超低损耗硅波导及其制备方法
阅读说明：本技术 超低损耗硅波导及其制备方法 (Ultra-low loss silicon waveguide and preparation method thereof ) 是由 文花顺 许博蕊 孙甲政 翟鲲鹏 陈伟 祝宁华 李明 于 2021-08-31 设计创作，主要内容包括：本公开提供了一种超低损耗硅波导及其的制备方法,制备方法包括以下几个步骤：挑选作为衬底的SOI晶圆；热氧化第一硅层的上部；刻蚀第二二氧化硅层；沉积二氧化硅,形成第三二氧化硅层；在第三二氧化硅层上方注入氧离子,形成富氧离子层；刻蚀除去第二二氧化硅层与第三二氧化硅层；在第一硅层的上方沉积二氧化硅,形成第四二氧化硅层；高温退火,使得富氧离子层反应形成第五二氧化硅层；刻蚀除去第四二氧化硅层,制得成品,成品中第五二氧化硅层下方的第一硅层即为波导层,而第三凸起部下方的第一硅层即为硅波导。本公开将波导图案转移至埋层,避免了常规制备硅波导方案中刻蚀所带来的侧壁粗糙度高的问题,所制备的硅波导具有超低损耗的优点。(The invention provides an ultra-low loss silicon waveguide and a preparation method thereof, wherein the preparation method comprises the following steps: selecting an SOI wafer as a substrate; thermally oxidizing an upper portion of the first silicon layer; etching the second silicon dioxide layer; depositing silicon dioxide to form a third silicon dioxide layer; injecting oxygen ions above the third silicon dioxide layer to form an oxygen-rich ion layer; etching to remove the second silicon dioxide layer and the third silicon dioxide layer; depositing silicon dioxide above the first silicon layer to form a fourth silicon dioxide layer; annealing at high temperature to enable the oxygen-enriched ion layer to react to form a fifth silicon dioxide layer; and etching to remove the fourth silicon dioxide layer to obtain a finished product, wherein the first silicon layer below the fifth silicon dioxide layer in the finished product is the waveguide layer, and the first silicon layer below the third bulge is the silicon waveguide. According to the method, the waveguide pattern is transferred to the buried layer, the problem of high side wall roughness caused by etching in the conventional silicon waveguide preparation scheme is solved, and the prepared silicon waveguide has the advantage of ultralow loss.)
