非结晶硅碳在薄膜锂氮化物上的异质集成

过去十年来，锂氮化物 (LiNbO3 或 LN) 光子学因其无热处理、快速电光调制、二阶非线性以及低损耗而受到广泛关注。尽管已展示了众多高性能 LN 光子学应用，但处理锂氮化物仍然具有挑战性，且与标准互补金属氧化物半导体 (CMOS) 制造线存在不兼容性，限制了其可扩展性。硅碳 (SiC) 是一种新兴材料平台，具有高折射率、较大的非线性 Kerr 系数，作为与 LN 光子学的异质集成有前景。当前的 SiC/LN 集成方法需要转移键合技术，耗时且昂贵，且层厚度控制精度不足。本文表明，使用低温（< 165°C）的感应耦合等离子体化学气相沉积 (ICPCVD) 制备的非结晶硅碳 (a-SiC) 可便捷地与 LiNbO3 集成并加工成高性能光子器件。最重要的是，制造仅涉及标准的、与硅兼容的活性离子刻蚀步骤，保留了 LiNbO3 本体，从而与标准晶体厂的制造过程兼容。作为原理验证，我们在开发的 a-SiC/LN 平台上制造了波导和环共振器，实现了内在品质因子超过 106,000，以及 3 mm 调谐长度下 3.4 pm/V 的共振电光调谐灵敏度。我们展示了通过制造并测试直径为 40 μm 的环共振器而实现密集集成，同时无需显著损耗惩罚。该平台提供了一种与 CMOS 兼容且可扩展的方法，可用于实现未来快速电光调制器和可重构光子电路，以及需要涉及二阶和三阶非线性光子过程的应用。