Forskare under ledning av Ou Xin från Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology (SIMIT) vid den kinesiska vetenskapsakademin har nyligen utförligt granskat milstolpar och utmaningar inom kiselkarbid (SiC)-baserad integrerad optik. Denna recension publicerades i Applied Physics Reviews .

Fotoniska integrerade kretsar (PIC) förväntas lösa två flaskhalsar av överföringsbandbredd och bearbetningshastighet inom informationsteknologi. Men traditionell kiselfotonik kan inte realisera alla funktioner som informationssamhället kräver. Som komplement kan plattformar som LiNbO₃ , Si₃ N₄ , etc. utforskas. SiC, som gynnades av dess höga brytningsindex, breda transparensfönster, höga olinjära koefficient, komplementära metalloxidhalvledare (CMOS)-kompatibilitet, etc., accepteras som en lovande plattform för PIC:er.

I olinjär optik, ultrahögt Q (högsta värdet 7,1×10 ⁶ ) SiC optiska resonatorer, oktavspännande Kerr-frekvensmikrokammar och soliton Kerr-frekvensmikrokammar vid kryogen temperatur har successivt demonstrerats under de senaste tre åren. Inom elektrooptik demonstrerades en CMOS-driven mikroringbaserad elektrooptisk modulator som arbetar med hög optisk densitet. SiC får också stor uppmärksamhet inom kvantoptik. Den kan vara värd för en enda spinndefekt med ljus emission och lång spinkoherenstid. Koherent manipulation av enkel divakansspinn i 4H-SiC och effektiv koppling av kiselvakans (SiV) till resonatorer (mikropelare eller PhCs) i 4H-SiCOI har realiserats. Dessutom en kubisk gitterplats SiV (V2) genererad av He ⁺ implantation integrerades i vågledaren utan försämring av inre spin-optiska egenskaper.

Det är tydligt att SiC-fotonik för närvarande blomstrar med enorma möjligheter men också utmaningar, särskilt i framställningen av högkvalitativ kiselkarbid-på-isolator (SiCOI).

Ou:s grupp från SIMIT har genomfört systematisk forskning kring SiCOI-baserad integrerad fotonik. Under 2019 tillverkade de 4-tums 4H-SiCOI med hög enhetlighet för integrerad optik genom jonskärningsteknik och genererade en rumstemperaturkoherent kontrollerad spindefekt i 4H-SiC med H ⁺ implantation.

Därefter tillverkades en SiC-resonator genom femtosekundlaserassisterad kemisk-mekanisk poleringsmetod och den optiska kvalitetsfaktorn uppmättes till 7,1×10 ⁶ , vilket är det högsta värdet i SiC-fotonik hittills.

Tack vare den ultrahöga Q uppnåddes bredbandsfrekvensomvandling, kaskad Raman-lasring och Kerr-frekvens med bred bandbredd. År 2022 integrerades 4H-SiC fotonchip med InGaAs kvantprickbaserade enfotonkällor genom pick-and-place-teknik.

Genom att designa dubbellagers vertikala kopplingar och 1×2 multimode interferometrar med ett effektdelningsförhållande på 50:50, realiserades generering och högeffektiv dirigering av singelfoton-emission i hybridkvantfotonchippet.

Gruppen siktade nyligen på att tillverka 4H-SiCOI med låg optisk förlust och att underlätta integrerad olinjär och kvant-SiC-fotonik, särskilt bredbandiga bredbands-solitonfrekvens-Kerr-kammar.

I kombination med framstegen inom SiC olinjär och kvantoptik kan ett bredare perspektiv för SiC integrerad optik förväntas. Utvecklingen av lågkostnads-, wafer-skala och högkvalitativ 4H-SiCOI kommer att driva utvecklingen av olinjär och kvantoptik, och även SiC-kraft- och radiofrekvensenheter. + Utforska vidare

En ny plattform för integrerad fotonik