本發明專利技術涉及一種微環諧振器及其制備方法，屬于集成光子器件與半導體制造技術領域。本發明專利技術的微環諧振器，包括微環結構和總線波導，所述微環諧振器的材料包括Al<subgt;x</subgt;Ga<subgt;1?x</subgt;As，其中x＞0.4。本發明專利技術提供的微環諧振器是一種集成的O波段微環諧振器，該諧振器具有高效率、小型化和集成化的特點，相對于現有的氮化硅和鈮酸鋰微環諧振器，具有相當的品質因子，同時產生光頻梳的閾值低至微瓦量級。本發明專利技術的微環諧振器采用Al組分大于0.4的AlGaAs材料，有效降低了雙光子吸收(TPA)現象帶來的損耗，提高了光頻梳的生成效率和穩定性。
1、隨著光通信、光計算技術和人工智能等技術的迅速發展，對光數據路由、交換網絡和信息處理硬件的需求不斷增長。在數據中心和高性能計算機的短距離環境中，預計會部署o波段波分復用(wdm)架構，這需要多波長激光光源。傳統均勻間隔的多波長半導體激光器陣列對加工要求高，多個激光器占用面積大，同時需要多個驅動，占用資源大。而光頻梳是產生等間隔(自由光譜范圍，fsr)的多波長激光的有效方法，其中通過單個可調諧激光器與微環諧振器耦合，利用微環材料的非線性，特別是利用克爾效應(kerr)和四波混頻(fwm)過程產生光頻梳是目前最常見的方法之一。
2、氮化硅(sinx)微環的優勢在于其能夠提供高q因子和低損耗的諧振腔，這對于生成具有極窄線寬和高穩定性的光頻梳至關重要。而薄膜鈮酸鋰(tfln)微環則因其高非線性系數而能夠以較低的泵浦功率實現光頻梳的產生，這對于需要高效率和可調諧光頻梳的應用非常有利。而鋁鎵砷(algaas)材料由于具有比薄膜鈮酸鋰的非線性系數，在絕緣體上的algaas(algaas-oi)微環也能實現與sinx微環可比擬的高品質因子，因此algaas微環具有更低的閾值。
3、然而，algaas材料根據率組分不同存在雙光子吸收(tpa)現象，增加損耗，目前有報導的algaas-oi微環諧振器主要工作在通訊c波段，其al組分通常大于0.18小于0.25，而通訊o波段要求al組分大于0.4，這在實驗上具有較高的制備難度。
r/>技術實現思路
1、本專利技術的目的在于克服上述現有技術中存在的問題，提供一種微環諧振器及其制備方法。
2、本專利技術是通過下述技術方案進行實現的：
3、第一方面，本專利技術提供一種微環諧振器，包括微環結構和總線波導，所述微環諧振器的材料包括alxga1-xas，其中x＞0.4。
4、本專利技術提供的微環諧振器是一種集成的o波段微環諧振器，該諧振器具有高效率、小型化和集成化的特點，相對于現有的氮化硅和鈮酸鋰微環諧振器，具有相當的品質因子，同時產生光頻梳的閾值低至微瓦量級。本專利技術的微環諧振器采用al組分大于0.4的algaas材料，有效降低了雙光子吸收(tpa)現象帶來的損耗，提高了光頻梳的生成效率和穩定性。
5、具體的，所述微環諧振器位于絕緣體上，限制光場主要分布在algaas波導中，微環波導在o波段具有反常色散，以實現kerr光頻梳的生成。
6、優選地，所述總線波導的數量為1-2，所述總線波導的一端為輸入，另一端為輸出。
7、優選地，所述微環諧振器包括微環波導和耦合波導，所述微環波導和耦合波導各自獨立地為條形波導、脊型波導或多層波導中的至少一種。
8、優選地，所述微環諧振器的半徑滿足公式：
9、其中，fsr為頻率間隔，c為光速，r為微環半徑，ng為模式的群折射率。
10、具體的，可根據所需要的頻率間隔，設計微環諧振器的半徑。
11、優選地，所述總線波導的輸入端和輸出端均為寬度漸變的錐形波導，輸入端通過倏逝波耦合至微環波導中，輸出端通過倏逝波耦合至下層波導。
12、在一種可能的實施例中，所述微環諧振器的總線波導，兩端均為寬度漸變的錐形波導，所述輸入端和輸出端條形波導寬度線性減小，輸入端通過倏逝波的方式耦合到微環波導中，輸出端同樣通過倏逝波耦合到下層的波導中。從而實現高效光學耦合。
13、第二方面，本專利技術提供一種所述微環諧振器的制備方法，包括以下步驟：
14、(1)在襯底a的alxga1-xas層表面沉積一層al2o3或sinx，再將沉積后的表面與集成光子芯片鍵合；所述襯底a包括保護層和alxga1-xas層；
15、(2)去除所述保護層，得到含有alxga1-xas層的集成光子芯片；
16、(3)通過光刻和等離子體刻蝕在所述alxga1-xas層中制備微環諧振器，將alxga1-xas微環諧振器集成到集成光子芯片上。
17、本專利技術的制備方法采用刻蝕工藝，刻蝕掉保護層，解決了所制備al組分大于0.4的algaas層薄膜的表面粗糙度較高的問題，有利于降低鋁鎵砷波導和微環的損耗，提高微環的品質因子，降低產生光頻梳的閾值。本專利技術的制備方法，包括襯底提供、沉積保護層、芯片鍵合、襯底減薄與刻蝕、微環結構加工等步驟。最終形成的微環諧振器具有高品質因子、更小的器件體積和更高的集成度，閾值泵浦功率低至微瓦量級，同時提高了光頻梳生成的效率與穩定性。
18、優選地，所述步驟(1)中，所述alxga1-xas層的厚度為450nm-550nm。
19、優選地，所述襯底a由下至上依次包括砷化鎵襯底、al組分大于0.75的algaas層、砷化鎵層和alxga1-xas層。
