[发明专利]异质集成中红外超连续谱产生芯片

权利要求书

1.一种异质集成中红外超连续谱产生芯片，其特征在于包括锗硅(Si_1-xGe_x)、氮化硅和蓝宝石三层结构，所述蓝宝石作为埋氧层，以蓝宝石衬底的氮化硅晶圆在经过电子束光刻后留下光刻胶掩膜层，并通过气体刻蚀形成氮化硅波导；在氮化硅波导上再次使用电子束光刻实现选区窗口的曝光，制备高质量锗硅薄膜实现锗硅薄膜在氮化硅波导上选区沉积，将异质集成波导深度清洁后进行器件封装，所述氮化硅作为片上中红外超连续谱光源的产生平台，在氮化硅上集成锗硅(Si_1-xGe_x)，锗硅(Si_1-xGe_x)与氮化硅形成异质集成波导，在氮化硅平台上增加一非线性效能增强的变量。

2.根据权利要求1所述的异质集成中红外超连续谱产生芯片，其特征在于，蓝宝石衬底的透明窗口0.15～7.5μm，选择蓝宝石做埋氧层有效避免了氮化硅波导的红外吸收损耗，有利于超连续谱往中红外波段进一步扩展。

3.根据权利要求1所述的异质集成中红外超连续谱产生芯片，其特征在于，所述锗硅(Si_1-xGe_x)的非线性折射率系数比所述氮化硅高2个量级。

4.根据权利要求1或2所述的异质集成中红外超连续谱产生芯片，其特征在于，所述锗硅(Si_1-xGe_x)的折射率在3.473～4。

5.根据权利要求1或3所述的异质集成中红外超连续谱产生芯片，其特征在于，所述锗硅(Si_1-xGe_x)的波导传输损耗为～0.4dB/cm。

6.根据权利要求1-5之一所述的异质集成中红外超连续谱产生芯片，其特征在于，所述锗硅(Si_1-xGe_x)的非线性折射率系数为n₂～10^-17m²/W。

7.根据权利要求1-6之一所述的异质集成中红外超连续谱产生芯片，其特征在于，所述锗硅(Si_1-xGe_x)的透明窗口在长波上达到14μm，覆盖了多数分子的官能团区和分子指纹区。

8.一种如权利要求1-7中所述锗硅异质集成制备的方法，其特征在于，将锗硅Si_1-xGe_x膜料和将化学气相传输法(CVT)法生长的Si_1-xGe_x晶体，通过研钵将晶体研磨成均匀的粉体，置入坩埚中再放入真空室内；选择中红外透明基片放入真空室内，加热坩埚内的粉体状Si_1-xGe_x膜料，使膜料蒸发升华为气态粒子并快速从蒸发源向基片表面输送，粒子沉积到基片表面形成粒子团簇，团簇表面长成连续薄膜，通过控制真空室内的基片温度，对锗硅薄膜进行高温退火，使薄膜原子重构或产生化学键合；改变蒸镀温度、沉积时间以及退火温度，分不同批次蒸镀锗硅薄膜并标定好相应的制备参数；分别采用X射线衍射仪(XRD)、高分辨率透射电镜HRTEM测试锗硅的结晶性；通过X射线光电子能谱(XPS)测试元素组分和纯度，测试x值的大小；基于傅里叶变换红外光谱仪测试薄膜的透光率；通过椭偏仪表征薄膜折射率；利用电镜、台阶仪、AFM表征薄膜的厚度和表面均匀度，将表征数据反馈给薄膜制备环节，对工艺迭代优化获得最佳薄膜制备条件，根据最佳薄膜制备条件制备薄膜。