Att tillverka hybrid halvledarlasrar på andra material än de vanliga kisel-på-isolatorn (SOI) -substraten har visat sig vara utmanande. Nu, A*STAR -forskare har utvecklat en innovativ teknik som kan integrera lasrarna i en rad olika material.

Hybridlasrar kombinerar de ljusemitterande egenskaperna hos grupp III-V halvledare som galliumarsenid och indiumfosfid, med konventionell kiselteknologi, erbjuder billiga fotoniska och mikroelektroniska enheter för tillämpning i optiska telekommunikationssystem.

Deras användningsområde, dock, begränsas av de dåliga ljusemitterande egenskaperna hos kisel-på-isolatorn (SOI) -skivor som oftast används som substrat i tillverkningsprocessen. Detta fick Doris Keh-Ting Ng och kollegor från A*STAR Data Storage Institute att utveckla en innovativ teknik för att fästa III-V-lasrar på andra underlag, vare sig det är kisel, kvarts, eller metalllegeringar.

Genom att använda ett ultratunt lager av kiseloxid för att binda lasrarna till ett kiselsubstrat, forskarna utvecklade en enklare, säkrare och mer flexibel teknik än direkt bindning, som bygger på kemisk bindning mellan ytorna.

"Utmaningen är att skapa en smidig, extremt tunt lager av kiseloxid på ytan av substratet, "förklarar Ng." Genom att odla filmen på kiselsubstratet, men inte på III-V-substratet, Vi minskade kraftigt processens komplexitet och förbättrade styrkan i bindningen mellan de två materialen. "

Efter första rengöring av ytorna med ett organiskt lösningsmedel, forskarna exponerade ytan för en syreplasma för att öka dess vidhäftningsegenskaper. De inledde sedan bindningsprocessen vid omgivningstemperatur genom att de två substraten långsamt sammanfördes, för att minska luften som sitter mellan dem, säkerställa ett mycket starkare band.

Limningen slutfördes sedan vid relativt låga temperaturer på cirka 220 grader Celsius, låter det ultratunna skiktet av kiseloxid leda värme mellan skikten, minska eventuella skador på materialen, stärka bandet och undvika behovet av farliga kemikalier, såsom Piranha -lösning och fluorvätesyra, används vid direkt bindning.

Arbetet visar en mångsidig on-chip laser som kan integreras på valfri materialplattform och kan leda till nya applikationer för fotoniska enheter, såsom detektor-på-chip och modulator-på-chip-teknik.

"Lågtemperatur mellanlagers tillvägagångssätt är enklare och mycket säkrare än direkt bindning, och innebär att lasertillverkare inte begränsas av valet av substrat, "säger Ng.