[发明专利]一种单光子源的制备方法及单光子源和集成光学器件

说明书

本发明公开了一种单光子源的制备方法及单光子源和集成光学器件，本发明通过在SiC晶圆0001面形成氧化硅保护层；在氧化硅保护层上制备掩膜；对SiC晶圆进行离子注入形成缺陷层；去除掩膜；将注入结构沿氧化硅保护层表面与另一带介质层的衬底键合；对键合结构退火；对剥离得到的表面SiC薄膜做后处理，再进行离子注入的方法步骤，将SiC薄膜经离子注入转移至衬底上，有利于避免注入损伤，有效克服了现有的SOI工艺制备的SiC薄膜因离子注入缺陷造成薄膜质量差、无法制备单光子源以及光损耗严重的问题，得到的单晶SiC薄膜和可控单光子源阵列具有高均匀性，高质量性，有利于制备高性能SiC基集成光学器件。

技术领域

本发明涉及电子信息功能材料与器件技术领域，尤其涉及一种单光子源的制备方法及单光子源和集成光学器件。

背景技术

作为第三代半导体中的代表性材料，SiC(碳化硅)结合了宽带隙(2.4eV-3.2eV)，高物理强度(莫氏硬度9.5，努氏硬度2480kg/mm²)，高热导率(480W/mK)，高抗腐蚀性，高熔点，高光学二阶三阶非线性系数，宽透光窗口(0.37-5.6μm)，广域缺陷发光窗口(可见光至中红外)等多方面的优异特性于一身，是集成光学、非线性和光机械器件的理想材料。高折射率实现了光学模式的高限制，在色散领域将带来更大的灵活性；宽带隙使得在大功率下的光吸收损失最小化；高二阶和三阶使得SiC在非线性光学应用中具有出色的性能；而广域缺陷发光窗口又使其是用作光源的理想材料。

SiC材料具有200多种晶型，其中应用最多的是3C-SiC，4H-SiC和6H-SiC。3C-SiC薄膜主要是利用常压化学气相沉积(APCVD)和减压化学气相沉积(RPCVD)的方法，在Si衬底表面沉积SiC薄膜。用这种方法制备的3C-SiC薄膜主要是多晶薄膜，晶体质量无法达到单晶。然而，由于4H-SiC和6H-SiC的生长温度大于硅的熔点温度，无法通过传统薄膜沉积异质外延的方法在硅衬底生长单晶SiC薄膜，而在SiC上异质外延SiC薄膜，则由于没有中间氧化层的阻隔，造成光学器件性能下降。因此，这造成了SiC薄膜在针对集成光学应用的生长上的难题。而且，由于SiC具有自身硬度大和耐腐蚀等特性，直接加工体材料同样十分困难。目前，现有技术中已知的高均匀性的SiC异质集成薄膜的制备方法主要有两种，一种是利用离子注入智能剥离的方法，另一种是利用键合后机械研磨减薄的方法。前者由于离子注入的损伤会造成器件性能下降的问题，而后者则因为减薄工艺对薄膜厚度控制极差，而薄膜厚度偏差大易造成器件间性能差距大，从而无法可控制备的问题。

有鉴于此，有必要提出一种单光子源的制备方法及单光子源和集成光学器件，以解决上述技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种单光子源的制备方法及单光子源和集成光学器件，用以克服上述背景技术中的技术问题。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明第一方面提供一种单光子源的制备方法，所述制备方法至少包括以下步骤：

提供一SiC晶圆，在所述SiC晶圆的0001面形成氧化硅保护层；

利用光刻方法在所述氧化硅保护层上形成掩膜，所述掩膜由圆形掩膜图案组成的阵列形成；

对所述SiC晶圆进行离子注入，形成在所述SiC晶圆内部具有缺陷层的注入结构；

采用剥离工艺去除所述掩膜；

提供一带介质层的衬底，将所述注入结构沿所述氧化硅保护层表面与所述介质层键合，形成键合结构；

对所述键合结构进行退火剥离，所述键合结构在所述缺陷层处分离，得到表面SiC薄膜；

对所述表面SiC薄膜做后处理，而后进行离子注入，从而制备得到单光子源。