[发明专利]一种悬浮脊形波导结构及其制备方法

权利要求书

1.一种悬浮脊形波导结构，所述结构包括：

脊形波导，其由具有三阶非线性系数的材料构成，所述三阶非线性系数大于等于2.7×10^-20m²/W；

用于支撑所述脊形波导的悬浮支撑结构，其材料与所述脊形波导材料相同，所述悬浮支撑结构连接所述脊形波导，并且在材料外延方向上的高度小于所述脊形波导的高度；

孔洞结构，其位于所述悬浮支撑结构中；

第一砷化镓缓冲层，用于支撑所述悬浮支撑结构，所述波导结构的材料与砷化镓存在物理化学性质上的差异，使所述第一砷化镓缓冲层能够被选择性地去掉；

外延生长层，位于所述第一砷化镓缓冲层下方，所述外延生长层用于实现所述第一砷化镓缓冲层的外延生长；以及

硅基衬底，其表面具有周期性凹槽结构，且位于所述外延生长层下方；

其中，利用分子束外延生长技术在所述硅基衬底上生长具有锯齿形结构的硅中间层；在所述硅中间层上生长第二砷化镓缓冲层；在所述第二砷化镓缓冲层上先后生长InGaAs/GaAs、InAlAs/GaAs多量子阱结构的位错过滤层；在所述位错过滤层上方生长GaAs/AlGaAs超晶格结构以得到所述外延生长层；

其中，所述波导结构的材料通过外延的方法生长在所述第一砷化镓缓冲层上，以及所述脊形波导和所述悬浮支撑结构被设置为相对于所述第一砷化镓缓冲层悬浮，

其中，所述脊形波导的材料是选自铌酸锂、碳化硅、III-V族化合物半导体薄膜材料和多层量子阱结构材料中的任一种。

2.根据权利要求1所述的一种悬浮脊形波导结构，其中，所述脊形波导为在电磁波传播的方向延伸且横截面保持一致的条形脊波导或在电磁波传播方向延伸且横截面逐渐变小或变大的锥形脊波导。

3.根据权利要求1所述的一种悬浮脊形波导结构，其中，所述III-V族化合物半导体薄膜材料是铝镓砷材料。

4.根据权利要求1所述的一种悬浮脊形波导结构，其中，所述孔洞结构在沿电磁波传播方向成周期性排列并且成对的出现在所述脊形波导的两侧。

5.根据权利要求2所述的一种悬浮脊形波导结构，其中，所述锥形脊波导在波导平面内投影为一端与所述条形脊波导的宽度相同并连接所述条形脊波导，另一端与所述条形脊波导结构的宽度不同。

6.根据权利要求5所述的一种悬浮脊形波导结构，其中，所述另一端是用于将所述条形脊波导中的电磁波耦合到光纤的光纤耦合器端面。

7.一种用于制备权利要求1-6之一所述的悬浮脊形波导结构的方法，所述方法包括：

在表面具有周期性凹槽结构的硅基衬底表面，利用分子束外延生长技术在所述硅基衬底上生长具有锯齿形结构的硅中间层；在所述硅中间层上生长第二砷化镓缓冲层；在所述第二砷化镓缓冲层上先后生长InGaAs/GaAs、InAlAs/GaAs多量子阱结构的位错过滤层；在所述位错过滤层上方生长GaAs/AlGaAs超晶格结构以得到外延生长层；

在所述外延生长层上外延生长第一砷化镓缓冲层；在所述第一砷化镓缓冲层上利用外延法生长波导材料层，所述波导材料与砷化镓存在物理化学性质上的差异，使所述第一砷化镓缓冲层能够被选择性地去掉；并且所述波导材料为具有大于等于2.7×10^-20m²/W的三阶非线性系数的材料；

在所述波导材料层上形成脊形波导以及悬浮支撑结构，所述悬浮支撑结构连接所述脊形波导，并且在材料外延方向上的高度小于所述脊形波导的高度；

在所述脊形波导两侧形成孔洞结构；

通过所述孔洞结构去除所述脊形波导以及悬浮支撑结构下方的部分材料；

其中，所述脊形波导和所述悬浮支撑结构被设置为相对于所述第一砷化镓缓冲层悬浮；

其中，所述脊形波导的材料是选自铌酸锂、碳化硅、III-V族化合物半导体薄膜材料和多层量子阱结构材料中的任一种。