专业高效
微纳加工公司

写在前面：器件制造（室温键合工艺采用氧化铝作为中间层被PIC行业更多的使用）
制造GaP光子芯片。

1.GaP外延片的获取（MOCVD，市场有商业的现成的）

我们通过金属有机化学气相沉积（MOCVD）在牺牲性[100]取向GaP晶圆上外延生长薄膜，该晶圆在生长前进行重新抛光，以减少丘疹的形成。丘疹是由于商业GaP晶圆的表面污染所引起的，并导致粘合缺陷。所生长的层包括100 nm厚的GaP缓冲层、200 nm厚的Al0.2Ga0.8P层（后用作蚀刻停止层，用于选择性去除牺牲晶圆）和299 nm厚的GaP器件层。

2.Gap EPi和热氧片的键合（室温键合，采用离子束或者原子层沉积的小于10nm的氧化铝作为中间层）--划重点找小编

生长后的GaP晶圆和覆盖有2 μm SiO2的硅晶圆表面通过热原子层沉积（ALD）沉积5 nm的Al2O3进行准备，以便进行晶圆粘接。粘接后，将晶圆退火，以提高粘接的强度和稳定性。

3.薄膜的获取（先减薄硅片，再用化学溶液湿法刻蚀余下的停止层）--划重点，找小编合作伙伴

然后，通过机械打磨去除牺牲GaP晶圆，直到厚度约为50 μm。剩余的牺牲GaP晶圆部分通过在SF6和SiCl4混合气体中进行感应耦合等离子体反应离子刻蚀（ICP-RIE）过程进行干法刻蚀49。当Al0.2Ga0.8P层暴露在等离子体中时，刻蚀速率显著减慢。随后，使用浓缩HCl湿法刻蚀4分钟选择性去除Al0.2Ga0.8P停止层。

4.余下的曝光显影刻蚀包层沉积

芯片表面迅速覆盖3 nm的SiO2，这些SiO2是通过在300°C温度下使用等离子体原子层沉积（ALD）沉积的。这个薄的SiO2层还作为负光刻胶氢硅烷三硅烯（hydrogen silsesquioxane，HSQ）的附着促进剂，后者用于通过电子束光刻对器件进行图案化。螺旋设计为适应单个525 × 525 μm的电子束写入场，以减少可能来自邻近写入场不完美拼接的散射损耗。通过感应耦合等离子体反应离子刻蚀（使用BCl3、Cl2、CH4和H2混合气体）将光刻胶图案转移到GaP中，然后通过将芯片浸泡在缓冲氟化氢中10秒钟去除氢硅烷三硅烯。通过等离子增强化学气相沉积（PECVD）在400°C下使用四乙氧基硅烷（TEOS）作为前驱体施加2 μm厚的SiO2顶层包层。通过250 μm长的反向锥形结构（设计尖端宽度为180 nm），实现了光的高效输入输出耦合。通过次表面吸收激光切割去除芯片的边缘，以暴露反向锥形结构，提供干净的垂直芯片面，并实现高效的光纤到芯片耦合，从而减少整体光学插入损耗。

