Abstract
本論文主要在探討脊狀結構的光波導(rib waveguide)，先從模擬分析其特性，選擇最佳的情況參數，然後利用半導體製程技術來實作，最後量測分析。 模擬時，採用目前較具公信力的光束傳波方法(beam propagation method)來分析三維度的波導元件。分析的重點放在脊狀結構的平板厚度(slab thickness)對光波導元件的影響，對象有彎形波導、方性性耦合器(directional coupler)以及Y型分歧器(y-branch)等，因為大多數的積體光學元件都是利用這些基本元件衍伸組合而來。分析的內容包含了脊狀結構的模態、波導和光纖連接的耦合效率、耦合器的耦合長度與係數、轉彎結構的損耗、y-branch的性能與能量損耗。 模擬的結果顯示了脊狀波導的特性存在*著許多競爭的機制，例如當平板厚度增加，單模態波導的寬度得以增加到與光纖尺寸大小相似，可以提升連接光纖的耦合效率，同時也可以縮小耦合器的尺寸，甚至可以降低製程上的困難；但是相對的會增大轉彎結構或是y-branch的損耗。因此在接下來的製程之前，必須要仔細的比較和考量，選擇最好的參數來規劃整個元件結構。 製程方面參考前人的技術經驗，先利用機台PECVD (Plasma Enhancement Chemical Vapor Deposition 電漿輔助化學氣相沈積)在矽晶片上沈積一層折射率較低的13um厚二氧化矽薄膜，再沉積一層參雜磷且厚度8um的二氧化矽，其折射率相對較高可以作為導光層。然後利用電子束蒸鍍機鍍上一層薄薄的金屬鉻當作之後乾蝕刻要用的遮罩，因其對於二氧化矽薄膜的蝕刻選擇比很高。然後利用黃光技術將元件圖案轉移到晶片上，再使用RIE離子反應蝕刻系統進行乾蝕刻，吃掉深度約5um的氧化層，由電子顯微鏡觀察波導側璧的平整性良好，最後再沉積上一層批覆層(cladding)。元件完成之後經過小心的研磨拋光，送至工研院光電所量测結果。 本論文可以作為未來製作脊狀波導的參考依據，即使製程材料不相同，關於本論文模擬部分所探討的內容，也可作為後人設計時需要考量的方向。