書籍：《炬豐科技-半導(dǎo)體工藝》

文章：砷化鎵光子膜上的高效淺蝕刻光柵

編號(hào)：JFKJ-21-239

作者：炬豐科技

量子光子集成電路

? 量子光子集成電路是實(shí)現(xiàn)可擴(kuò)展量子信息處理的一種很有前途的方法。在各種材料和平臺(tái)中，砷化鎵材料系統(tǒng)在提供不可缺少的單光子產(chǎn)生、操作和檢測等量子功能方面脫穎而出，這些功能可以完全集成在同一芯片中特別是，懸浮砷化鎵納米膜已成功用于構(gòu)建低損耗和高性能器件，2,4包括嵌入砷化銦量子點(diǎn)(QDs) 3-7的高效按需單光子源和復(fù)雜的量子光子器件，如片上移相器、路由器和開關(guān)。8-11盡管平面砷化鎵量子技術(shù)蓬勃發(fā)展，但由于缺乏可靠和可重復(fù)的方法來耦合光進(jìn)出芯片，高效的器件表征和單光子提取仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。

圖1所示。?(a)集成量子光子結(jié)構(gòu)的啁啾淺蝕刻光柵耦合器在GaAs膜平臺(tái)上的截面示意圖。?(b)設(shè)備的俯視圖掃描電子顯微鏡圖像。 ?

耦合效率

? 為了實(shí)現(xiàn)高耦合效率，必須保證從襯底反射的光和從光柵向上散射的光的相干干涉。輸出光束形狀也應(yīng)優(yōu)化以匹配光纖模態(tài)分布。為此目的，我們使用了商業(yè)上可用的時(shí)域有限差分(FDTD)仿真軟件，利用二維模型對波長為930 nm的均勻光柵進(jìn)行了最大方向性和最小背反射的優(yōu)化。利用上述理論計(jì)算得到的最佳犧牲層厚度為1.15 lm，最大透射率為68.8%，反射率為1.84%。然后，利用變跡聚焦光柵的全三維模型，最大限度地實(shí)現(xiàn)與單模光纖的耦合。我們通過誘導(dǎo)FF沿傳播方向的線性減小應(yīng)用了變跡化。在制備的器件中，由于反應(yīng)離子蝕刻(RIE)過程中的負(fù)載效應(yīng)，ED隨FF的減小而減小從掃描電鏡圖中我們發(fā)現(xiàn)了ED (6.59 FF - 1.33 66.47) nm與FF之間的關(guān)系。