[發(fā)明專利]一種懸浮脊形波導結構及其制備方法

有效

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• 申請日: 2020-09-29
• 公開（公告）號: CN112162349B
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發(fā)明（設計）人: 王霆;叢慧;馮琦;張建軍
• 申請（專利權）人: 中國科學院物理研究所
• 主分類號: G02B6/12
• 分類號: G02B6/12;G02B6/13;G02B6/136;G02F1/365
• 代理公司: 北京泛華偉業(yè)知識產權代理有限公司 11280
• 代理人: 王勇

1.一種懸浮脊形波導結構，所述結構包括：

脊形波導，其由具有三階非線性系數(shù)的材料構成，所述三階非線性系數(shù)大于等于2.7×10^-20m²/W；

用于支撐所述脊形波導的懸浮支撐結構，其材料與所述脊形波導材料相同，所述懸浮支撐結構連接所述脊形波導，并且在材料外延方向上的高度小于所述脊形波導的高度；

孔洞結構，其位于所述懸浮支撐結構中；

第一砷化鎵緩沖層，用于支撐所述懸浮支撐結構，所述波導結構的材料與砷化鎵存在物理化學性質上的差異，使所述第一砷化鎵緩沖層能夠被選擇性地去掉；

外延生長層，位于所述第一砷化鎵緩沖層下方，所述外延生長層用于實現(xiàn)所述第一砷化鎵緩沖層的外延生長；以及

硅基襯底，其表面具有周期性凹槽結構，且位于所述外延生長層下方；

其中，利用分子束外延生長技術在所述硅基襯底上生長具有鋸齒形結構的硅中間層；在所述硅中間層上生長第二砷化鎵緩沖層；在所述第二砷化鎵緩沖層上先后生長InGaAs/GaAs、InAlAs/GaAs多量子阱結構的位錯過濾層；在所述位錯過濾層上方生長GaAs/AlGaAs超晶格結構以得到所述外延生長層；

其中，所述波導結構的材料通過外延的方法生長在所述第一砷化鎵緩沖層上，以及所述脊形波導和所述懸浮支撐結構被設置為相對于所述第一砷化鎵緩沖層懸浮，

其中，所述脊形波導的材料是選自鈮酸鋰、碳化硅、III-V族化合物半導體薄膜材料和多層量子阱結構材料中的任一種。

2.根據(jù)權利要求1所述的一種懸浮脊形波導結構，其中，所述脊形波導為在電磁波傳播的方向延伸且橫截面保持一致的條形脊波導或在電磁波傳播方向延伸且橫截面逐漸變小或變大的錐形脊波導。

3.根據(jù)權利要求1所述的一種懸浮脊形波導結構，其中，所述III-V族化合物半導體薄膜材料是鋁鎵砷材料。

4.根據(jù)權利要求1所述的一種懸浮脊形波導結構，其中，所述孔洞結構在沿電磁波傳播方向成周期性排列并且成對的出現(xiàn)在所述脊形波導的兩側。

5.根據(jù)權利要求2所述的一種懸浮脊形波導結構，其中，所述錐形脊波導在波導平面內投影為一端與所述條形脊波導的寬度相同并連接所述條形脊波導，另一端與所述條形脊波導結構的寬度不同。

6.根據(jù)權利要求5所述的一種懸浮脊形波導結構，其中，所述另一端是用于將所述條形脊波導中的電磁波耦合到光纖的光纖耦合器端面。

7.一種用于制備權利要求1-6之一所述的懸浮脊形波導結構的方法，所述方法包括：

在表面具有周期性凹槽結構的硅基襯底表面，利用分子束外延生長技術在所述硅基襯底上生長具有鋸齒形結構的硅中間層；在所述硅中間層上生長第二砷化鎵緩沖層；在所述第二砷化鎵緩沖層上先后生長InGaAs/GaAs、InAlAs/GaAs多量子阱結構的位錯過濾層；在所述位錯過濾層上方生長GaAs/AlGaAs超晶格結構以得到外延生長層；

在所述外延生長層上外延生長第一砷化鎵緩沖層；在所述第一砷化鎵緩沖層上利用外延法生長波導材料層，所述波導材料與砷化鎵存在物理化學性質上的差異，使所述第一砷化鎵緩沖層能夠被選擇性地去掉；并且所述波導材料為具有大于等于2.7×10^-20m²/W的三階非線性系數(shù)的材料；

在所述波導材料層上形成脊形波導以及懸浮支撐結構，所述懸浮支撐結構連接所述脊形波導，并且在材料外延方向上的高度小于所述脊形波導的高度；

在所述脊形波導兩側形成孔洞結構；

通過所述孔洞結構去除所述脊形波導以及懸浮支撐結構下方的部分材料；

其中，所述脊形波導和所述懸浮支撐結構被設置為相對于所述第一砷化鎵緩沖層懸浮；

其中，所述脊形波導的材料是選自鈮酸鋰、碳化硅、III-V族化合物半導體薄膜材料和多層量子阱結構材料中的任一種。