Fremstilling af hybrid siliciumlasere til masseproducerede fotoniske enheder

Fremstilling af halvlederlasere på en siliciumskive er et langvarigt mål for elektronikindustrien, men deres fremstilling har vist sig udfordrende. Nu, forskere ved A*STAR har udviklet en innovativ måde at fremstille dem på, der er billige, enkel og skalerbar.

Hybride siliciumlasere kombinerer de lysemitterende egenskaber for halvlederne i gruppe III – V, som galliumarsenid og indiumphosphid, med modenhed af siliciumfremstillingsteknikker. Disse lasere tiltrækker betydelig opmærksomhed, da de lover billige, masseproducerbare optiske enheder, der kan integreres med fotoniske og mikroelektroniske elementer på en enkelt siliciumchip. De har potentiale i en lang række applikationer, fra datakommunikation over korte afstande til højhastighed, langdistanceoptisk transmission.

I den nuværende produktionsproces, imidlertid, lasere fremstilles på separate III – V halvlederplader, før de tilpasses individuelt til hver siliciumenhed-en tidskrævende, dyr proces, der begrænser antallet af lasere, der kan placeres på en chip.

For at overvinde disse begrænsninger, Doris Keh-Ting Ng og hendes kolleger fra A*STAR Data Storage Institute har udviklet en innovativ metode til fremstilling af en hybrid III – V halvleder og silicium-on-isolator (SOI) optisk mikrokavitet. Dette reducerer i høj grad kompleksiteten af ​​fremstillingsprocessen og resulterer i en mere kompakt enhed.

"Det er meget udfordrende at ætse hele hulrummet, "siger Ng." I øjeblikket er der er ingen enkelt ætsningsopskrift og maske, der gør, at hele mikrohulen kan ætses, og derfor besluttede vi at udvikle en ny tilgang. "

Ved først at fastgøre en tynd film af III – V halvleder til en siliciumoxid (SiO2) skive ved hjælp af en SOI -mellemlags termisk bindingsproces, de producerede en stærk binding, der også fjerner behovet for stærke oxidationsmidler, såsom Piranha -opløsning eller flussyre.

Og ved at bruge en dobbelt hårdmasketeknik til at ætske mikrohulen, der begrænsede ætsningen til det tilsigtede lag, de eliminerede kravet om at bruge flere overlejringslitografi og ætsningscykler - en udfordrende procedure.

"Vores tilgang reducerer antallet af fremstillingstrin, reducerer brugen af ​​farlige kemikalier, og kræver kun et litografi trin for at fuldføre processen, "forklarer Ng.

Værket præsenterer, for første gang, en ny heterocore-konfiguration og integreret fremstillingsproces, der kombinerer lavtemperatur SiO2-mellemlagsbinding med dobbelt hårdmaske, enkelt litografi mønster.

"Processen gør det ikke kun muligt at producere heterocore -enheder, det reducerer også i høj grad udfordringerne ved at fremstille dem, og kunne tjene som en alternativ hybridmikrohule til brug for forskersamfundet, «siger Ng.