技术领域
本公开涉及光电子芯片及集成领域，具体涉及一种超低损耗硅波导及其制备方法。
背景技术
光电子芯片及集成技术具有低功耗、高速率、高可靠、小体积等突出优势，这些优势是突破信息网络所面临的速率带宽、能耗体积、智能化与可重构等方面瓶颈的核心关键技术，在光通信、传感、计算、生物、医药、农业等领域也有着广泛的应用。
制备光电子集成芯片的载体包括硅基、磷化铟、铌酸锂、氮化硅、二氧化硅、聚合物等材料，其中，硅基具有尺寸小、能耗低、CMOS工艺兼容以及便于与现有的电子器件和光子器件实现单片、微纳集成等优点，是制备光电子集成芯片最常用的材料。利用硅基实现光的产生、调制、传输、操控以及探测等功能的硅光子学，已被公认为突破计算机和通信超大容量、超高速信息传输和处理瓶颈的理想技术之一，硅光子学受到研究者的高度关注，成为近年光电子研究领域的热点。
硅基光波导是引导光波在其中传播的介质，是光电子芯片及集成技术中最基础的单元结构，主要作用包括限制、传输、耦合光波等。光波导的种类包括矩形波导、脊形波导，制备这两种波导都需要采用刻蚀工艺，刻蚀形成的波导侧壁粗糙，波导的传输损耗与波导外表面(包括侧壁和上表面)粗糙度有着密切关系，粗糙度越大，光的散射越严重，光在波导内部的传输损耗就越大，从而限制了大规模光电子芯片集成。
发明内容
针对现有技术存在的上述缺陷，提供了一种超低损耗硅波导及其制备方法，其将波导图案转移至埋层，避免了常规制备硅波导方案中刻蚀所带来的侧壁粗糙度高的问题，所制备的硅波导具有超低损耗的优点。同时，利用该方案制备的硅波导可以与顶层硅进行垂直集成，具有3D光子集成的优点。
一种超低损耗硅波导的制备方法，包括以下几个步骤：
S1挑选作为衬底的SOI晶圆，所述SOI晶圆包括由上至下依次设置的第一硅层、第一二氧化硅层和第二硅层，第一硅层和第二硅层的组成材料为硅，第一二氧化硅层的组成材料为二氧化硅；
S2热氧化第一硅层的上部，形成第二二氧化硅层；
S3刻蚀第二二氧化硅层，使得第二二氧化硅层被刻蚀区域形成第一凹陷部，其余区域为第一凸起部；
S4在第一凹陷部与第一凸起部上方沉积相同厚度的二氧化硅，形成第三二氧化硅层；
S5在第三二氧化硅层上方注入氧离子，使得第一硅层内形成富氧离子层，富氧离子层将第一硅层的下部分隔为上下两层，所述富氧离子层对应所述第一凸起部形成第二凸起部，且对应所述第一凹陷部形成第二凹陷部；
S6使用刻蚀工艺除去第二二氧化硅层与第三二氧化硅层；
S7在第一硅层的上方沉积二氧化硅，形成第四二氧化硅层；
S8高温退火，使得富氧离子层中的氧离子与硅原子反应形成第五二氧化硅层，所述第二凸起部转换形成第三凸起部，所述第二凹陷部转换形成第三凹陷部；
S9使用刻蚀工艺除去第四二氧化硅层，制得成品，成品中第五二氧化硅层下方的第一硅层即为波导层，而第三凸起部下方的第一硅层即为硅波导。
可选地，所述步骤S1中第一硅层的厚度为600nm；所述步骤S2中第二二氧化硅层的厚度为100nm。
可选地，所述步骤S3中刻蚀第二二氧化硅层直至第二二氧化硅层下方的第一硅层露出，停止刻蚀操作；和/或，所述步骤S3中刻蚀方法选用等离子刻蚀或反应离子刻蚀的干法刻蚀或者湿法刻蚀。
可选地，所述步骤S4中第三二氧化硅层的厚度为50nm；和/或，所述步骤S4中沉淀方法选用等离子体增强化学(PECVD)的气相沉积。
可选地，所述步骤S5中，氧离子注入的剂量范围为每平方厘米2×1017～7×1017个。
可选地，所述步骤S5中，离子注入能量范围为150-200KeV。
可选地，所述步骤S5中，每注入氧离子总剂量的四分之一剂量，将晶圆绕晶圆圆心向同一方向旋转90°。
可选地，所述步骤S7中，第四二氧化硅层的厚度为350nm；和/或，所述步骤S7中沉积方法选用感应耦合等离子体增强化学气相沉积。
可选地，所述步骤S8中，退火温度为1300～1350℃，退火时间为5～8小时。
一种采用上述制备方法制得的超低损耗硅波导，其特征在于：包括由上至下依次设置的第一硅层、第五二氧化硅层、波导层、第一二氧化硅层和第二硅层；所述第五二氧化硅层的中部向上方凸起，第五二氧化硅层凸起下方的波导层为硅波导。
