一种片上波导集成有源器件、制备方法及其应用技术

本发明专利技术的一种片上波导集成有源器件、制备方法及其应用，选择氮化硅作为波导芯层材料，器件自下而上依次为高掺杂硅衬底、二氧化硅埋氧层、氮化硅微环谐振器、源漏金属电极和范德华异质结硒化钯‑碲化钼层。范德华异质结硒化钯‑碲化钼层覆盖在微环谐振器上方，与源漏金属电极接触构成导电沟道。本发明专利技术的一种片上波导集成有源器件、制备方法及其应用，记载了氮化硅波导集成有源器件的结构尺寸设计与制备方法，利用无源波导器件与二维材料的混合集成，利用氮化硅微环谐振器的谐振增强特性，进一步提高了范德华异质结器件光吸收和光电转换能力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于氮化硅波导集成光学，具体涉及一种应用于通信波段的片上波导集成有源器件、制备方法及其应用。

技术介绍

1、伴随光子集成电路(photonic integrated circuits，pics)的快速发展，相较于传统的电子集成电路的基本元件：晶体管、电容器、电阻器等，光子集成电路基本元件主要包括：光调制器、光放大器、光探测器、光路复用器、光开关等。其中微环谐振器的一大优势是体积小、功耗低，可应用在滤波、波分复用/解复用、调制和传感多个领域，在大规模集成光路中扮演着十分重要的角色。

2、传统的光耦合采取端面耦合，这要求自由空间光经过透镜光纤准直，从芯片一端耦合进入，从芯片的另一端耦合出去，这种端对端的耦合形式，使得晶圆的尺寸往往在几毫米乃至厘米量级，波导器件长度增加的同时，传输损耗也会相继增加。而采用垂直光栅耦合的形式，可以极大程度缩小器件尺寸，可以摆脱耦合位置的限制，在芯片的任意位置寻找待测器件，对于晶圆级测试提供了极大便利。与传统半导体材料硅不同的是，氮化硅属于绝缘体材料，因此为了兼容cmos工艺，在有源器件制备时，无需在二维材料与本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种片上波导集成有源器件，其特征在于：自下而上依次为高掺杂硅衬底、二氧化硅埋氧层、氮化硅微环谐振器、源漏金属电极和范德华异质结硒化钯-碲化钼层；

2.如权利要求1所述的片上波导集成有源器件，其特征在于：氮化硅微环谐振器高度为220nm，直波导与环波导为在氮化硅层刻蚀出深度为200nm的脊型波导结构，用于降低波导底部的反射和散射，所述直波导与环波导之间耦合间距为200nm-400nm，直波导与环波导的脊棱宽度为1.2μm-2μm，以利于TE0模式的光在波导中以单模形式低损耗传输，保持通信波段内的光信号完整性。

3.如权利要求2所述的片上波导集成有源器件，其特征在...

【技术特征摘要】

1.一种片上波导集成有源器件，其特征在于：自下而上依次为高掺杂硅衬底、二氧化硅埋氧层、氮化硅微环谐振器、源漏金属电极和范德华异质结硒化钯-碲化钼层；

2.如权利要求1所述的片上波导集成有源器件，其特征在于：氮化硅微环谐振器高度为220nm，直波导与环波导为在氮化硅层刻蚀出深度为200nm的脊型波导结构，用于降低波导底部的反射和散射，所述直波导与环波导之间耦合间距为200nm-400nm，直波导与环波导的脊棱宽度为1.2μm-2μm，以利于te0模式的光在波导中以单模形式低损耗传输，保持通信波段内的光信号完整性。

3.如权利要求2所述的片上波导集成有源器件，其特征在于：光栅耦合器的光栅周期为1.1μm-1.2μm，占空比为0.4-0.6，刻蚀深度为200nm-220nm，以实现高耦合效率。

4.如权利要求1所述的片上波导集成有源器件，其特征在于：源漏金属电极为复合金属电极，下电极为铬，作为粘附层，厚度为5-10nm，上电极为金，厚度为50-100nm；源漏金属电极位于环波导两侧，与环波导间距为3μm-6μm，以减少金属对光的吸收。

5...

【专利技术属性】
技术研发人员：俞一鸣，唐伟伟，何家乐，徐雷君，洪洁，朱曙光，郑泽兴，李冠海，陈效双，
申请(专利权)人：国科大杭州高等研究院，
类型：发明
国别省市：