Des chercheurs dirigés par Ou Xin de l’Institut des microsystèmes et des technologies de l’information de Shanghai (SIMIT) de l’Académie chinoise des sciences ont récemment passé en revue de manière approfondie les jalons et les défis de l’optique intégrée à base de carbure de silicium (SiC). Cette revue a été publiée dans Examens de physique appliquée.
Les circuits intégrés photoniques (PIC) devraient résoudre deux goulots d’étranglement de la bande passante de transmission et de la vitesse de traitement dans les technologies de l’information. Cependant, la photonique traditionnelle sur silicium ne peut pas réaliser toutes les fonctions requises par la société de l’information. En complément, des plateformes telles que LiNbO3, Si3N4, etc. sont explorées. En particulier, le SiC, qui a bénéficié de son indice de réfraction élevé, de sa large fenêtre de transparence, de son coefficient non linéaire élevé, de sa compatibilité avec les semi-conducteurs à oxyde métallique complémentaire (CMOS), etc., est accepté comme une plate-forme prometteuse pour les PIC.
En optique non linéaire, des résonateurs optiques SiC à Q ultra élevé (valeur la plus élevée 7,1 × 106), des micropeignes à fréquence Kerr à octave et des micropeignes à fréquence Kerr soliton à température cryogénique ont été successivement démontrés au cours des trois dernières années. En électro-optique, un modulateur électro-optique à base de micro-anneaux piloté par CMOS fonctionnant à haute densité optique a été démontré. Le SiC reçoit également beaucoup d’attention en optique quantique. Il peut héberger un seul défaut de spin avec une émission brillante et un temps de cohérence de spin long. Une manipulation cohérente du spin de dilacune unique dans 4H-SiC et un couplage efficace de la lacune de silicium (SiV) aux résonateurs (micro-piliers ou PhCs) dans 4H-SiCOI ont été respectivement réalisés. De plus, un site de réseau cubique SiV (V2) généré par l’implantation de He+ a été intégré dans le guide d’onde sans détérioration des propriétés optiques de spin intrinsèques.
Il est clair que la photonique SiC est actuellement en plein essor avec d’énormes opportunités mais aussi des défis, en particulier dans la préparation de carbure de silicium sur isolant (SiCOI) de haute qualité.
Le groupe de Ou du SIMIT a mené des recherches systématiques sur la photonique intégrée à base de SiCOI. En 2019, ils ont fabriqué du 4H-SiCOI de 4 pouces de haute uniformité pour l’optique intégrée par la technologie de découpe ionique et ont généré un défaut de spin contrôlé cohérent à température ambiante dans le 4H-SiC par implantation H+.
Par la suite, un résonateur SiC a été fabriqué par une méthode de polissage mécano-chimique assistée par laser femtoseconde et le facteur de qualité optique a été mesuré à 7,1 × 106, ce qui est la valeur la plus élevée de la photonique SiC à ce jour.
Grâce à la conversion de fréquence ultra-haute Q, à large bande, un laser Raman en cascade et une fréquence Kerr à large bande passante ont été obtenus. En 2022, la puce photonique 4H-SiC a été intégrée à des sources de photons uniques à base de points quantiques InGaAs par la technique de sélection et de placement.
En concevant des coupleurs verticaux bicouches et des interféromètres multimodes 1 × 2 avec un rapport de division de puissance de 50:50, la génération et le routage très efficace de l’émission de photons uniques dans la puce photonique quantique hybride ont été réalisés.
Le groupe a récemment cherché à fabriquer du 4H-SiCOI avec une faible perte optique et à faciliter la photonique SiC non linéaire et quantique intégrée, en particulier les peignes de Kerr à fréquence soliton large et large bande.
En combinaison avec les progrès de l’optique non linéaire et quantique SiC, on peut s’attendre à une perspective plus large pour l’optique intégrée SiC. Le développement de 4H-SiCOI à faible coût, à l’échelle d’une plaquette et de haute qualité entraînera le développement de l’optique non linéaire et quantique, et même des dispositifs de puissance et de radiofréquence SiC.
Ailun Yi et al, Carbure de silicium pour la photonique intégrée, Examens de physique appliquée (2022). DOI : 10.1063/5.0079649