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混合硅激光器可用于批量生产光学器件

导读: 在硅晶片上生产半导体激光器是电子行业长期以来的目标,但事实证明这种制造工艺极具挑战性。现在,A*STAR研究所的研究人员开发了一种新制造方法,这种方法便宜、简单而且可扩展性强。

在硅晶片上生产半导体激光器是电子行业长期以来的目标,但事实证明这种制造工艺极具挑战性。现在,A*STAR研究所的研究人员开发了一种新制造方法,这种方法便宜、简单而且可扩展性强。

混合硅激光器将III-V族半导体(如砷化镓和磷化铟)的发光特性与成熟的硅制造技术相结合。这些激光器引起了相当大的关注,因为它们可以将光子和微电子元件集成在一个单一的硅芯片,获得价格低廉、可批量生产的光学器件。它们具有广泛的应用前景,从短距离数据通信到高速、长距离光传输。

然而,在目前的生产过程中,在单独的III-V半导体晶片上制造激光器,然后将其单独对准每个硅器件——这是耗时又昂贵的工艺,限制了芯片上激光器的数量。为了克服这些局限性,来自A*STAR数据存储研究所的Doris Keh-Ting Ng及其同事开发了一种用于生产混合III-V半导体和绝缘体上硅薄膜(SOI)光学微腔的创新方法。这大大降低了制造工艺的复杂性,使器件结构更加紧凑。

500nm直径微盘的斜角扫描电子显微镜图像。图片由A*STAR数据存储研究所提供

“蚀刻整个腔体是非常有挑战性的,”Ng说。“目前,没有一个单一的蚀刻配方和掩模,允许能在整个微腔蚀刻,所以我们决定开发一种新的方法。”

通过首先使用SOI层间热键合工艺将III-V半导体薄膜附着到氧化硅(SiO2)晶片上,它们产生很强的键合,消除了对氧化剂如食人鱼刻蚀液或氢氟酸的需要。而且通过使用双硬掩模技术来蚀刻到预期层的微腔,他们消除了使用多重覆盖光刻和蚀刻周期的要求——这是一个具有挑战性的过程。

Ng解释说:“我们的方法减少了制造步骤数,减少了危险化学品的使用,并且整个过程只需要一个光刻步骤来完成。”

该工作首次引入了一种新的异质核配置和集成制造工艺,它将低温SiO2层间键合与双硬掩模、单光刻图案结合起来。

Ng说:“这一过程不仅能制造出异质核器件,而且大大减少了制造工艺的难度,并且可以作为研究领域的另一种混合微腔使用。”

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