【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于集成光子器件领域，尤其涉及一种基于相变材料的偏振旋转集成光子器件及其制备方法。
技术介绍
1、偏振旋转器件是一种可以实现光信号偏振态旋转90度的集成光子器件。它是集成偏振分集回路(integrated polarization diversity circuit, ipdc)的一个重要组成部分。要想实现te0模式(fundamental transverse electric mode)和tm0模式(fundamentaltransverse magnetic mode)之间的偏振旋转功能，偏振旋转器件需要打破器件结构在横向和纵向上的对称性。在功能器件区域内，引入斜角光轴才能实现偏振态的90度旋转。据文献报道，偏振旋转器件实现方案可以分为非对称定向耦合器、逆向设计超构波导、超构表面、切角波导和亚波长光栅。追求的器件性能参数包括低插损、高偏振转化效率、高消光比、小尺寸、易于制造等。这些偏振旋转器件绝大部分是基于硅波导和锗波导等无源和线性结构，这与现有成熟的cmos(complementary metal oxide semiconductor)工艺能够相互兼容，非常有利于片上高度集成的目标。
2、相变材料可以通过温度控制实现晶态和非晶态之间的切换，这个过程中材料的折射率和消光系数会发生剧烈变化，可以提供较大的器件参数调谐范围，但由于相变材料制备的可重构偏振旋转器性能较差，基于相变材料的性能优异的可重构偏振旋转器鲜有报道。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决
2、为解决上述技术问题，本专利技术是这样实现的，一种基于相变材料的偏振旋转集成光子器件，包括：硅衬底和复合波导；
3、所述复合波导包括硅基波导和相变材料层，所述硅基波导呈方条形且至少相邻的两侧面刻蚀形成凹槽，所述相变材料层覆盖所述硅基波导上相邻两侧面上的所述凹槽，所述硅基波导上具有所述相变材料层的区段为器件功能区域；所述硅基波导上不具有所述凹槽的一侧面接合于所述硅衬底。
4、进一步地，所述硅基波导上的所述凹槽沿对应的侧面的宽度方向两端贯通，所述硅基波导沿长度延伸方向的对称中心与所述凹槽沿长度方向的对称中心重叠。
5、进一步地，至少在所述器件功能区域内，所述复合波导及所述硅基波导的宽高比为1：1。
6、进一步地，在所述器件功能区域内，在所述器件功能区域内，所述复合波导的宽度和高度均为0.48~0.52μm。
7、进一步地，在所述器件功能区域内，所述相变材料层的厚度为0.102~0.142μm，所述硅基波导的宽度和高度均为0.358~0.398μm。
8、进一步地，所述硅基波导的长度至少大于17.48μm，所述相变材料层的长度为17.48~17.52μm。
9、进一步地，所述集成光子器件还包括覆盖于所述复合波导背离所述硅衬底一侧的表面的二氧化硅层。
10、进一步地，所述相变材料为sb2s3，所述硅基波导为sic波导。
11、进一步地，所述硅衬底为soi衬底。
12、进一步地，所述集成光子器件的工作波长在1500~1600nm。
13、本专利技术还提供了一种基于相变材料的偏振旋转集成光子器件的制备方法，包括：
14、提供方条形的硅基波导以及硅衬底，通过晶圆键合技术将所述硅基波导的一侧面粘接至所述硅衬底的一侧面上；
15、将所述硅基波导未粘接至所述硅衬底上的相邻的至少两侧面刻蚀出凹槽；
16、在所述硅基波导上生长相变材料层，使所述相变材料层覆盖所述硅基波导上相邻两侧面上的所述凹槽。
17、进一步地，所述提供方条形的硅基波导，还包括：
18、将4h-sic晶圆处理形成方条形的硅基波导，将所述硅基波导的厚度处理至0.8~1.5μm，其中，所述硅基波导为sic波导；
19、通过气相沉积法在所述硅基波导的一侧面生长二氧化硅层，所述二氧化硅层的厚度在3~5μm。
20、进一步地，所述通过晶圆键合技术将所述硅基波导的一侧面粘接至所述硅衬底的一侧面上，具体包括：
21、通过晶圆键合技术将所述硅基波导上背离所述二氧化硅层的一侧面粘接至所述硅衬底上，并进行热退火处理，其中，所述硅衬底为soi衬底；
22、通过刻蚀将所述二氧化硅层去除，并将所述硅基波导的厚度处理至0.6~1.0μm。