20、優選地，所述襯底a的制備方法包括以下步驟：在砷化鎵襯底表面通過分子束外延或金屬有機化合物化學氣相外延依次得到al組分大于0.75的algaas層、砷化鎵層和alxga1-xas層。
21、具體的，所述砷化鎵襯底為商用襯底，鑒于目前高al組分的algaas薄膜在制備過程中容易出現高粗糙度的問題，本專利技術在砷化鎵襯底表面依次沉積al組分大于0.75的algaas層、砷化鎵層和目標alxga1-xas層，在al組分大于0.75的algaas層和目標alxga1-xas層之間插入薄砷化鎵層，在后續進行化學濕法腐蝕或等離子體刻蝕去除保護層時，由于不同層之間具有高刻蝕選擇比，可以有效降低目標alxga1-xas層薄膜表面的粗糙度。
22、優選地，所述al組分大于0.75的algaas層的厚度為480nm-520nm，所述砷化鎵層的厚度為45nm-55nm。
23、優選地，所述步驟(1)中，所述沉積的方法包括磁控濺射沉積、原子層沉積(ald)中的至少一種。
24、優選地，所述步驟(1)中，所述沉積al2o3或sinx的厚度不超過50nm；具體的，所述沉積al2o3或sinx的厚度為4.5nm-5.5nm。
25、優選地，所述步驟(1)中，在所述集成光子芯片表面沉積一層al2o3或sinx，再將沉積后的表面與襯底a沉積后的表面鍵合。
26、優選地，所述步驟(1)中，所述鍵合的方法包括鍵合膠鍵合、直接鍵合中的至少一種。
27、優選地，所述步驟(2)中，所述刻蝕的方法包括機械研磨、化學溶液腐蝕、化學濕法刻蝕、等離子體刻蝕中的至少一種。
28、優選地，所述步驟(2)中，去除所述保護層的操作為：先通過機械研磨或者化學溶液腐蝕的方式，將砷化鎵襯底厚度減小，再利用化學濕法刻蝕，去除剩余的砷化鎵襯底；接著利用化學濕法刻蝕，去除al組分大于0.75的algaas層；再利用等離子體刻蝕去除砷化鎵層，得到含有alxga1-xas層的集成光子芯片。
29、本專利技術通過多次選擇性刻蝕工本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種微環諧振器，其特征在于，包括微環結構和總線波導，所述微環諧振器的材料包括AlxGa1-xAs，其中x＞0.4。
2.根據權利要求1所述的微環諧振器，其特征在于，所述總線波導的數量為1-2，所述總線波導的一端為輸入，另一端為輸出。
3.根據權利要求1所述的微環諧振器，其特征在于，所述微環諧振器包括微環波導和耦合波導，所述微環波導和耦合波導各自獨立地為條形波導、脊型波導或多層波導中的至少一種。
4.根據權利要求1所述的微環諧振器，其特征在于，所述微環諧振器的半徑滿足公式：
5.權利要求1-4任一項所述的微環諧振器的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
6.根據權利要求5所述的微環諧振器的制備方法，其特征在于，所述步驟(1)中，所述AlxGa1-xAs層的厚度為450nm-550nm。
7.根據權利要求5所述的微環諧振器的制備方法，其特征在于，所述襯底A由下至上依次包括砷化鎵襯底、Al組分大于0.75的AlGaAs層、砷化鎵層和AlxGa1-xAs層。
8.根據權利要求7所述的微環諧振器的制備方法，其特征在于，所述Al組分大于0.75的AlGaAs層的厚度為480nm-520nm，所述砷化鎵層的厚度為45nm-55nm。
9.根據權利要求7所述的微環諧振器的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中，去除所述保護的操作為：先通過機械研磨或者化學溶液腐蝕的方式，將砷化鎵襯底厚度減小，再利用化學濕法刻蝕，去除剩余的砷化鎵襯底；接著利用化學濕法刻蝕，去除Al組分大于0.75的AlGaAs層；再利用等離子體刻蝕去除砷化鎵層，得到含有AlxGa1-xAs層的集成光子芯片。
10.根據權利要求5所述的微環諧振器的制備方法，其特征在于，滿足以下至少一條：
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【技術特征摘要】
1.一種微環諧振器，其特征在于，包括微環結構和總線波導，所述微環諧振器的材料包括alxga1-xas，其中x＞0.4。
2.根據權利要求1所述的微環諧振器，其特征在于，所述總線波導的數量為1-2，所述總線波導的一端為輸入，另一端為輸出。
3.根據權利要求1所述的微環諧振器，其特征在于，所述微環諧振器包括微環波導和耦合波導，所述微環波導和耦合波導各自獨立地為條形波導、脊型波導或多層波導中的至少一種。
4.根據權利要求1所述的微環諧振器，其特征在于，所述微環諧振器的半徑滿足公式：
5.權利要求1-4任一項所述的微環諧振器的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
6.根據權利要求5所述的微環諧振器的制備方法，其特征在于，所述步驟(1)中，所述alxga1-xas層的厚度為450nm-550nm。
7.根據權利要求...
【專利技術屬性】
技術研發人員：喻穎，楊家煒，余思遠，
申請(專利權)人：廣州光電存算芯片融合創新中心，
類型：發明
國別省市：
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