有感兴趣 6寸 GaPOI的老师 请扫下面二维码

多材料波导平台晶圆

*厚膜LNOI(8寸)/LTOI(6寸)/SLNOI (6寸)/SLTOI(6寸)X切Z切

ALOOI晶圆；--氧化铝薄膜晶圆，键合工艺和镀膜工艺

TAOOI晶圆--氧化钽薄膜晶圆，镀膜工艺

SINOI晶圆；--超低损耗氮化硅薄膜晶圆，

SICOI晶圆；新型量子光学平台

6寸LTOI晶圆批量供应；铌酸锂的有力的竞争对手，薄膜钽酸锂晶圆

8寸LNOI晶圆;8寸LNOI助力更大规模薄膜铌酸锂产品量产

流片： 6寸 氮化硅 铌酸锂 硅光 超高性价比流片， 1个BLOCK的价格买一整片晶圆

划重点--全国产-超高性价比-6 寸硅光-氮化硅-铌酸锂流片白皮书

光学放大是现代通信中至关重要的技术，主要依赖于掺铒光纤放大器（EDFA）1,2。然而，EDFA仅覆盖光纤的低损耗谱的一部分。这促使了超出铒增益窗口工作的放大器的开发。基于固有三阶光学非线性的光学参数放大器（OPA）3,4的开创性工作已导致通道容量的增加。OPA具有高增益，能够达到相位保持放大器的3 dB量子极限，并表现出单向操作。然而，强非线性光纤3,5-8或体波导9,10的功率需求阻碍了它们的应用。相比之下，基于集成光子电路的OPA提供了大幅提高的模式约束和光学非线性，但带宽一直受到限制11,12。我们通过使用低损耗的磷化镓-二氧化硅13-15光子集成电路（PIC）克服了这一挑战，并在仅几厘米长的波导中实现了高达35 dB的参数增益，且具有0.25平方毫米的紧凑足迹。在约140 nm（即17 THz）的超宽带宽度内，我们实现了超过10 dB的光纤到光纤的净增益，与C波段EDFA相比，增益窗口增加了三倍。我们进一步展示了输入信号的高动态范围，跨越六个数量级，同时保持低噪声因子。我们利用这些性能特点放大相干通信信号。这标志着，按照我们的了解，这是首个超宽带、高增益、连续波放大器在光子芯片上的实现，为下一代集成光子学开辟了新的能力。

光纤和宽带放大技术在时间连续的光信号放大方面为现代科学和技术提供了关键进展，特别是在光通信领域，用于长距离信息传输。

跨洲光纤网络的一个重要突破是引入了掺铒光纤放大器（EDFA）1,2，这种放大器能够同时放大多个波长的光信号，并消除了频繁的电子信号再生的需求。因此，EDFA在全球互联网的扩展中起到了决定性作用。为了扩展光增益带宽，人们已采取了通过拉曼辅助EDFA16和半导体光放大器（SOA）17的技术。与基于稀土掺杂光纤或新近开发的稀土掺杂光子集成电路（PIC）18,19的放大器不同，光学参数放大器（OPA）依赖于光学材料的固有非线性特性来产生增益。这些设备，在文献中也被称为行波参数放大器，最初是在微波领域开发的，例如，它们提供量子极限放大，用于量子比特读取20。

OPA具有独特的特性，使其与其他放大手段有所不同3,4。放大窗口的形状完全由光学色散决定，仅受材料的透明度和其非线性吸收阈值的限制。中心频率是可调的，提供了信号处理的灵活性。参数放大提供了频率转换的能力，通过产生伴随的闲置波，该波携带与输入信号相同的信息，但频率不同21,22。通过反转闲置波的光学相对于信号的相位，可以用于补偿色散并减轻传输系统中的非线性效应23-25。克尔非线性提供了几乎瞬时的响应，使OPA能够快速工作。与铒增益不同，参数增益可以通过变化光驱动力来现场调节，同时保持低噪声因子，这对于弱输入信号的放大至关重要。此外，OPA工作接近量子噪声极限，提供无噪声的相位敏感放大，因此具有增加长途光纤链路跨度的潜力26,27。最后，OPA是单向的，使其能够抵抗光反馈和寄生激光，这些问题在高增益情况下容易发生。

