无退火超低温氮化硅集成光子学
光学
2024-07-11 v3 应用物理
摘要
多功能低损耗氮化硅平台与低温材料（如硅电子与光子学、III-V族化合物半导体、铌酸锂、有机物和玻璃）的异质与单片集成，一直受到高温退火需求以及薄波导与厚波导需要不同工艺流程的制约。需要新技术在维持最先进损耗、非线性特性和CMOS兼容工艺的同时，实现下一代三维氮化硅集成。我们报道了氮化硅集成光子学的重大进展，展示了迄今为止在最高温度250°C下无退火工艺的最低损耗，采用相同的基于氘代硅烷的氮化物与氧化物制备流程，在氮化物厚度跨一个数量级范围内无需应力缓解或抛光。我们报道了无退火氮化物芯层与氧化物包层的创纪录低损耗，对于80 nm氮化物芯层波导实现了1.77 dB/m损耗和1490万Q值，比先前报道的270°C工艺损耗低半个数量级以上；对于800 nm厚氮化物实现了8.66 dB/m损耗和403万Q值。我们利用薄氮化物参考腔演示了超过4个数量级频率噪声抑制的激光稳频。并利用厚氮化物微谐振器演示了参数增益与光学参量振荡（OPO），其低温制备氮化物的单位谐振器长度OPO阈值创最低报道纪录，以及超过两个倍频程的超连续谱生成。这些结果代表了向均匀超低温损耗氮化硅同质与异质平台迈出的重要一步，该平台支持薄厚波导的线性与非线性光子电路，并可与低温材料与工艺集成。
引用
@article{arxiv.2309.04070,
title = {Anneal-free ultra-low loss silicon nitride integrated photonics},
author = {Debapam Bose and Mark W. Harrington and Andrei Isichenko and Kaikai Liu and Jiawei Wang and Zachary L. Newman and Daniel J. Blumenthal},
journal= {arXiv preprint arXiv:2309.04070},
year = {2024}
}
备注
33 pages, 20 figures; V3 - Added explanation of loss/thickness regimes (Fig 2) and thin resonator PDH locking experiment (Fig 4c,d)