Het produceren van halfgeleiderlasers op een siliciumwafel is een lang gekoesterd doel voor de elektronica-industrie, maar hun fabricage is een uitdaging gebleken. Nutsvoorzieningen, onderzoekers van A*STAR hebben een innovatieve manier ontwikkeld om ze te produceren die goedkoop is, eenvoudig en schaalbaar.

Hybride siliciumlasers combineren de lichtemitterende eigenschappen van groep III-V-halfgeleiders, zoals galliumarsenide en indiumfosfide, met de volwassenheid van siliciumproductietechnieken. Deze lasers trekken veel aandacht omdat ze goedkope, massaproduceerbare optische apparaten die kunnen worden geïntegreerd met fotonische en micro-elektronische elementen op een enkele siliciumchip. Ze hebben potentieel in een breed scala aan toepassingen, van datacommunicatie op korte afstand tot high-speed, optische transmissie over lange afstanden.

In het huidige productieproces echter, lasers worden gefabriceerd op afzonderlijke III-V halfgeleiderwafels voordat ze individueel worden uitgelijnd op elk siliciumapparaat - een tijdrovende, kostbaar proces dat het aantal lasers dat op een chip kan worden geplaatst, beperkt.

Om deze beperkingen te overwinnen, Doris Keh-Ting Ng en haar collega's van het A*STAR Data Storage Institute hebben een innovatieve methode ontwikkeld voor het produceren van een hybride III-V halfgeleider en silicium-op-isolator (SOI) optische microholte. Dit vermindert de complexiteit van het fabricageproces aanzienlijk en resulteert in een compacter apparaat.

"Het is een hele uitdaging om de hele holte te etsen, " zegt Ng. "Momenteel, er is geen enkel etsrecept en masker waarmee de hele microholte kan worden geëtst, en dus besloten we een nieuwe aanpak te ontwikkelen."

Door eerst een dunne film van III-V-halfgeleider aan een siliciumoxide (SiO2)-wafel te bevestigen met behulp van een SOI-tussenlaag thermisch hechtproces, ze produceerden een sterke binding die ook de noodzaak voor sterke oxidatiemiddelen wegneemt, zoals Piranha-oplossing of fluorwaterstofzuur.

En door een dubbele hardmaskertechniek te gebruiken om de microholte te etsen die het etsen tot de beoogde laag beperkte, ze elimineerden de vereiste om meerdere overlay-lithografie- en etscycli te gebruiken - een uitdagende procedure.

"Onze aanpak vermindert het aantal fabricagestappen, vermindert het gebruik van gevaarlijke chemicaliën, en vereist slechts één lithografiestap om het proces te voltooien, " legt Ng uit.

Het werk presenteert, Voor de eerste keer, een nieuwe heterocore-configuratie en geïntegreerd fabricageproces dat SiO2-tussenlaagbinding bij lage temperatuur combineert met dubbel hard masker, enkele lithografie patronen.

"Het proces maakt het niet alleen mogelijk om heterocore-apparaten te produceren, het vermindert ook de uitdagingen om ze te fabriceren aanzienlijk, en zou kunnen dienen als een alternatieve hybride microholte voor gebruik door de onderzoeksgemeenschap, " zegt Ng.