到目前为止，只有在基于光纤或大块晶体系统中展示了具有显著增益的OPA的时间连续运行。例如，可以使用数百米的高非线性光纤构造OPA3,5-8，但它们需要减轻强烈的布里渊散射。另一种选择是使用机械切割的铌酸锂波导9,10，其中的χ(2)非线性需要周期性极化以实现准相位匹配，并且由于模式面积较大且弯曲损失过大，其性能受限。相比之下，光子集成电路（PIC），特别是集成波导，等同于光纤OPA，提供了大幅增加的参数增益系数g γ = (P κ P) −2 2 ( /2)（参考文献3,28），该增益系数由有效非线性γ = n2ωP/cAeff和相位不匹配参数κ决定；这里n2是克尔非线性，Aeff是有效非线性模式面积，ωP是泵浦角频率，PP是泵浦功率。通过选择合适的材料，PIC可以表现出强大的克尔非线性，同时具有较高的线性折射率，从而大大减少了模式面积。该材料还应具有可忽略的双光子吸收和高光学损伤阈值。迄今为止，研究过的集成光子平台包括硅29-33、硫族化物34、Si7N3（参考文献35）、AlGaAs（参考文献36）和高度掺杂的硅光纤37。但这些材料尚未在连续泵浦模式下产生净增益，这是大多数应用中需要的时间变化信号的要求。最近，随着超低损耗Si3N4集成光子波导的进展38，已经实现了具有净增益的连续波参数放大11,12。然而，这种方法仍然需要应对高泵浦功率水平、米长波导、有限增益和窄带宽的问题。

在这里，我们通过展示一种紧凑型、超宽带、高增益的基于光子集成电路的OPA，解决了这些挑战。

图 1 | 集成 GaP 光子波导中的光学连续波参量放大。a、集成螺旋波导中的宽带光学参量放大原理。强泵浦波和小信号波在波导中共同传播，导致信号放大并产生第三波，即闲频波。信号波的频率可以在放大带宽内的很宽范围内选择。

b、最先进的 EDFA 的典型放大带宽（绿色，C 波段；黄色，L 波段）与集成 GaP 参量放大器的放大带宽（红色，在本工作中实现；蓝色，如果进一步优化）的比较。增益值仅供参考，不用于直接比较。

c、带有多个螺旋波导和其他测试结构的制造光子芯片的光学显微镜图像。比例尺，1 毫米。

d、5 厘米长的螺旋波导的放大光学显微镜图像。考虑到芯片宽度为 0.55 cm，总波导长度为 5.55 cm。比例尺，50 μm。

e，多个波导转弯的扫描电子显微镜图像。比例尺，5 μm。

f，类似于本研究中使用的倒锥形面的扫描电子显微镜图像，用于将光耦合到 GaP 波导中。比例尺，150 nm。

g，制造芯片的材料堆栈

光增益测量 我们使用薄膜磷化镓（GaP）在二氧化硅上创建了一个OPA，OPA包含一个色散工程化波导，工作于接近1550 nm的泵浦波长（有关制造的详细信息，见方法部分）。GaP结合了高光学折射率（n = 3.05）与强大的克尔非线性（n2 = 1.1 × 10−17 m2W−1）和间接带隙（Eg = 2.24 eV），足够大以减轻在通信波长下的双光子吸收。这个独特的特性汇聚使得生成低阈值频率梳14和耗散克尔孤子15成为可能。我们估算了本研究中GaP波导的有效非线性为γ = 165 W−1m−1，比Si3N4波导11中报告的0.51 W−1m−1大300多倍，从而实现了波导长度减少35倍和器件足迹减少60倍。制造技术的进步14,15使我们能够将GaP波导的光学传播损耗降低到S波段、C波段和L波段内平均为0.8 dB cm−1（见方法部分），并实现了高粘接产率和低缺陷密度。这些进展对于成功制造厘米长波导螺旋至关重要，且器件足迹仅为500 × 500 μm2（图1c–g和方法部分）。

图 2 | 在 GaP 螺旋波导中观察宽带连续波参量放大。a，实验装置示意图。（D）VOA，（数字）可变光衰减器；PC，偏振控制器；PM，功率计；TBPF，可调带通滤波器。b，宽带增益测量中使用的 OSA 的“最大保持”设置原理。每次新扫描时，OSA 仅记录和更新测量范围内的最高值，而信号激光的波长会缓慢扫描以覆盖整个放大带宽。c，针对各种片外泵浦功率测量的放大光谱。OSA 的分辨率带宽为 2 nm。本实验未使用信号路径中的 EDFA 和 DVOA。 d、e、针对高达 4.13 W 的各种输入泵浦功率计算出的闲置光转换效率 (CE) 和信号放大光谱。f、放大器输出端波长为 1,605 nm 的片外信号功率与输入光纤处的信号和泵浦功率的关系。OSA 的分辨率带宽为 0.1 nm。虚线是输入信号功率等于输出信号功率的边界。g、作为信号输入功率的函数的 OPA 噪声系数测量。虚线表示相位不敏感放大器的 3-dB 量子极限。

