用于混合光子集成室温溅射超低损耗氮化硅
光学
2024-03-05 v1 应用物理
摘要
绝缘体上氮化硅光子电路在许多应用中取得了巨大进展，例如片上频率梳、激光雷达、电信和光谱学。迄今为止，最佳薄膜质量是通过低压化学气相沉积（LPCVD）和高温退火（1200 {\deg}C）实现的。然而，高加工温度对 Si3N4 与预处理的硅电子和光子器件、绝缘体上铌酸锂（LNOI）以及 Ge-on-Si 光电二极管的共集成提出了挑战。这限制了 LPCVD 作为前段制程的工艺。在此，我们展示了基于室温反应溅射的超低损耗氮化硅光子学。在 400 {\deg}C 退火后实现低至 5.4 dB/m 的传输损耗，在 800 {\deg}C 退火后实现 3.5 dB/m 的传输损耗，从而实现了光学品质因子超过一千万的环形谐振器。据我们所知，这些是低温氮化硅所实现的最低传输损耗。该超低损耗使光学参量振荡的阈值功率降至 1.1 mW，并能在 1.3 和 1.5 {\mu}m 处产生明亮孤子频率梳。我们的工作具有与前段硅电子和光子的全互补金属氧化物半导体（CMOS）兼容性，并有可能与 III-V-on-Si 集成激光器以及 LNOI 进行混合 3D 单片集成。
引用
@article{arxiv.2301.10758,
title = {Room-Temperature Sputtered Ultralow-loss Silicon Nitride for Hybrid Photonic Integration},
author = {Shuangyou Zhang and Toby Bi and Irina Harder and Olga Lohse and Florentina Gannott and Alexander Gumann and Yaojing Zhang and Pascal Del'Haye},
journal= {arXiv preprint arXiv:2301.10758},
year = {2024}
}