本发明中所公开的一种超低损耗硅波导的制备方法，通过氧离子注入与高温退火，将波导图案转移至埋层，避免了常规制备硅波导方案中刻蚀所带来的侧壁粗糙度高的问题，所制备的硅波导具有超低损耗的优点。同时，利用该方案制备的硅波导可以与顶层硅进行垂直集成，具有3D光子集成的优点。
附图说明
图1示意性示出了根据本公开实施例的一种超低损耗硅波导的制备方法的流程图；
图2示意性示出了根据本公开实施例的不同厚度的第三二氧化硅层条件下富氧离子层中氧离子浓度随注入深度的分布图；
图3示意性示出了根据本公开实施例的一种超低损耗硅波导的结构示意图；
图中，第一硅层-1、第一二氧化硅层-2、第二硅层-3、第二二氧化硅层-4、第一凸起部-5、第三二氧化硅层-6、富氧离子层-7、第四二氧化硅层-8、第五二氧化硅层-9、硅波导-10、波导层-11。
具体实施方式
以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本公开实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。
在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。
实施例1
本公开的实施例提供一种超低损耗硅波导及其制备方法。
图1示意性示出了根据本公开实施例的一种超低损耗硅波导的制备方法的流程图；
一种超低损耗硅波导的制备方法，包括以下几个步骤：
S1挑选作为衬底的SOI晶圆，所述SOI晶圆包括由上至下依次设置的第一硅层1、第一二氧化硅层2和第二硅层3，第一硅层1和第二硅层3的组成材料为硅，第一二氧化硅层2的组成材料为二氧化硅；
S2热氧化第一硅层1的上部，形成第二二氧化硅层4；
S3刻蚀第二二氧化硅层4，使得第二二氧化硅层4被刻蚀区域形成第一凹陷部，其余区域为第一凸起部5；
S4在第一凹陷部与第一凸起部5上方沉积相同厚度的二氧化硅，形成第三二氧化硅层6；
S5在第三二氧化硅层6上方注入氧离子，使得第一硅层1内形成富氧离子层7，富氧离子层7将第一硅层1的下部分隔为上下两层，所述富氧离子层7包括第二凸起部和第二凹陷部，第一凸起部5下方对应为第二凸起部，第一凹陷部下方对应为第二凹陷部；
S6使用刻蚀工艺除去第二二氧化硅层4与第三二氧化硅层6；
S7在第一硅层1的上方沉积二氧化硅，形成第四二氧化硅层8；
S8高温退火，使得富氧离子层7里的氧离子与硅原子进行反应，反应后的富氧离子层7为第五二氧化硅层9，第二凸起部转换为第三凸起部，第二凹陷部转换为第三凹陷部；
S9使用刻蚀工艺除去第四二氧化硅层8，制得成品，成品中第五二氧化硅层9下方的第一硅层1即为波导层11，而第三凸起部下方的第一硅层1即为硅波导10。
进一步地，所述步骤S1中第一硅层1的厚度为600nm。
选择600nm厚度的第一硅层1，在形成埋层硅波导10的同时，可以剩余足够厚度的剩余第一硅层1用于制备其它光电子器件，从而实现3D光子集成。
进一步地，所述步骤S2中第二二氧化硅层4的厚度为100nm。
进一步地，所述步骤S2中刻蚀第二二氧化硅层4直至第二二氧化硅层4下方的第一硅层1露出，停止刻蚀操作。
进一步地，所述刻蚀方法选用等离子刻蚀或反应离子刻蚀的干法刻蚀或者湿法刻蚀。
一般来说，第二二氧化硅层4的厚度即为硅波导10的脊形高度，即第二凸起部的厚度即为硅波导10的脊形高度，这样的设计，可以根据需要制作不同厚度的硅波导10。
进一步地，所述步骤S4中第三二氧化硅层6的厚度为50nm。
进一步地，所述沉淀方法选用等离子体增强化学的气相沉积。
进一步地，所述步骤S5中，氧离子注入的剂量范围为每平方厘米2×1017个。
进一步地，所述步骤S5中，离子注入能量为150KeV。
进一步地，所述步骤S5中，每注入氧离子总剂量的四分之一剂量，将晶圆绕晶圆圆心向同一方向旋转90°。
图2示意性示出了根据本公开实施例的厚度分别为0nm、50nm、100nm和150nm的第三二氧化硅层条件下富氧离子层中氧离子浓度随注入深度的分布图；
由于第二二氧化硅层4被刻蚀后形成的第一凹陷部和第一凸起部5的厚度不一，其与第三二氧化硅层6结合后形成的二氧化硅阻挡层各区域厚度也不一致。二氧化硅阻挡层会降低氧离子注入速度，从而影响氧离子注入深度，二氧化硅阻挡层越厚的区域，氧离子注入深度越浅，这使得处于第一凸起部5正下方的富氧离子层7比第一凹陷部下方的富氧离子层7浅。