我们通过单个泵浦操作OPA，利用退化四波混频（FWM）放大信号，利用光学克尔效应（图1a）。光能通过湮灭两个泵浦光子来放大处于不同频率的信号光子，同时在与泵浦激光频率等距的另一频率处生成相位共轭的闲频光子，但方向相反。光学克尔效应的近乎瞬时作用需要在波导中进行相位匹配以实现高效放大，即κ = Δβ + 2γPP要尽可能小，其中Δβ是线性传播不匹配，Δβ ≈ β2(ωS − ωP)² + β4(ωS − ωP)/12 + …，β2和β4分别是光学传播常数β关于角频率ω的二阶和四阶导数，β在泵浦频率ωP处评估，ωS是信号的角频率。只有偶数阶色散项对放大谱形有贡献。当色散略为反常（β2 < 0）时，最大光学带宽得以实现，同时线性相位不匹配Δβ由非线性相位不匹配2γPP弥补，后者来源于自相位和交叉相位调制。在长度为L的波导中，峰值增益定义为GS = 1 + (sinh(−ΔβLeff/2))²，其中Leff = (1 − exp(−αL))/α是有效长度，α是线性传播损耗。图1b展示了优化GaP OPA的增益谱与C波段和L波段EDFAs的对比。优化后的GaP波导截面为789 × 299 nm²，β2 = −16 fs²·mm⁻¹，β4 = 3,547 fs⁴·mm⁻¹。信号和闲频增益区域从光学O波段的约1,300 nm延伸到1,900 nm，远远超出硅光纤通信中使用的最长波长。我们发现，这项工作中使用的波导展示了比我们模拟预期更强的反常色散，β2 = −124 fs²·mm⁻¹。我们使用与文献11中描述的方法相同的方式，测量了5.55 cm长、299 nm高、设计宽度为780 nm的GaP螺旋波导的连续波放大谱。图2a和b展示了用于测量参量增益的实验设置和记录方案（参见方法），图2c展示了功率标定后的放大谱。在靠近泵浦波长的光谱区域，我们观察到一个扩展的峰，这源于安装在泵浦光路中的EDFA的放大自发辐射（ASE）泄漏；我们的可调滤波器带宽为1 nm，有限的抑制比为30 dB。频率转换和放大谱（图2d、e）通过比较在不同泵浦功率水平下（红色至橙色）信号激光（设置为1.5 μW）扫描时记录的输出谱与泵浦关闭时获得的输出谱（黑色）来确定。从1.00 W增加到4.13 W的输入功率时，我们观察到增益、转换效率和放大带宽增加，符合已建立的理论3,28。正如预期的那样，我们观察到增益随泵浦功率的线性变化呈指数增加。生成的闲频光谱从1,550 nm延伸到大约1,480 nm，在最高泵浦功率下。图2c中，扫描范围外产生的杂散光（外部阴影区域）来自非退化FWM。因此，我们仅计算从1,480 nm到1,540 nm的内部闲频转换效率（图2d）以及从1,560 nm到1,630 nm的内部信号增益（图2e）。我们分别测量了OPA的被动传输损耗，即插入损耗，通过绕过透镜光纤和芯片；图2e中绘制的黑线是绕过和通过芯片传输的光谱的比值。为了计算芯片外净增益，我们减去了10–12 dB的插入损耗，揭示了最高可达GS = 25 dB的净增益，在70 nm的带宽范围内GS > 10 dB。假设泵浦的短波长侧有对称增益谱，我们估计10 dB的芯片外增益区域超过140 nm，即17 THz。这一带宽几乎是之前Si3N4研究（参考文献11）报告的十倍，几乎是单个C波段EDFA带宽的三倍。为了研究最大信号输出功率和放大器的饱和功率，我们对1,605 nm波长下的信号进行功率扫描（图2f）。在这里，我们使用了一种设计波导宽度为790 nm的不同螺旋波导；该螺旋波导还用于剩余实验。测量在光谱分析仪（OSA）分辨带宽设为0.1 nm的情况下进行。在4.43 W的泵浦功率下，饱和的芯片外信号输出功率超过125 mW，对应于波导输出的220 mW功率。因此，芯片上的功率转换效率达到了9%，受限于波导传播损耗。在这里，我们还展示了在大动态范围内实现低噪声增益的能力。放大的线性、小信号区域扩展到几乎0 dBm的信号输入功率，在最高泵浦功率4.43 W下。对于2.01 W的泵浦功率，增益在测量的整个输入功率范围内是线性的，扩展了超过六个数量级，仅受限于我们的测量设置；原则上，参量放大不会对信号输入功率设置下限。我们从测量的信号放大和自发参量荧光背景40计算放大器的噪声因子（参见方法）。在小信号增益区域，芯片外噪声因子接近6 dB。由于输入端面的信噪比（SNR）退化是不可逆的，我们考虑到芯片输入端面的耦合损耗为2.5 dB，发现对于饱和前广泛的信号功率范围，芯片上的噪声因子小于4 dB（图2g）。

