[发明专利]一种悬浮波导结构及其制备方法

说明书

本发明提供一种悬浮波导结构，该结构包括：波导结构，其由具有三阶非线性系数的材料构成，该三阶非线性系数大于等于2.7×10^‑20m²/W；悬臂结构，其材料与波导结构材料相同，悬臂结构支承波导结构，并位于波导结构的两侧，悬臂结构的高度与波导结构的高度相同；支撑结构，其连接波导结构两侧的悬臂结构，以及衬底，其连接支撑结构；其中，波导结构和悬臂结构被设置为相对于衬底悬浮。

技术领域

本发明涉及一种悬浮波导结构及其制备方法。

背景技术

全光信号处理过程利用光子作为信号的载体，可实现远距离通讯、中短途数据交换以及片上信号处理等功能。该技术能够有效克服传统电信号处理过程中由于RC效应产生的信号延迟，进而大幅度的提高信号传输和处理的速度，更好的适应大数据时代海量数据处理的需求。截止目前，光信号的传输问题已经找到了合理的解决方案，但是光信号的处理仍然需要进一步的研究。现阶段主要有两种解决方案，一种方法是利用光电集成的方式，将已经成熟的电信号同光信号相结合，主要思路仍然停留在用电信号调控光信号的层面上，该方法在一定程度上限制信号的处理速度；另一种方法利用材料的三阶非线性光学特性，利用光作为信号的控制手段同时对载波光信号进行调控，该方法的全光信号处理过程有望实现前所未有的高速信号处理。上述过程中，需要对光信号做如下控制：在时域或者频域上对脉冲光信号进行整形、对光信号进行波长转换、利用脉冲光在频域上产生超连续光谱以及产生光频梳。

为了使得全光信号处理方法能够获得广泛的应用，一项最主要的工作就是开发一套能够兼容现有成熟集成电路制造工艺的光学非线性材料并且设计相应的光学元件的结构。目前国际上的主流解决思路是，找到一种能够在硅基衬底上制备的非线性材料，利用波导结构实现一系列光学非线性功能。

然而，硅基波导材料由于自身能带结构和材料性质的原因，很难同时拥有高三阶非线性系数和低非线性吸收两种特点。目前世界范围内主要的技术方法有：

(1)采用单晶或非晶硅作为波导材料：这一方法能够最大限度兼容现有的集成电路制备工艺，通过对波导结构的优化实现光信号的色散补偿以及高效非线性效应的产生。

(2)采用非晶的氮化硅作为波导材料：利用氮化硅与氧化硅折射率差较小的特点，可以制备出传输损耗极低的波导结构，从而提高波导整体的非线性效应。

(3)采用单晶铝镓砷化合物作为波导材料：利用晶片键合的方法，将具有高的三阶非线性系数和低非线性吸收效应的III-V材料和氧化硅衬底相结合，能够同时结合III-V族材料较高的非线性效应和IV族材料成熟的工艺。

然而，由于受到材料自身能带结构的限制以及工艺稳定性、兼容性等一系列原因的限制，现阶段的解决方案仍然存在以下几点问题：

(1)单晶或非晶硅材料，由于受到其自身能带结构的影响，使得他们在1550nm的通讯波段不可避免的存在非线性吸收效应，并且自身波导损耗也较高。

(2)氮化硅材料自身的非线性系数比单晶硅低两个数量级，使得产生特定非线性效应的器件尺寸偏大，且转换效率不高。

(3)晶片键合的方法虽然能够兼顾两种材料体系的优点，但是工艺过程复杂，难以适应大面积的制备需求。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的上述问题，提供一种悬浮波导结构，所述结构包括：

波导结构，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；

悬臂结构，其材料与所述波导结构材料相同，所述悬臂结构支承所述波导结构，并位于所述波导结构的两侧，所述悬臂结构的高度与所述波导结构的高度相同；

支撑结构，其连接所述波导结构两侧的悬臂结构，以及