在硅晶片上生產(chǎn)半導(dǎo)體激光器是電子行業(yè)長(zhǎng)期以來(lái)的目標(biāo)，但事實(shí)證明這種制造工藝極具挑戰(zhàn)性?，F(xiàn)在，A*STAR研究所的研究人員開(kāi)發(fā)了一種新制造方法，這種方法便宜、簡(jiǎn)單而且可擴(kuò)展性強(qiáng)。
混合硅激光器將III-V族半導(dǎo)體（如砷化鎵和磷化銦）的發(fā)光特性與成熟的硅制造技術(shù)相結(jié)合。這些激光器引起了相當(dāng)大的關(guān)注，因?yàn)樗鼈兛梢詫⒐庾雍臀㈦娮釉稍谝粋€(gè)單一的硅芯片，獲得價(jià)格低廉、可批量生產(chǎn)的光學(xué)器件。它們具有廣泛的應(yīng)用前景，從短距離數(shù)據(jù)通信到高速、長(zhǎng)距離光傳輸。
然而，在目前的生產(chǎn)過(guò)程中，在單獨(dú)的III-V半導(dǎo)體晶片上制造激光器，然后將其單獨(dú)對(duì)準(zhǔn)每個(gè)硅器件——這是耗時(shí)又昂貴的工藝，限制了芯片上激光器的數(shù)量。為了克服這些局限性，來(lái)自A*STAR數(shù)據(jù)存儲(chǔ)研究所的Doris Keh-Ting Ng及其同事開(kāi)發(fā)了一種用于生產(chǎn)混合III-V半導(dǎo)體和絕緣體上硅薄膜（SOI）光學(xué)微腔的創(chuàng)新方法。這大大降低了制造工藝的復(fù)雜性，使器件結(jié)構(gòu)更加緊湊。
500nm直徑微盤(pán)的斜角掃描電子顯微鏡圖像。圖片由A*STAR數(shù)據(jù)存儲(chǔ)研究所提供
“蝕刻整個(gè)腔體是非常有挑戰(zhàn)性的，”Ng說(shuō)。“目前，沒(méi)有一個(gè)單一的蝕刻配方和掩模，允許能在整個(gè)微腔蝕刻，所以我們決定開(kāi)發(fā)一種新的方法。”
通過(guò)首先使用SOI層間熱鍵合工藝將III-V半導(dǎo)體薄膜附著到氧化硅（SiO2）晶片上，它們產(chǎn)生很強(qiáng)的鍵合，消除了對(duì)氧化劑如食人魚(yú)刻蝕液或氫氟酸的需要。而且通過(guò)使用雙硬掩模技術(shù)來(lái)蝕刻到預(yù)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(gè)具有挑戰(zhàn)性的過(guò)程。
Ng解釋說(shuō)：“我們的方法減少了制造步驟數(shù)，減少了危險(xiǎn)化學(xué)品的使用，并且整個(gè)過(guò)程只需要一個(gè)光刻步驟來(lái)完成。”
該工作首次引入了一種新的異質(zhì)核配置和集成制造工藝，它將低溫SiO2層間鍵合與雙硬掩模、單光刻圖案結(jié)合起來(lái)。
Ng說(shuō)：“這一過(guò)程不僅能制造出異質(zhì)核器件，而且大大減少了制造工藝的難度，并且可以作為研究領(lǐng)域的另一種混合微腔使用。”
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