La production de lasers à semi-conducteurs sur une plaquette de silicium est un objectif de longue date pour l'industrie électronique, mais leur fabrication s'est avérée difficile. Maintenant, les chercheurs d'A*STAR ont développé un moyen innovant de les fabriquer qui est bon marché, simple et évolutif.

Les lasers hybrides au silicium combinent les propriétés d'émission de lumière des semi-conducteurs des groupes III-V, comme l'arséniure de gallium et le phosphure d'indium, avec la maturité des techniques de fabrication du silicium. Ces lasers attirent une attention considérable car ils promettent peu coûteux, dispositifs optiques produits en série pouvant s'intégrer à des éléments photoniques et microélectroniques sur une seule puce de silicium. Ils ont un potentiel dans un large éventail d'applications, de la communication de données à courte distance au haut débit, transmission optique longue distance.

Dans le processus de production actuel, cependant, les lasers sont fabriqués sur des plaquettes semi-conductrices III-V distinctes avant d'être alignés individuellement sur chaque dispositif en silicium, ce qui prend du temps, procédé coûteux qui limite le nombre de lasers pouvant être placés sur une puce.

Pour surmonter ces limites, Doris Keh-Ting Ng et ses collègues de l'A*STAR Data Storage Institute ont développé une méthode innovante pour produire une microcavité optique hybride à semi-conducteur III-V et silicium sur isolant (SOI). Cela réduit considérablement la complexité du processus de fabrication et se traduit par un dispositif plus compact.

"Il est très difficile de graver toute la cavité, " dit Ng. " Actuellement, il n'y a pas de recette et de masque de gravure unique permettant de graver toute la microcavité, et nous avons donc décidé de développer une nouvelle approche."

En fixant d'abord un film mince de semi-conducteur III-V à une plaquette d'oxyde de silicium (SiO2) à l'aide d'un processus de liaison thermique intercouche SOI, ils ont produit une liaison forte qui supprime également le besoin d'agents oxydants forts, comme la solution de Piranha ou l'acide fluorhydrique.

Et en utilisant une technique à double masque dur pour graver la microcavité qui a confiné la gravure à la couche prévue, ils ont éliminé la nécessité d'utiliser plusieurs cycles de lithographie et de gravure par superposition, une procédure difficile.

"Notre approche permet de réduire le nombre d'étapes de fabrication, réduit l'utilisation de produits chimiques dangereux, et ne nécessite qu'une seule étape de lithographie pour terminer le processus, " explique Ng.

L'ouvrage présente, pour la première fois, une nouvelle configuration d'hétérocore et un procédé de fabrication intégré qui combinent une liaison intercouche SiO2 à basse température avec un double masque dur, motif de lithographie unique.

« Le procédé permet non seulement de produire des dispositifs hétérocœurs, cela réduit également considérablement les défis de leur fabrication, et pourrait servir de microcavité hybride alternative à l'usage de la communauté de recherche, " dit Ng.