[发明专利]一种氮化硅三维集成多微腔谐振滤波器件及其制备方法

说明书

本发明公开了一种氮化硅三维集成多微腔谐振滤波器件，包括由二氧化硅包覆层包裹位于上层的反馈波导、集合子微环结构及底层的微环谐振腔，上层的反馈波导与底层的微环谐振腔相互作用，将同一光源的光在器件中分为两束并在输出口发生共振输出，得到紧密的滤波效果；其次，在微环谐振腔上方附有金属加热电极，实现加载电信号的振幅调制到光信号的相位调制的转换。本发明同时公开了氮化硅三维集成多微腔谐振滤波器件的制备方法。三维垂直集成设计，使芯片集成更紧凑，同时降低光波导的插入损耗，制作工艺与半导体加工工艺兼容，调制效率高，能耗低，可大批量低成本生产，在光信号处理领域中具有重要的应用前景。

技术领域

本发明涉及可调谐光滤波器领域，尤其涉及一种氮化硅三维集成多微腔谐振滤波器件及其制备方法。

背景技术

随着大数据时代的到来，通信网络带宽和容量规模快速增加，基于现有传统光信号处理器件，不仅带宽、速度遇到瓶颈，所消耗的能量也急剧增大，因而急需开发出超高速低能耗的新型集成光电子器件。其中，光调制器作为光信息处理、光谱测量、光存储等多个领域的核心器件，已发展出基于电光、声光、磁光等效应的多种器件，而电光调制器通过外加电场的变化调控输出光的振幅或相位，在功耗、速度、集成性等方面都有一定的优势，研究也最为广泛。

氮化硅被证明是一种很有前景的光波导传感材料。这种材料具有较宽的透明带宽、可忽略的非线性吸收，可以互补金属氧化物半导体(CMOS)，而中等折射率的氮化硅比相对高的折射率平台(如绝缘体上硅)拥有更少的模式约束，与聚合物材料相比，氮化硅不易发生变质，稳定性好且芯、包层折射率差大，具有制备简单、工艺成本低等优点。此外，光在其中传播和耦合损耗也很小。在器件制造方面可以提供大的制造公差，已经逐渐被人们应用在光学集成器件的制造方面。光学微腔有小的模式体积和高的品质因子Q，在低阂值微腔激光器、光学滤波器、传感器、光开关和调制器等领域具有重要的应用价值。基于氮化硅光学微腔可以实现高效的可调滤波性能【先进技术1：J.Feng,R.Akimoto,Q.Hao，et al.IEEEPhoton.Technol.Lett.，29(9),771–774,(2017)】。多微腔的级联技术也可以得到更加密集的滤波通道，用于WDM通道系统。但对于级联形式的微环，如果要得到预期的响应谱线，就要严格控制每一个微环的谐振频率以及自由频谱宽度(free spectrum range，FSR)使得矩阵中每一个微环的谐振频率都严格对准，这就对工艺制作提出了非常高的要求，因此一种波导自耦合结构提出，利用波导的自耦合克服对准问题【先进技术2:H.Tang,L.Zhou,J.Xie，et al.,Journal of Lightwave Technology,36(11),2188–2195(2018)】。但目前为止，还没有针对自耦和的氮化硅三维集成多微腔谐振滤波器件结构设计以及实现途径。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种氮化硅三维集成多微腔谐振滤波器件及其制备方法，基于氮化硅微腔的垂直自耦合结构，利用氮化硅微腔的低传输损耗、高灵敏度与高容忍度的制造工艺，实现密集的波分复用滤波器。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是开发一种氮化硅三维集成多微腔谐振滤波器件，利用氮化硅微腔的低传输损耗、高灵敏度与高容忍度的制造工艺，实现高效的可调滤波性能。

为实现上述目的，本发明提供了一种氮化硅三维集成多微腔谐振滤波器件，包括由二氧化硅包覆层包裹位于上层的反馈波导、集合子微环结构及底层的微环谐振腔，上层的所述反馈波导与所述底层的微环谐振腔相互作用，将同一光源的光在器件中分为两束并在输出口发生共振输出，实现不同谱型的可调谐谐振滤波。