Heterogeneous integration of silicon nitride and amorphous silicon carbide photonics

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作者
Zizheng Li,Bruno Lopez-Rodriguez,Naresh Sharma,Roald van der Kolk,Thomas Scholte,Harmen Smedes,R. Tufan Erdogan,Jin Chang,Hugo Voncken,Jun Gao,Ali W. Elshaari,Simon Gröblacher,Iman Esmaeil Zadeh
出处
期刊:Cornell University - arXiv [Cornell University]
标识
DOI:10.48550/arxiv.2507.10312
摘要

Amorphous silicon carbide (a-SiC) has emerged as a compelling candidate for applications in integrated photonics, known for its high refractive index, high optical quality, high thermo-optic coefficient, and strong third-order nonlinearities. Furthermore, a-SiC can be easily deposited via CMOS-compatible chemical vapor deposition (CVD) techniques, allowing for precise thickness control and adjustable material properties on arbitrary substrates. Silicon nitride (SiN) is an industrial well-established and well-matured platform, which exhibits ultra-low propagation loss, but it is suboptimal for high-density reconfigurable photonics due to the large minimum bending radius and constrained tunability. In this work, we monolithically combine a-SiC with SiN photonics, leveraging the merits of both platforms, and achieve the a-SiC/SiN heterogeneous integration with an on-chip interconnection loss of 0.32$\pm$0.10 dB, and integration density increment exceeding 4,444-fold. By implementing active devices on a-SiC, we achieve 27 times higher thermo-optic tuning efficiency, with respect to the SiN photonic platform. In addition, the a-SiC/SiN platform gives the flexibility to choose the optimal fiber-to-chip coupling strategy depending on the interfacing platform, with efficient side-coupling on SiN and grating-coupling on a-SiC platform. The proposed a-SiC/SiN photonic platform can foster versatile applications in programmable and quantum photonics, nonlinear optics, and beyond.

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