混合硅激光器可用於大規模生產光子器件

500nm直徑微盤的斜角掃描電子顯微鏡圖像

圖片由A*STAR數據存儲研究所提供

在硅晶片上生產半導體激光器是電子行業長期以來的目標，但事實證明這種製造工藝極具挑戰性。現在，A*STAR研究所的研究人員開發了一種新製造方法，這種方法便宜、簡單而且可擴展性強。

混合硅激光器將III-V族半導體（如砷化鎵和磷化銦）的發光特性與成熟的硅製造技術相結合。這些激光器引起了相當大的關注，因為它們可以將光子和微電子元件集成在一個單一的硅晶元，獲得價格低廉、可批量生產的光學器件。它們具有廣泛的應用前景，從短距離數據通信到高速、長距離光傳輸。

然而，在目前的生產過程中，在單獨的III-V半導體晶片上製造激光器，然後將其單獨對準每個硅器件——這是耗時又昂貴的工藝，限制了晶元上激光器的數量。為了克服這些局限性，來自A*STAR數據存儲研究所的Doris Keh-Ting Ng及其同事開發了一種用於生產混合III-V半導體和絕緣體上硅薄膜（SOI）光學微腔的創新方法。這大大降低了製造工藝的複雜性，使器件結構更加緊湊。

「蝕刻整個腔體是非常有挑戰性的，」Ng說。「目前，沒有一個單一的蝕刻配方和掩模，允許能在整個微腔蝕刻，所以我們決定開發一種新的方法。」

通過首先使用SOI層間熱鍵合工藝將III-V半導體薄膜附著到氧化硅（SiO2）晶片上，它們產生很強的鍵合，消除了對氧化劑如食人魚刻蝕液或氫氟酸的需要。而且通過使用雙硬掩模技術來蝕刻到預期層的微腔，他們消除了使用多重覆蓋光刻和蝕刻周期的要求——這是一個具有挑戰性的過程。

Ng解釋說：「我們的方法減少了製造步驟數，減少了危險化學品的使用，並且整個過程只需要一個光刻步驟來完成。

該工作首次引入了一種新的異質核配置和集成製造工藝，它將低溫SiO2層間鍵合與雙硬掩模、單光刻圖案結合起來。

Ng說：「這一過程不僅能製造出異質核器件，而且大大減少了製造工藝的難度，並且可以作為研究領域的另一種混合微腔使用。」

來源：中國光學期刊網

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