Siliciumcarbid lover integreret fotonik

Forskere ledet af Ou Xin fra Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology (SIMIT) fra det kinesiske videnskabsakademi har for nylig grundigt gennemgået milepæle og udfordringer inden for siliciumcarbid (SiC)-baseret integreret optik. Denne anmeldelse blev offentliggjort i Applied Physics Reviews .

Fotoniske integrerede kredsløb (PIC'er) forventes at løse to flaskehalse med transmissionsbåndbredde og behandlingshastighed i informationsteknologi. Traditionel siliciumfotonik kan dog ikke realisere alle funktioner, som informationssamfundet kræver. Som supplement kan platforme som LiNbO₃ , Si₃ N₄ osv. udforskes. Især SiC, nydt godt af dets høje brydningsindeks, brede gennemsigtighedsvindue, høje ikke-lineære koefficient, komplementære metaloxid-halvleder (CMOS)-kompatibilitet osv., er accepteret som en lovende platform for PIC'er.

I ikke-lineær optik, ultrahøj Q (højeste værdi 7,1×10 ⁶ ) SiC optiske resonatorer, oktavspændende Kerr-frekvensmikokamme og soliton Kerr-frekvensmikrokomber ved kryogen temperatur er successivt blevet demonstreret i de seneste tre år. I elektro-optik blev en CMOS-drevet mikroring-baseret elektro-optisk modulator, der opererer ved høj optisk tæthed, demonstreret. SiC får også stor opmærksomhed inden for kvanteoptik. Den kan være vært for enkelt spindefekt med lys emission og lang spinkohærenstid. Sammenhængende manipulation af enkelt divacancy spin i 4H-SiC og effektiv kobling af silicium ledighed (SiV) til resonatorer (mikro-søjler eller PhC'er) i 4H-SiCOI er blevet realiseret. Endvidere et kubisk gittersted SiV (V2) genereret af He ⁺ implantation blev integreret i bølgeleder uden forringelse af iboende spin-optiske egenskaber.

Det er klart, at SiC-fotonik i øjeblikket boomer med enorme muligheder, men også udfordringer, især i fremstillingen af ​​højkvalitets siliciumcarbid-på-isolator (SiCOI).

Ou's gruppe fra SIMIT har udført systematisk forskning i SiCOI-baseret integreret fotonik. I 2019 fremstillede de 4-tommer 4H-SiCOI med høj ensartethed til integreret optik ved hjælp af ion-skærende teknologi og genererede en stuetemperatur-kohærent styret spindefekt i 4H-SiC med H ⁺ implantation.

Efterfølgende blev en SiC-resonator fremstillet ved hjælp af femtosekund laserassisteret kemisk-mekanisk poleringsmetode, og den optiske kvalitetsfaktor blev målt til at være 7,1×10 ⁶ , hvilket er den hidtil højeste værdi i SiC-fotonik.

På grund af den ultrahøje Q blev bredbåndsfrekvenskonvertering, kaskaderet Raman-lasing og bredbåndbredde Kerr-frekvens opnået. I 2022 blev 4H-SiC fotonisk chip integreret med InGaAs kvanteprik-baserede enkeltfotonkilder ved hjælp af pick-and-place-teknik.

Ved at designe tolags lodrette koblere og 1×2 multimode interferometre med et effektopdelingsforhold på 50:50, blev generering og højeffektiv routing af enkelt-foton-emission i den hybride kvantefotoniske chip realiseret.

Gruppen havde for nylig til formål at fremstille 4H-SiCOI med lavt optisk tab og at lette integreret ikke-lineær og kvante SiC-fotonik, især bredbånds bredbånds-soliton-frekvens Kerr-kamme.

I kombination med fremskridtene inden for SiC ikke-lineær og kvanteoptik kan der forventes et bredere perspektiv for SiC integreret optik. Udviklingen af ​​lavpris, wafer-skala og højkvalitets 4H-SiCOI vil drive udviklingen af ​​ikke-lineær og kvanteoptik, og endda SiC strøm- og radiofrekvensenheder. + Udforsk yderligere

En ny platform for integreret fotonik