一种硅氮化物量子光子平台的晶圆级异构 III-V 集成

将增益和强非线性材料与超低损耗硅氮化物 (SiN) 光子学异构集成为可扩展量子电路提供了途径，但要实现规模化制造、低界面损耗和高性能方面一直具有挑战。本文展示了一种直接将 III-V 层集成到foundry 制造的 SiN 电路上的晶圆级 III-V-on-SiN 量子光子平台。SiN 层提供 200-300 nm 厚的波导，损耗 $<1$ dB/m 且拥有成熟的被动光子学生态系统，而 III-V 材料提供较大的 $\chi^{(2)}$ 和 $\chi^{(3)}$ 非线性，用于参数增益、频率转换和量子光生成。等辐界面耦合器实现 $<25$ mdB 损耗至 InGaP 波导和共振器，具有超过 $10^6$ 的内在品质因数，使纠缠源亮度提升 $15\times$ 并在 SiN 上实现高效非线性转换。集成组件——包括低损耗光束分离器、波导交叉和可调光栅——并配以 III-V 激光器和InP 光电探测器，后者通过放大器实现最高达 $99^{+1}_{-12}\%$ 的量子效率和 $3$ GHz 带宽。该体系结构将高效源、非线性元件和探测器集成到晶圆级、低损耗平台上，为实现大规模、低噪声量子光子系统铺平了道路。