單晶金剛石中的低損耗毫米波導(dǎo)和光柵耦合器

我們?nèi)A林科納報(bào)道了商用合成單晶金剛石中帶有單片光柵耦合器的毫米長(zhǎng)條形波導(dǎo)的設(shè)計(jì)、制造和表征。為了最大限度地減少單晶金剛石薄板的器件占地面積和晶片楔的影響，我們采用了卷曲波導(dǎo)布局。這些器件是使用電子束光刻和反應(yīng)離子蝕刻制造的。為了提高光柵蝕刻掩模的電子束圖案化精度，我們對(duì)光柵和錐形進(jìn)行了鄰近效應(yīng)補(bǔ)償。線(xiàn)性表征結(jié)果表明，在光纖通信C波段，波導(dǎo)衰減為6.5dB/mm，光柵傳輸為-6.3dB。這些結(jié)果證明了用單晶金剛石制作長(zhǎng)波導(dǎo)和集成光柵耦合器的可行性。我們的研究結(jié)果將有助于進(jìn)一步探索集成單晶金剛石器件中的量子和非線(xiàn)性光學(xué)。

集成光子器件已經(jīng)在單晶、多晶和納米金剛石材料中得到了證明。世界各地的幾個(gè)研究小組已經(jīng)使用了不同的制造方法，要么依靠具有電感耦合等離子體反應(yīng)離子蝕刻（ICP RIE）的電子束光刻（EBL），要么依靠聚焦離子束（FIB）銑削。與FIB銑削相比，EBL和ICP RIE的結(jié)合具有實(shí)現(xiàn)更高精度的優(yōu)勢(shì)，并提供了實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜器件設(shè)計(jì)的可能性。迄今為止實(shí)現(xiàn)的大多數(shù)器件都是在絕緣體上的分層金剛石（DOI）襯底中制造的，該襯底在埋入氧化物（SiO2）層的頂部具有金剛石膜。

到目前為止，用于將光耦合到單晶DOI光子器件中和從單晶DOI光器件耦合出的方法主要基于邊緣耦合、光纖錐形耦合或光柵輔助顯微鏡-物鏡耦合。在各種光耦合方法中，光柵光纖芯片耦合方法提供了相對(duì)較高的效率和器件布局靈活性，以及自動(dòng)化晶圓級(jí)測(cè)試的可能性。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，通過(guò)在器件中集成單片光柵耦合器，避免了用邊緣耦合所需的聚合物波導(dǎo)延伸覆蓋金剛石波導(dǎo)的額外光刻步驟。然而，據(jù)我們所知，為電信波長(zhǎng)的平裂光纖耦合而優(yōu)化的光柵耦合器很少在單晶DOI光子器件中得到證明。此外，最近在上述SCDMW樣本上展示的光柵耦合器具有?15dB的相對(duì)較低的耦合效率，為了實(shí)現(xiàn)實(shí)際應(yīng)用，應(yīng)該進(jìn)一步提高耦合效率。

與單晶DOI襯底相比，在聚/納米晶體DOI襯底中制造集成器件的挑戰(zhàn)性較小，因?yàn)榍罢呖梢酝ㄟ^(guò)在現(xiàn)有晶圓級(jí)SiO2襯底上通過(guò)等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積（PECVD）直接生長(zhǎng)金剛石層來(lái)制備。以這種方式制造的聚/納米晶體DOI襯底不會(huì)受到晶片楔的影響。在多晶硅DOI襯底上實(shí)現(xiàn)了各種高質(zhì)量的片上器件，包括Q因子高達(dá)11000的環(huán)形諧振器、傳輸損耗為5.3dB/mm的長(zhǎng)達(dá)4.6mm的波導(dǎo)以及耦合效率為?5dB的單片光柵耦合器。

我們?nèi)A林科納使用光柵耦合器在片上金剛石波導(dǎo)和G.652標(biāo)準(zhǔn)電信單模光纖之間耦合1550nm的TE偏振光。由于楔形金剛石晶片不適合實(shí)現(xiàn)精確的部分蝕刻光柵輪廓，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種二元光柵耦合器，在整個(gè)金剛石層中完全蝕刻光柵溝槽。

為更好的服務(wù)客戶(hù)，華林科納特別成立了監(jiān)理團(tuán)隊(duì)，團(tuán)隊(duì)成員擁有多年半導(dǎo)體行業(yè)項(xiàng)目實(shí)施、監(jiān)督、控制、檢查經(jīng)驗(yàn)，可對(duì)項(xiàng)目建設(shè)全過(guò)程或分階段進(jìn)行專(zhuān)業(yè)化管理與服務(wù)，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量監(jiān)理，降本增效。利用仿真技術(shù)可對(duì)未來(lái)可能發(fā)生的情況進(jìn)行系統(tǒng)的、科學(xué)的、合理的推算，有效避免造成人力、物力的浪費(fèi)，助科研人員和技術(shù)工作者做出正確的決策，助力工程師應(yīng)對(duì)物理機(jī)械設(shè)計(jì)和耐受性制造中遇到的難題。

審核編輯：湯梓紅