光学频率梳的放大

图3 | 使用GaP OPA放大光学频率梳
a，电光（EO）频率梳（上）和耗散克尔孤子频率梳（下）的放大和频率转换示意图。
b，放大后的（红色）和输入的（蓝色）EO频率梳光谱，显示出超过20 dB的光纤到光纤净增益。为更好地显示，添加了包络线。
c，与b相同，但放大的是由Si3N4微环腔中的单个孤子态产生的100 GHz频率梳。插图显示了由于退化四波混频（FWM）导致的频率转换闲频梳线的出现。两个光谱中在更长波长处噪声底部的增加是由于接近OSA测量范围的结束。两次实验中OSA的分辨带宽为0.02 nm。

为了突出这种宽带OPA的应用潜力，我们使用低功率和高重复率的频率梳源作为信号，进行进一步的放大实验。在图3a中，我们示意性地展示了两种注入频率梳的放大和闲频生成：窄带电光（EO）梳15和宽带耗散克尔孤子梳41。EO梳的中心波长约为1,600 nm，线间隔为16 GHz，总信号功率为10.5 μW。当与1,550 nm的4.12 W泵浦一起通过放大器传输时，我们观察到超过20 dB的光纤到光纤的净增益（图3b）。参考数据集（蓝色）通过绕过透镜光纤和光子芯片进行测量。我们用一个由Si3N4微环谐振器生成的耗散克尔孤子状态41形成的频率梳进行了相同的实验。孤子梳的总功率为76 μW，重复率为100 GHz。在最高增益的光谱区域，远离位于1,552.8 nm的孤子泵浦，单个线的输入功率降至几纳瓦特，而靠近泵浦的初始功率较高的线经历较小的增益。如预期的那样，生成了一个与泵浦频率对称的闲频梳，并且输出光谱的线密度加倍（图3c，红色）。在所有可用波导中，都观察到了一个小的特征，出现在放大光谱中，约在1,651 nm处，可以归因于GaP中的拉曼散射（参考文献14,42）。放大后扁平化的光谱清楚地表明，GaP OPA可以处理多个频率线的同时输入，跨越宽带宽，并且当在小信号区间操作时，参量增益与单个输入频率时一样高。此外，我们再次观察到对非常小输入信号的放大，最低的梳状线功率低至1 nW，这是典型的EDFA无法实现的。

