標準晶圓製程下之微共振腔整合設計

矽光子晶片結合半導體製程技術已被廣泛應用於高速計算，高頻通訊以及晶片實驗(lab-on-chip)感測上。而其中晶載波導是不可或缺的關鍵角色，利用現今成熟的金氧半導體(CMOS)製程，我們可以應用各種介電材料製作波導晶片，並達到小尺寸、低成本、快速大量生產、高良率的特性，以及可和現今人們生活上常使用的電子設備，如手機、手錶、攜帶型設備做結合，成功將過去只能在實驗室實現的技術傳遞到生活週邊而實際使用。而在許多晶載元件上，以光波導所結合而成的波導微共振腔是作為高頻通訊之調變器、光通道開關、濾波器、感測器以及雷射過濾器重要的元件。過去利用熱或光電效應，可以通過雷射在共振腔及波導上產生的建設性或破壞性干涉控制光學訊號。此項技術近年來也從一般線性光學如通訊、感測等，擴展到非線性及量子光學領域。然而在此應用上，高品質的共振腔必須經過許多複雜或昂貴的製程才能得到。例如通常需要透過電子束顯影，或者必須利用額外的蝕刻降低因為高應力沉積介電材料所產生的缺陷。本計畫將以矽光子晶片及半導體製程技術為基礎，建立更有彈性的製程方式以減少製程的困難度，同時達到高素質共振腔的要求。計畫的第一期將注重於利用紫外光(I-line 365 nm) 步進機做為曝光及圖案化波導之光源，有別於昂貴，耗時的電子束顯影以及傳統汞燈曝光機較差的解析度，步進機提供了高效率的製程步驟以及降低製程成本。除此之外我們更提出二種搭配的製程整合以降低以用步進機時的缺點並充分利用其解析度。配合優先蝕刻光纖凹槽 (groove-first) 的方式，預期可以降低過去製作光纖凹槽時的蝕刻複雜度，並和前端製程及光罩做結合，降低其成本。同時減少高應力沉積所造成的波導缺陷。除此之外，也可以用在結構晶片上凹槽邊緣之蝕刻效應自然產生漸進式波導以增加光纖-晶片波導耦合能量。此奈米結構之邊緣大小控制於光阻厚度及蝕刻方式，甚可突破步進機之曝光極限。計畫的第二期將引入奈米漸進波導，利用步進機可實現之300~400 nm 單邊漸進波導增加共振腔和波導之耦合程度。以補償因為步進機曝光極限所造成的有限孔隙以致低效率之能量耦合。最後將此製程同時整合至三五族氮化鎵半導體以利未來之異質整合應用。