混合硅激光器的新製造技術：可低成本量產！

導讀

最近，新加坡科研人員開發出一種低成本、簡單化、可量產且可拓展的新製造方法，用於在硅晶圓上製造半導體激光器，這種光子器件可廣泛應用於各個領域。

關鍵字

半導體、激光器、硅

背景

眾所周知，硅是用於製造半導體和電子器件的最普遍的材料。由硅材料的製造成的電子設備，例如電子計算機、智能手機、可穿戴設備、智能硬體等等，已廣泛地應用於我們日常生活的方方面面。可是，在硅晶圓上製備半導體激光器，對於電子工業來說，是一個長期目標，因為這項製造工藝是極具挑戰性的。

混合硅激光器，將III-V族半導體例如砷化鎵和磷化銦的發光特性，與成熟的硅製備技術相結合。這些激光器引起了業界的廣泛重視，因為它們廉價且可量產，也能與光學和微電子元件在單個硅晶元上進行集成，具有一些列的潛在應用領域，不管是短距離的數據通信，還是高速、長距離的光學通信。

然而，目前的生產工藝中，激光器在各自獨立的III-V族半導體晶圓上進行製造，然後再單獨地與每個硅器件對齊。這種製造工藝不但耗時，而且成本高，限制了一塊晶元上可以放置的激光器數目。

創新

為了克服這些局限性， 新加坡科技研究局（A*STAR）數據存儲研究所的 Doris Keh-Ting Ng 和她的同事們開發出一種創新方法，用於製備混合III-V族半導體和絕緣硅晶片（SOI）光學光學微腔，極大降低了製造工藝的複雜性，從而帶來了更加小型化的器件，且這種方法是低成本、簡單化、可量產可拓展的。

500納米直徑微盤的斜角掃描電子顯微鏡圖像。

（圖片來源：A*STAR數據存儲研究所）

對此，Ng 評論說：

「蝕刻整個腔體是極具挑戰性的。目前，還沒有單獨的蝕刻recipe和光掩膜的方法，使得整個微腔都能得以蝕刻，所以我們決定開發一種新方法。」

技術

首先，研究人員通過使用SOI層間熱鍵合工藝，將III-V族半導體薄膜附著到二氧化硅（SiO2）晶圓上，從而製造出非常強烈的鍵合，同時也消除了對強氧化劑例如水虎魚溶液或者氫氟酸的需要。

另外，研究人員還通過使用雙硬光掩膜技術，蝕刻被限於蝕刻至目標層的微腔體，從而無需再使用多重覆蓋光刻和蝕刻循環（一項極具挑戰性的工藝）。

這項研究首次展示了一種異核（heterocore ）配置，並且採用了一種新製造工藝，將低溫SiO2層間鍵合與雙硬光雙硬光掩膜、單光刻圖案結合起來。

價值

對於這項研究的價值，我們看看Ng 的解釋：

「我們的方案簡化了製造步驟，減少了危險化學品的使用，且只需要一個光刻步驟就可以完成整個過程。」

「這項工藝不僅使得製造異核器件成為可能，同時也極大降低了製造它們的難度，並且可以作為另外一種混合微腔用於研究領域。」

參考資料

【1】http://www.research.a-star.edu.sg/research/7713/laying-the-foundations-for-hybrid-silicon-lasers

【2】Chee-Wei Lee, Doris Keh-Ting Ng, Ai Ling Tan, Qian Wang. Fabrication
and Demonstration of III–V/Si Heterocore Microcavity Lasers via
Ultrathin Interlayer Bonding and Dual Hard Mask Techniques. ACS Photonics, 2016; 3 (11): 2191 DOI: 10.1021/acsphotonics.6b00794

需要進一步探討交流的朋友，請直接聯繫作者微信：JohnZh1984，或者微信關注公眾號：IntelligentThings。

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！