新加坡科学家开发出制造混合硅激光器的新技术：可低成本量产！

导读

最近，新加坡科研人员开发出一种低成本、简单化、可量产且可拓展的新制造方法，用于在硅晶圆上制造半导体激光器，这种光子器件可广泛应用于各个领域。

关键字

半导体、激光器、硅

背景

众所周知，硅是用于制造半导体和电子器件的最普遍的材料。由硅材料的制造成的电子设备，例如电子计算机、智能手机、可穿戴设备、智能硬件等等，已广泛地应用于我们日常生活的方方面面。可是，在硅晶圆上制备半导体激光器，对于电子工业来说，是一个长期目标，因为这项制造工艺是极具挑战性的。

混合硅激光器，将III-V族半导体例如砷化镓和磷化铟的发光特性，与成熟的硅制备技术相结合。这些激光器引起了业界的广泛重视，因为它们廉价且可量产，也能与光学和微电子元件在单个硅芯片上进行集成，具有一些列的潜在应用领域，不管是短距离的数据通信，还是高速、长距离的光学通信。

然而，目前的生产工艺中，激光器在各自独立的III-V族半导体晶圆上进行制造，然后再单独地与每个硅器件对齐。这种制造工艺不但耗时，而且成本高，限制了一块芯片上可以放置的激光器数目。

创新

为了克服这些局限性， 新加坡科技研究局（A*STAR）数据存储研究所的 Doris Keh-Ting Ng 和她的同事们开发出一种创新方法，用于制备混合III-V族半导体和绝缘硅晶片（SOI）光学光学微腔，极大降低了制造工艺的复杂性，从而带来了更加小型化的器件，且这种方法是低成本、简单化、可量产可拓展的。

500纳米直径微盘的斜角扫描电子显微镜图像。

（图片来源：A*STAR数据存储研究所）

对此，Ng 评论说：

“蚀刻整个腔体是极具挑战性的。目前，还没有单独的蚀刻recipe和光掩膜的方法，使得整个微腔都能得以蚀刻，所以我们决定开发一种新方法。”

技术

首先，研究人员通过使用SOI层间热键合工艺，将III-V族半导体薄膜附着到二氧化硅（SiO2）晶圆上，从而制造出非常强烈的键合，同时也消除了对强氧化剂例如水虎鱼溶液或者氢氟酸的需要。

另外，研究人员还通过使用双硬光掩膜技术，蚀刻被限于蚀刻至目标层的微腔体，从而无需再使用多重覆盖光刻和蚀刻循环（一项极具挑战性的工艺）。

这项研究首次展示了一种异核（heterocore ）配置，并且采用了一种新制造工艺，将低温SiO2层间键合与双硬光双硬光掩膜、单光刻图案结合起来。

价值

对于这项研究的价值，我们看看Ng 的解释：

“我们的方案简化了制造步骤，减少了危险化学品的使用，且只需要一个光刻步骤就可以完成整个过程。”

“这项工艺不仅使得制造异核器件成为可能，同时也极大降低了制造它们的难度，并且可以作为另外一种混合微腔用于研究领域。”

参考资料

【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

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