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，因為它們可以將光子和微電子元件集成在一個單一的硅芯片，獲得價格低廉、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、長距離光傳輸。

然而，在目前的生產(chǎn)過程中，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)對準(zhǔn)每個硅器件——這是耗時又昂貴的工藝，限制了芯片上激光器的數(shù)量。為了克服這些局限性，來自A*STAR數(shù)據(jù)存儲研究所的Doris Keh-Ting Ng及其同事開發(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直徑微盤的斜角掃描電子顯微鏡圖像。圖片由A*STAR數(shù)據(jù)存儲研究所提供

“蝕刻整個腔體是非常有挑戰(zhàn)性的，”Ng說。“目前，沒有一個單一的蝕刻配方和掩模，允許能在整個微腔蝕刻，所以我們決定開發(fā)一種新的方法。”

通過首先使用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，消除了對氧化劑如食人魚刻蝕液或氫氟酸的需要。而且通過使用雙硬掩模技術(shù)來蝕刻到預(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——這是一個具有挑戰(zhàn)性的過程。

Ng解釋說：“我們的方法減少了制造步驟數(shù)，減少了危險化學(xué)品的使用，并且整個過程只需要一個光刻步驟來完成。”

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。

Ng說：“這一過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。”