的折射率；其中，所述重质量离子是指能够使所述电光晶体基片内掺杂后的折射率大于所述电光晶体基片掺杂前的折射率的离子，所述轻质量离子是指能够使所述电光晶体基片内掺杂后的折射率小于所述电光晶体基片掺杂前的折射率的离子；
去除所述掩模；
对形成有所述光波导的电光晶体基片表面平坦化处理；
利用离子注入法和键合分离法，或者，利用键合法和研磨抛光法，在所述衬底层上形成目标厚度的电光晶体薄膜层，其中，所述光波导嵌入在所述电光晶体薄膜层中。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述由所述电光晶体基片工艺面向所述电光晶体基片内目标深度掺杂重质量离子，包括：在所述电光晶体基片工艺面沉积扩散薄膜层，其中，所述扩散薄膜层采用重质量离子制备而成；对沉积有扩散薄膜层的电光晶体基片进行扩散处理，使所述扩散薄膜层中重质量离子扩散至所述电光晶体基片内目标深度；或者，向距离所述电光晶体基片工艺面目标深度注入重质量离子。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述由所述电光晶体基片工艺面向所述电光晶体基片内目标深度掺杂轻质量离子，包括：在所述电光晶体基片工艺面沉积扩散薄膜层，其中，所述扩散薄膜层采用轻质量离子制备而成；对沉积有扩散薄膜层的电光晶体基片进行扩散处理，使所述扩散薄膜层中轻质量离子扩散至所述电光晶体基片内目标深度；或者，向距离所述电光晶体基片工艺面目标深度注入轻质量离子。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，如果在所述电光晶体基片工艺面沉积扩散薄膜层，则所述扩散薄膜层采用的重质量离子包括铒离子、铥离子、镱离子、镥离子、锗离子、钛离子、铜离子、铁离子或锰离子；如果向距离所述电光晶体基片工艺面目标深度注入重质量离子，则所述重质量离子包括氧离子、铒离子、铥离子、镱离子、镥离子、锗离子、钛离子、铜离子、铁离子或锰离子。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述轻质量离子包括氢离子、氦离子、碳离子、氮离子、锂离子、硼离子、氟离子或磷离子。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述利用离子注入法和键合分离法，在所述衬底层上形成目标厚度的电光晶体薄膜层，包括：
由所述电光晶体基片工艺面向所述电光晶体基片内中进行离子注入，将所述电光晶体基片依次分为电光晶体薄膜层、分离层和余质层，其中，所述离子注入的深度大于所述掺杂的重质量离子或轻质量离子的目标深度；
将所述电光晶体基片的离子注入面与衬底层键合，得到键合体；
对所述键合体进行热处理，将所述余质层与所述电光晶体薄膜层分离。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括：在衬底层上制备第一隔离层；
去除所述掩模后，在形成有所述光波导的电光晶体基片表面制备第二隔离层；
利用离子注入法和键合分离法，或者，利用键合法和研磨抛光法，将所述第一隔离层和所述第二隔离层键合，并在在制备有第一隔离层和第二隔离层的衬底层上形成目标厚度的电光晶体薄膜层。
8.一种电光晶体薄膜，其特征在于，包括：电光晶体薄膜层和衬底层；
所述电光晶体薄膜层内包括掺杂区域，如果所述掺杂区域内所掺杂离子为重质量离子，则所述掺杂区域形成光波导，所述光波导间隙区域为波导包覆层；如果所述掺杂区域内所掺杂离子为轻质量离子，则所述掺杂区域形成波导包覆层，所述波导包覆层间隙区域为光波导；其中，所述重质量离子是指能够使所述电光晶体薄膜层内掺杂后的折射率大于所述电光晶体薄膜层掺杂前的折射率的离子，所述轻质量离子是指能够使所述电光晶体薄膜层内掺杂后的折射率小于所述电光晶体薄膜层掺杂前的折射率的离子；
所述光波导的折射率大于所述波导包覆层的折射率。
9.根据权利要求8所述的电光晶体薄膜，其特征在于，如果所述光波导通过在所述电光晶体薄膜层内掺杂重质量离子形成，则每条所述光波导的中间区域折射率大于所述光波导两端区域折射率。
10.根据权利要求8所述的电光晶体薄膜，其特征在于，如果所述光波导通过在所述电光晶体薄膜层内掺杂重质量离子形成，则所述光波导完全被包裹在所述电光晶体薄膜层内，或者，所述光波导顶表面与电光晶体薄膜层顶表面在同一水平面上。
11.根据权利要求8所述的电光晶体薄膜，其特征在于，如果所述波导包覆层通过在所述电光晶体薄膜内掺杂轻质量离子形成，则所述波导包覆层完全被包裹在所述电光晶体薄膜层内，或者，所述波导包覆层顶表面与电光晶体薄膜层顶表面在同一水平面上。
12.根据权利要求8所述的电光晶体薄膜，其特征在于，所述电光晶体薄膜层和衬底层之间还包括隔离层。
13.一种电子元器件，其特征在于，包括如权利要求8-12任一所述的电光晶体薄膜。
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