Производство полупроводниковых лазеров на кремниевой пластине — давняя цель электронной промышленности, но их изготовление оказалось сложной задачей. Теперь исследователи из A * STAR разработали инновационный способ их производства, который является дешевым, простым и масштабируемым.Гибридные кремниевые лазеры сочетают в себе светоизлучающие свойства полупроводников III-V групп, таких как арсенид галлия и фосфид индия, со зрелостью технологий производства кремния.
Эти лазеры привлекают значительное внимание, поскольку они обещают недорогие, массовые оптические устройства, которые могут интегрироваться с фотонными и микроэлектронными элементами на одном кремниевом кристалле. У них есть потенциал в широком спектре приложений, от передачи данных на короткие расстояния до высокоскоростной оптической передачи на большие расстояния.Однако в текущем производственном процессе лазеры изготавливаются на отдельных полупроводниковых пластинах III-V, прежде чем они будут индивидуально согласованы с каждым кремниевым устройством — трудоемкий и дорогостоящий процесс, который ограничивает количество лазеров, которые можно разместить на кристалле.Чтобы преодолеть эти ограничения, Дорис Кех-Тинг Нг и ее коллеги из Института хранения данных A * STAR разработали инновационный метод производства гибридного полупроводника III-V и оптического микрополости кремния на изоляторе (SOI).
Это значительно снижает сложность процесса изготовления и приводит к более компактному устройству.«Протравить всю полость очень сложно, — говорит Нг. «В настоящее время не существует единого рецепта травления и маски, позволяющей травить всю микрополость, поэтому мы решили разработать новый подход».Приклеив сначала тонкую пленку полупроводника III-V к пластине из оксида кремния (SiO2) с использованием процесса межслойного термоскрепления КНИ, они создали прочную связь, которая также устраняет необходимость в сильных окислителях, таких как раствор Пираньи или плавиковая кислота.
И, используя технику двойной жесткой маски для травления микрополости, которая ограничивала травление намеченным слоем, они устранили необходимость использовать несколько циклов наложенной литографии и травления — сложная процедура.«Наш подход сокращает количество этапов изготовления, снижает использование опасных химикатов и требует только одного этапа литографии для завершения процесса», — поясняет Нг.В работе впервые представлена новая конфигурация гетероядра и интегрированный процесс изготовления, который сочетает в себе низкотемпературное межслойное соединение SiO2 с двойной жесткой маской и формированием единого литографического рисунка.«Этот процесс не только позволяет производить устройства с гетероядными ядрами, но и значительно снижает сложность их изготовления и может служить альтернативой гибридной микрополости для использования исследовательским сообществом», — говорит Нг.
Аффилированные с A * STAR исследователи, участвующие в этом исследовании, представляют Data Storage Institute.