B与H离子共注入剥离SiC晶体波导特性的研究

SiC crystal waveguide fabricated by H ions slicing could keep crystal structure in waveguide region. Pre-implanted B ions created vacancies that promote the H complexes formation and they help the H- transfer from complexes to blistering. B doping could decrease the minimum implantation dose and annealing temperature in H ion slicing. We will investigate the B and H ion co-implantation slicing in SiC crystals. RBS/Channeling, infrared absorption spectroscopy and Raman scattering spectroscopy testing will be applied. We will analyze the relationship between complexes’ categories and ratio of the B implantation parameter. The mechanism of B ions catalyzing H transferring from complexes to blistering will be investigated. We will fabricate ion-sliced SiC waveguide on SiO2 after wafer bonding and slicing process. The result will contribute to the theoretical research on ion slicing promotion in double element crystal by ion doping.

利用H离子注入SiC晶体剥离方法制备光波导可以获得接近于单晶的SiC波导层结构。B离子预注入引入的空位缺陷可以促进H复合体的产生，退火过程中B离子的吸附效应有助于H复合体转化为H2微泡，可以有效降低降低H注入剂量和退火剥离温度。本项目主要对B、H离子共注入SiC晶体剥离过程展开研究，利用RBS/Channeling、红外吸收谱、拉曼散射谱等表征技术，分析B离子注入参数对于形成H复合体种类及比例的影响，探讨B离子促进H复合体微泡转化的物理机制，结合晶片键合工艺在SiO2层上制备剥离后的SiC光波导结构，为注入掺杂促进双元素晶体离子束剥离的理论研究提供实验依据。

碳化硅（SiC）晶体适合制备从可见到近红外特别是远程光通讯波长下工作的光波导结构和器件，利用H离子注入SiC晶体剥离方法制备光波导可以获得接近于单晶的SiC波导层结构。本项目主要探索H离子注入SiC样品中H凝泡剥离以及B杂质引入对过程的影响，研究离子注入、退火参数对H凝泡机制的影响；采用精细切割将平面光波导重构为脊型波导光波导结构，利用微纳加工在波导上形成波导功能器件的雏形；通过棱镜耦合、端面耦合等波导测试设备测试波导的导模、近场光强分布，传输损耗等光学特性。主要研究结果包括：将剂量为8×1016 ions/cm2的H离子注入SiC晶体，退火后观测到H离子气泡聚集，该聚集现象存在温度阈值，低于退火温度阈值850°C不会产生凝泡。利用C离子注入PPLN晶体脊型波导结构，对波导区的非线性特性进行了测量，实验表明注入能量积累会降低材料的非线性性能，退火可以将该效应有效消除，波导中实现了通讯波长L波段的二次谐波的产生，波导的低损耗和较好的转换效率使得其在非线性光学处理方面具有潜在的应用。利用C离子注入激光晶体Nd: YGG制备了平面波导结构，平面波导的损耗为0.83dB/cm具有较高的传输质量， Nd离子的发光特性在波导层中得到了很好的保持，该结构有望在集成激光方面得到进一步应用。利用聚焦离子束刻蚀在LNOI波导薄膜上制作了光栅耦合器和打孔光子晶体结构，利用280PA束流在脊型波导上成功刻蚀约12微米长的光栅耦合器结构，光栅周期约960nm；采用120PA刻蚀束流，制备六角形排列空气孔光子晶体结构，晶格常数为a=520nm，气孔半径r=0.25a；该工作为微纳加工技术在波导上进行功能器件间的加工提供了有益的探索。