进一步地，所述步骤S6中，刻蚀方法选用等离子刻蚀。
进一步地，所述步骤S7中，第四二氧化硅层8的厚度为350nm，所述沉积方法选用感应耦合等离子体增强化学气相沉积。
第四二氧化硅层8的设置防止第一硅层1在后续高温退火过程中被氧化。
进一步地，所述步骤S8中，退火温度为1300℃，退火时间为5小时。
硅的熔点为1410℃，二氧化硅的熔点为1723℃，将退火温度设定为1300℃，使得硅与二氧化硅介于固体与液体的状态，使得硅波导10与第五二氧化硅层9的界面光滑，从而降低硅波导10的损耗；优选地，退火时间为5小时；退火过程中，氧离子与硅原子发生反应缓慢，包括二氧化硅沉淀物成核、生长、合并以及最后形成均匀一致的第五二氧化硅层9，退火时间太短，不能形成均匀的第五二氧化硅层9，退火时间为5小时是形成均匀的第五二氧化硅层9的最佳时间。
由于处于第一凸起部5正下方的氧离子注入深度比其他区域的浅，第一凸起部5正下方的第五二氧化硅层9向上凸起，从而形成硅波导10。
由于退火温度高、退火时间长，硅与二氧化硅介于固体与液体的状态，其粘性降低，其原子与分子几乎处于流动状态，从而形成非常光滑的硅与二氧化硅界面，避免了常规制备方法中刻蚀所带来的侧壁粗糙的问题，从而硅波导10具有超低损耗特性；第一硅层1中由于离子注入带来的损伤在高温退火中被修复，可以用来制备其他的光电子器件，从而与所形成的超低损耗硅波导10进行垂直集成，实现3D集成，适应未来大规模光电子集成。
图3示意性示出了根据本公开实施例的一种超低损耗硅波导的结构示意图。
一种采用上述制备方法制得的超低损耗硅波导，其特征在于：包括由上至下依次设置的第一硅层1、第五二氧化硅层9、波导层11、第一二氧化硅层2和第二硅层3；所述第五二氧化硅层9的中部向上方凸起，第五二氧化硅层9凸起下方的波导层11为硅波导10。
实施例2
本公开的实施例提供一种超低损耗硅波导及其制备方法。
图1示意性示出了根据本公开实施例的一种超低损耗硅波导的制备方法的流程图；
一种超低损耗硅波导的制备方法，包括以下几个步骤：
S1挑选作为衬底的SOI晶圆，所述SOI晶圆包括由上至下依次设置的第一硅层1、第一二氧化硅层2和第二硅层3，第一硅层1和第二硅层3的组成材料为硅，第一二氧化硅层2的组成材料为二氧化硅；
S2热氧化第一硅层1的上部，形成第二二氧化硅层4；
S3刻蚀第二二氧化硅层4，使得第二二氧化硅层4被刻蚀区域形成第一凹陷部，其余区域为第一凸起部5；
S4在第一凹陷部与第一凸起部5上方沉积相同厚度的二氧化硅，形成第三二氧化硅层6；
S5在第三二氧化硅层6上方注入氧离子，使得第一硅层1内形成富氧离子层7，富氧离子层7将第一硅层1的下部分隔为上下两层，所述富氧离子层7包括第二凸起部和第二凹陷部，第一凸起部5下方对应为第二凸起部，第一凹陷部下方对应为第二凹陷部；
S6使用刻蚀工艺除去第二二氧化硅层4与第三二氧化硅层6；
S7在第一硅层1的上方沉积二氧化硅，形成第四二氧化硅层8；
S8高温退火，使得富氧离子层7里的氧离子与硅原子进行反应，反应后的富氧离子层7为第五二氧化硅层9，第二凸起部转换为第三凸起部，第二凹陷部转换为第三凹陷部；
S9使用刻蚀工艺除去第四二氧化硅层8，制得成品，成品中第五二氧化硅层9下方的第一硅层1即为波导层11，而第三凸起部下方的第一硅层1即为硅波导10。
进一步地，所述步骤S1中第一硅层1的厚度为600nm。
选择600nm厚度的第一硅层1，在形成埋层硅波导10的同时，可以剩余足够厚度的剩余第一硅层1用于制备其它光电子器件，从而实现3D光子集成。
进一步地，所述步骤S2中第二二氧化硅层4的厚度为100nm。
进一步地，所述步骤S2中刻蚀第二二氧化硅层4直至第二二氧化硅层4下方的第一硅层1露出，停止刻蚀操作。
进一步地，所述刻蚀方法选用等离子刻蚀或反应离子刻蚀的干法刻蚀或者湿法刻蚀。
一般来说，第二二氧化硅层4的厚度即为硅波导10的脊形高度，即第二凸起部的厚度即为硅波导10的脊形高度，这样的设计，可以根据需要制作不同厚度的硅波导10。
进一步地，所述步骤S4中第三二氧化硅层6的厚度为50nm。
