La fabrication de lasers à semi-conducteurs hybrides sur des matériaux autres que les substrats de silicium sur isolant (SOI) couramment utilisés s'est avérée difficile. Maintenant, Les chercheurs d'A*STAR ont développé une technique innovante qui peut intégrer les lasers sur une gamme de matériaux différents.

Les lasers hybrides combinent les propriétés d'émission de lumière des semi-conducteurs du groupe III-V comme l'arséniure de gallium et le phosphure d'indium, avec les technologies silicium classiques, offrant des dispositifs photoniques et microélectroniques bon marché pour une application dans des systèmes de télécommunications optiques.

Leur gamme d'applications, cependant, est limitée par les faibles caractéristiques d'émission de lumière des plaquettes de silicium sur isolant (SOI) principalement utilisées comme substrats dans le processus de fabrication. Cela a incité Doris Keh-Ting Ng et ses collègues de l'A*STAR Data Storage Institute à développer une technique innovante pour coller des lasers III-V sur d'autres substrats, que ce soit du silicium, quartz, ou alliages métalliques.

En utilisant une couche ultrafine d'oxyde de silicium pour lier les lasers à un substrat de silicium, les chercheurs ont développé une méthode plus simple, technique plus sûre et plus souple que le collage direct, qui repose sur la liaison chimique entre les surfaces.

« Le défi est de produire un couche extrêmement mince d'oxyde de silicium à la surface du substrat, " explique Ng. " En faisant croître le film sur le substrat de silicium, mais pas sur le substrat III-V, nous avons considérablement réduit la complexité du processus et amélioré la force de la liaison entre les deux matériaux."

Après un premier nettoyage des surfaces avec un solvant organique, les chercheurs ont exposé la surface à un plasma d'oxygène pour augmenter ses propriétés adhésives. Ils ont ensuite initié le processus de collage à température ambiante en rapprochant lentement les deux substrats, pour réduire l'air emprisonné entre eux, assurant un lien beaucoup plus fort.

Le collage a ensuite été réalisé à des températures relativement basses d'environ 220 degrés Celsius, permettre à la couche ultramince d'oxyde de silicium de conduire la chaleur entre les couches, réduire les dommages potentiels aux matériaux, renforcer le lien et éviter le besoin de produits chimiques dangereux, tels que la solution de Piranha et l'acide fluorhydrique, utilisé dans le collage direct.

Le travail démontre un laser sur puce polyvalent qui peut être intégré sur n'importe quelle plate-forme matérielle et pourrait conduire à de nouvelles applications pour les dispositifs photoniques, telles que les technologies de détecteur sur puce et de modulateur sur puce.

"L'approche intercalaire à basse température est plus simple et beaucoup plus sûre que le collage direct, et signifie que les fabricants de laser ne sont pas limités par le choix du substrat, " dit Ng.