23、进一步地，所述将所述硅基波导未粘接至所述硅衬底上相邻的至少两侧面刻蚀出凹槽，具体包括：
24、将所述硅基波导未粘接至所述硅衬底上的相邻两侧面刻蚀出凹槽，使所述凹槽沿对应的侧面的宽度方向两端贯通，其中，所述凹槽的深度为0.222~0.622μm，所述凹槽的长度为17.48~17.52μm。
25、进一步地，所述在所述硅基波导上生长相变材料层，使所述相变材料层覆盖所述硅基波导上相邻两侧面上的所述凹槽，具体包括：
26、在所述硅基波导具有所述凹槽的侧面上生长相变材料层，使所述相变材料层覆盖所述硅基波导上相邻两侧面上的所述凹槽，其中，所述相变材料层为sb2s3层，硅基波导上具有相变材料层的区段为器件功能区域；
27、在所述器件功能区域内，刻蚀所述硅基波导具有所述相变材料层的侧面，去除所述硅基波导具有所述相变材料层的两侧面上非凹槽部分的相变材料层，得到复合波导；
28、刻蚀所述硅基波导具有所述相变材料层的侧面，使所述复合波导的宽度和厚度达到0.5μm。
29、本专利技术中一种基于相变材料的偏振旋转集成光子器件及其制备方法与现有技术相比，有益效果在于：
30、本专利技术中的一种集成光子器件，在相变材料的晶态情况下，该器件可以实现te0模式和tm0模式之间的偏振转换。在非晶情况下，该器件则不可以实现偏振旋转功能。本专利技术通过硅基波导和相变材料的复合切角结构，通过横向和纵向上的空间对称性破缺，实现了偏振旋转可调谐功能，并且该集成光子器件能够达到高效的偏振旋转效率。
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1.一种基于相变材料的偏振旋转集成光子器件，其特征在于，包括：硅衬底和复合波导；
2.根据权利要求1所述的集成光子器件，其特征在于，所述硅基波导上的各所述凹槽沿对应的侧面的宽度方向两端贯通，所述硅基波导沿长度方向上的对称中心与所述凹槽沿长度方向上的对称中心重叠。
3.根据权利要求2所述的集成光子器件，其特征在于，至少在所述器件功能区域内，所述复合波导及所述硅基波导的宽高比为1：1。
4.根据权利要求3所述的集成光子器件，其特征在于，在所述器件功能区域内，所述复合波导的宽度和高度均为0.48~0.52μm。
5.根据权利要求4所述的集成光子器件，其特征在于，在所述器件功能区域内，所述相变材料层的厚度为0.102~0.142μm，所述硅基波导的宽度和高度均为0.358~0.398μm。
6.根据权利要求4所述的集成光子器件，其特征在于，所述硅基波导的长度至少大于17.48μm，所述相变材料层的长度为17.48~17.52μm。
7.根据权利要求1所述的集成光学器件，其特征在于，所述集成光子器件还包括覆盖于所述复合
8.根据权利要求1~7中任一项所述的集成光学器件，其特征在于，所述相变材料为Sb2S3，所述硅基波导为SiC波导。
9.根据权利要求1~7中任一项所述的集成光子器件，其特征在于，所述硅衬底为SOI衬底。
10.一种基于相变材料的偏振旋转集成光子器件的制备方法，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种基于相变材料的偏振旋转集成光子器件，其特征在于，包括：硅衬底和复合波导；
2.根据权利要求1所述的集成光子器件，其特征在于，所述硅基波导上的各所述凹槽沿对应的侧面的宽度方向两端贯通，所述硅基波导沿长度方向上的对称中心与所述凹槽沿长度方向上的对称中心重叠。
3.根据权利要求2所述的集成光子器件，其特征在于，至少在所述器件功能区域内，所述复合波导及所述硅基波导的宽高比为1：1。
4.根据权利要求3所述的集成光子器件，其特征在于，在所述器件功能区域内，所述复合波导的宽度和高度均为0.48~0.52μm。
5.根据权利要求4所述的集成光子器件，其特征在于，在所述器件功能区域内，所述相变材料层的厚度为0.102~0.142...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱丹峰，邓定南，陈俊波，丘绍斌，罗劲明，
申请(专利权)人：嘉应学院，
类型：发明
国别省市：
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