进一步地，所述沉淀方法选用等离子体增强化学的气相沉积。
进一步地，所述步骤S5中，氧离子注入的剂量范围为每平方厘米7×1017个。
进一步地，所述步骤S5中，离子注入能量范围为200KeV。
进一步地，所述步骤S5中，每注入氧离子总剂量的四分之一剂量，将晶圆绕晶圆圆心向同一方向旋转90°。
图2示意性示出了根据本公开实施例的厚度分别为0nm、50nm、100nm和150nm的第三二氧化硅层条件下富氧离子层中氧离子浓度随注入深度的分布图；
由于第二二氧化硅层4被刻蚀后形成的第一凹陷部和第一凸起部5的厚度不一，其与第三二氧化硅层6结合后形成的二氧化硅阻挡层各区域厚度也不一致。二氧化硅阻挡层会降低氧离子注入速度，从而影响氧离子注入深度，二氧化硅阻挡层越厚的区域，氧离子注入深度越浅，这使得处于第一凸起部5正下方的富氧离子层7比第一凹陷部下方的富氧离子层7浅。
进一步地，所述步骤S6中，刻蚀方法选用等离子刻蚀。
进一步地，所述步骤S7中，第四二氧化硅层8的厚度为350nm，所述沉积方法选用感应耦合等离子体增强化学气相沉积。
第四二氧化硅层8的设置防止第一硅层1在后续高温退火过程中被氧化
进一步地，所述步骤S8中，退火温度为1350℃，退火时间为8小时。
硅的熔点为1410℃，二氧化硅的熔点为1723℃，将退火温度设定为1350℃，使得硅与二氧化硅介于固体与液体的状态，使得硅波导10与第五二氧化硅层9的界面光滑，从而降低硅波导10的损耗；优选地，退火时间为8小时；退火过程中，氧离子与硅原子发生反应缓慢，包括二氧化硅沉淀物成核、生长、合并以及最后形成均匀一致的第五二氧化硅层9，退火时间太短，不能形成均匀的第五二氧化硅层9，退火时间为8小时是形成均匀的第五二氧化硅层9的最佳时间。
由于处于第一凸起部5正下方的氧离子注入深度比其他区域的浅，第一凸起部5正下方的第五二氧化硅层9向上凸起，从而形成硅波导10。
由于退火温度高、退火时间长，硅与二氧化硅介于固体与液体的状态，其粘性降低，其原子与分子几乎处于流动状态，从而形成非常光滑的硅与二氧化硅界面，避免了常规制备方法中刻蚀所带来的侧壁粗糙的问题，从而硅波导10具有超低损耗特性；第一硅层1中由于离子注入带来的损伤在高温退火中被修复，可以用来制备其他的光电子器件，从而与所形成的超低损耗硅波导10进行垂直集成，实现3D集成，适应未来大规模光电子集成。
图3示意性示出了根据本公开实施例的一种超低损耗硅波导的结构示意图。
一种采用上述制备方法制得的超低损耗硅波导，其特征在于：包括由上至下依次设置的第一硅层1、第五二氧化硅层9、波导层11、第一二氧化硅层2和第二硅层3；所述第五二氧化硅层9的中部向上方凸起，第五二氧化硅层9凸起下方的波导层11为硅波导10。
实施例3
本公开的实施例提供一种超低损耗硅波导及其制备方法。
图1示意性示出了根据本公开实施例的一种超低损耗硅波导的制备方法的流程图；
一种超低损耗硅波导的制备方法，包括以下几个步骤：
S1挑选作为衬底的SOI晶圆，所述SOI晶圆包括由上至下依次设置的第一硅层1、第一二氧化硅层2和第二硅层3，第一硅层1和第二硅层3的组成材料为硅，第一二氧化硅层2的组成材料为二氧化硅；
S2热氧化第一硅层1的上部，形成第二二氧化硅层4；
S3刻蚀第二二氧化硅层4，使得第二二氧化硅层4被刻蚀区域形成第一凹陷部，其余区域为第一凸起部5；
S4在第一凹陷部与第一凸起部5上方沉积相同厚度的二氧化硅，形成第三二氧化硅层6；
S5在第三二氧化硅层6上方注入氧离子，使得第一硅层1内形成富氧离子层7，富氧离子层7将第一硅层1的下部分隔为上下两层，所述富氧离子层7包括第二凸起部和第二凹陷部，第一凸起部5下方对应为第二凸起部，第一凹陷部下方对应为第二凹陷部；
S6使用刻蚀工艺除去第二二氧化硅层4与第三二氧化硅层6；
S7在第一硅层1的上方沉积二氧化硅，形成第四二氧化硅层8；
S8高温退火，使得富氧离子层7里的氧离子与硅原子进行反应，反应后的富氧离子层7为第五二氧化硅层9，第二凸起部转换为第三凸起部，第二凹陷部转换为第三凹陷部；
S9使用刻蚀工艺除去第四二氧化硅层8，制得成品，成品中第五二氧化硅层9下方的第一硅层1即为波导层11，而第三凸起部下方的第一硅层1即为硅波导10