相干通信与调制传输

图4 | 相干数据传输实验
a，通信实验中使用的简化示意图。AWG，任意波形发生器；FBG，光纤布拉格光栅；OSC，示波器。
b，使用与上文相同的OSA测量的芯片输出的标定光谱（此处未显示）。为更快地获取数据，分辨带宽设置为0.2 nm。
c–e，三次测量的星座图和调制误差比（MER）：光纤到光纤参考、放大信号和生成的闲频。

为了进一步展示GaP OPA在相干通信中的潜力，我们建立了一个10 GBd的通信链路，如图4a所示。我们发送一个在1,605 nm信号波长（L波段）上的四相位调制（QPSK）编码伪随机比特序列到我们的OPA，然后进行放大信号的外差测量。此外，使用另一激光作为局部振荡器（LO），我们测量了调制传输到大约1,502 nm（S波段）的闲频。信号波长选择在最大增益区域，同时考虑到可用设备的限制。图4b显示了开关泵浦后的OPA输出光谱。内部增益超过30 dB，这足以补偿芯片上的耦合和传播损耗（在所选信号波长下，总损耗 barely超过10 dB），甚至补偿芯片前分配器的10 dB损耗以及过滤部分和波分复用器（WDM）中的4 dB损耗，因此我们实现了考虑所有损耗的正净增益（见方法）。接收到的信号功率为26 μW，闲频功率为32 μW；由于闲频波长的损耗较低，闲频功率高于信号功率。LO功率为29.1 mW（信号测量）和27.7 mW（闲频）。作为参考，我们测量了直接从发射器通过光纤发送到接收器的信号，绕过所有其他组件且没有衰减。我们对数据进行了数字后处理和分析，并为三种测量绘制了星座图——光纤参考、信号和闲频（分别见图4c–e）。作为衡量标准，对于每次测量，我们估计了调制误差比（MER）43，定义为理想符号向量的大小的平方和与符号误差向量的大小的平方和之比（见方法）。GaP OPA中的闲频转换效率足够高，能够生成与放大信号同等功率水平的闲频。这消除了对闲频进一步放大的需求，因为它已足够强大，可以直接用于带间信号转换。

讨论

总之，使用集成的GaP光子平台，我们实现了OPA的高净增益和宽带相位无关操作。最大光纤到光纤的净增益达到25 dB，结合信号和闲频的10 dB增益带宽为140 nm，远大于EDFA和现有连续波参量放大系统的带宽8,10,11。我们展示了GaP波导在频率梳放大、相干光数据流和光学信号放大中的实际应用潜力，覆盖并延伸至超过60 dB的动态范围，完全覆盖并超出从−26 dBm到0 dBm的输入功率和从−8 dBm到6 dBm的输出功率，这些都是电信技术中的典型要求44。能够在大动态范围内放大微弱的光信号，对于超越相干通信的各种应用可能具有决定性作用，包括LiDAR45、自由空间通信和传感。此外，集成OPA可以用于需要在特定频段放大的地方，如用于甲烷检测的1,650 nm或需要在1,300 nm进行放大的光学相干断层扫描应用，目前没有基于稀土离子的芯片级放大器。OPA具有单向增益，减少了在参量放大器后光学路径中对光学隔离器的需求，特别是在依赖级联放大链的系统中。虽然目前无法去除通常用于在OPA系统中实现高泵浦功率的EDFA中的隔离器，但它们在未来可能会被半导体激光二极管取代，因为进一步减少光学传播损耗将大大降低所需的泵浦功率。我们的芯片级GaP OPA解决了阻碍光纤OPA系统广泛应用的一些关键挑战。从更广泛的角度来看，结果标志着基于非线性光子集成电路（PIC）的放大器在性能上超越了传统光纤系统的一个例子。波导的色散可以根据需要进行设计，因为它是通过光刻定义的，而波导的短长度确保了宽带宽46并减少了对制造缺陷的敏感性，这与长达数百米的光纤相比有所不同。集成波导的低布里渊增益消除了增加泵浦相位调制器的技术复杂性7,8,26,47。最后，OPA原则上可以实现比EDFA更低的噪声因子，并且比我们在这里展示的更低，因为它可以作为相位敏感放大器12,27工作，从而降低噪声至量子极限以下，同时将峰值增益提高6 dB。