进一步地，所述步骤S1中第一硅层1的厚度为600nm。
选择600nm厚度的第一硅层1，在形成埋层硅波导10的同时，可以剩余足够厚度的剩余第一硅层1用于制备其它光电子器件，从而实现3D光子集成。
进一步地，所述步骤S2中第二二氧化硅层4的厚度为100nm。
进一步地，所述步骤S2中刻蚀第二二氧化硅层4直至第二二氧化硅层4下方的第一硅层1露出，停止刻蚀操作。
进一步地，所述刻蚀方法选用等离子刻蚀或反应离子刻蚀的干法刻蚀或者湿法刻蚀。
一般来说，第二二氧化硅层4的厚度即为硅波导10的脊形高度，即第二凸起部的厚度即为硅波导10的脊形高度，这样的设计，可以根据需要制作不同厚度的硅波导10。
进一步地，所述步骤S4中第三二氧化硅层6的厚度为50nm。
进一步地，所述沉淀方法选用等离子体增强化学的气相沉积。
进一步地，所述步骤S5中，氧离子注入的剂量范围为每平方厘米5×1017个。
进一步地，所述步骤S5中，离子注入能量范围为180KeV。
进一步地，所述步骤S5中，每注入氧离子总剂量的四分之一剂量，将晶圆绕晶圆圆心向同一方向旋转90°。
图2示意性示出了根据本公开实施例的厚度分别为0nm、50nm、100nm和150nm的第三二氧化硅层条件下富氧离子层中氧离子浓度随注入深度的分布图；
由于第二二氧化硅层4被刻蚀后形成的第一凹陷部和第一凸起部5的厚度不一，其与第三二氧化硅层6结合后形成的二氧化硅阻挡层各区域厚度也不一致。二氧化硅阻挡层会降低氧离子注入速度，从而影响氧离子注入深度，二氧化硅阻挡层越厚的区域，氧离子注入深度越浅，这使得处于第一凸起部5正下方的富氧离子层7比第一凹陷部下方的富氧离子层7浅。
氧离子注入剂量和能量分别决定富氧离子层7的厚度和深度，为了获得低缺陷密度、高质量、连续的二氧化硅埋层在此图中氧离子注入总剂量D为5×1017/cm2，离子注入能量为180KeV，在第三二氧化硅层6厚度为50nm情况下，氧离子浓度主要在深度为380nm处分布，该深度既可以易于形成硅波导10，也可以剩余足够的顶层硅，故第三二氧化硅层6厚度设定为50nm。
进一步地，所述步骤S6中，刻蚀方法选用等离子刻蚀。
进一步地，所述步骤S7中，第四二氧化硅层8的厚度为350nm，所述沉积方法选用感应耦合等离子体增强化学气相沉积。
第四二氧化硅层8的设置防止第一硅层1在后续高温退火过程中被氧化
进一步地，所述步骤S8中，退火温度为1325℃，退火时间为6.5小时。
硅的熔点为1410℃，二氧化硅的熔点为1723℃，将退火温度设定为1300～1350℃，使得硅与二氧化硅介于固体与液体的状态，使得硅波导10与第五二氧化硅层9的界面光滑，从而降低硅波导10的损耗；优选地，退火时间为5～8小时；退火过程中，氧离子与硅原子发生反应缓慢，包括二氧化硅沉淀物成核、生长、合并以及最后形成均匀一致的第五二氧化硅层9，退火时间太短，不能形成均匀的第五二氧化硅层9，退火时间为5～8小时是形成均匀的第五二氧化硅层9的最佳时间。
由于处于第一凸起部5正下方的氧离子注入深度比其他区域的浅，第一凸起部5正下方的第五二氧化硅层9向上凸起，从而形成硅波导10。
由于退火温度高、退火时间长，硅与二氧化硅介于固体与液体的状态，其粘性降低，其原子与分子几乎处于流动状态，从而形成非常光滑的硅与二氧化硅界面，避免了常规制备方法中刻蚀所带来的侧壁粗糙的问题，从而硅波导10具有超低损耗特性；第一硅层1中由于离子注入带来的损伤在高温退火中被修复，可以用来制备其他的光电子器件，从而与所形成的超低损耗硅波导10进行垂直集成，实现3D集成，适应未来大规模光电子集成。
图3示意性示出了根据本公开实施例的一种超低损耗硅波导的结构示意图。
一种采用上述制备方法制得的超低损耗硅波导，其特征在于：包括由上至下依次设置的第一硅层1、第五二氧化硅层9、波导层11、第一二氧化硅层2和第二硅层3；所述第五二氧化硅层9的中部向上方凸起，第五二氧化硅层9凸起下方的波导层11为硅波导10，此时第一硅层1的厚度为220nm。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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