我们的结果标志着紧凑型、高性能、基于PIC的光学集成OPA的出现，这些OPA具有大带宽和高增益，具有从实验室转向未来光通信系统的潜力。宽带OPA可能在各种未来系统配置中找到应用。例如，参量放大的光纤链路中的非线性失真可以通过交替传播信号和相位共轭闲频光子，穿过连续的光纤链路部分来缓解48。

作者：Nikolai Kuznetsov1,5, Alberto Nardi1,2,5, Johann Riemensberger1,4,5, Alisa Davydova1,

Mikhail Churaev1, Paul Seidler2 ✉ & Tobias J. Kippenberg1,3 ✉

Institute of Physics, Swiss Federal Institute of Technology Lausanne (EPFL), Lausanne, Switzerland. 2IBM Research Europe – Zurich, Rüschlikon, Switzerland. 3Institute of Electrical and Micro

Engineering (IEM), Swiss Federal Institute of Technology Lausanne (EPFL), Lausanne, Switzerland. 4Present address: Department of Electronic Systems, Norwegian University of Science and

Technology (NTNU), Trondheim, Norway

方法
器件制造
我们使用与参考文献14补充信息中所述类似的工艺制造GaP光子芯片。我们通过金属有机化学气相沉积（MOCVD）在牺牲性[100]取向GaP晶圆上外延生长薄膜，该晶圆在生长前进行重新抛光，以减少丘疹的形成。丘疹是由于商业GaP晶圆的表面污染所引起的，并导致粘合缺陷。所生长的层包括100 nm厚的GaP缓冲层、200 nm厚的Al0.2Ga0.8P层（后用作蚀刻停止层，用于选择性去除牺牲晶圆）和299 nm厚的GaP器件层。生长后的GaP晶圆和覆盖有2 μm SiO2的硅晶圆表面通过热原子层沉积（ALD）沉积5 nm的Al2O3进行准备，以便进行晶圆粘接。粘接后，将晶圆退火，以提高粘接的强度和稳定性。然后，通过机械打磨去除牺牲GaP晶圆，直到厚度约为50 μm。剩余的牺牲GaP晶圆部分通过在SF6和SiCl4混合气体中进行感应耦合等离子体反应离子刻蚀（ICP-RIE）过程进行干法刻蚀49。当Al0.2Ga0.8P层暴露在等离子体中时，刻蚀速率显著减慢。随后，使用浓缩HCl湿法刻蚀4分钟选择性去除Al0.2Ga0.8P停止层。芯片表面迅速覆盖3 nm的SiO2，这些SiO2是通过在300°C温度下使用等离子体原子层沉积（ALD）沉积的。这个薄的SiO2层还作为负光刻胶氢硅烷三硅烯（hydrogen silsesquioxane，HSQ）的附着促进剂，后者用于通过电子束光刻对器件进行图案化。螺旋设计为适应单个525 × 525 μm的电子束写入场，以减少可能来自邻近写入场不完美拼接的散射损耗。通过感应耦合等离子体反应离子刻蚀（使用BCl3、Cl2、CH4和H2混合气体）将光刻胶图案转移到GaP中，然后通过将芯片浸泡在缓冲氟化氢中10秒钟去除氢硅烷三硅烯。通过等离子增强化学气相沉积（PECVD）在400°C下使用四乙氧基硅烷（TEOS）作为前驱体施加2 μm厚的SiO2顶层包层。通过250 μm长的反向锥形结构（设计尖端宽度为180 nm），实现了光的高效输入输出耦合。通过次表面吸收激光切割去除芯片的边缘，以暴露反向锥形结构，提供干净的垂直芯片面，并实现高效的光纤到芯片耦合，从而减少整体光学插入损耗。