La fabbricazione di laser a semiconduttore ibridi su materiali diversi dai substrati silicio su isolante (SOI) comunemente usati si è rivelata impegnativa. Ora, I ricercatori di A*STAR hanno sviluppato una tecnica innovativa in grado di integrare i laser su una gamma di materiali diversi.

I laser ibridi combinano le proprietà di emissione di luce dei semiconduttori del gruppo III-V come l'arseniuro di gallio e il fosfuro di indio, con le tradizionali tecnologie al silicio, offrendo dispositivi fotonici e microelettronici economici per l'applicazione nei sistemi di telecomunicazione ottici.

La loro gamma di applicazioni, però, è limitato dalle scarse caratteristiche di emissione di luce dei wafer di silicio su isolante (SOI) utilizzati principalmente come substrati nel processo di fabbricazione. Ciò ha spronato Doris Keh-Ting Ng e i colleghi dell'A*STAR Data Storage Institute a sviluppare una tecnica innovativa per l'incollaggio di laser III-V su altri substrati, sia silicio, quarzo, o leghe metalliche.

Utilizzando uno strato ultrasottile di ossido di silicio per legare i laser a un substrato di silicio, i ricercatori hanno sviluppato un più semplice, tecnica più sicura e flessibile rispetto all'incollaggio diretto, che si basa sul legame chimico tra le superfici.

"La sfida è produrre un liscio, strato estremamente sottile di ossido di silicio sulla superficie del substrato, " spiega Ng. "Crescendo il film sul substrato di silicio, ma non sul substrato III-V, abbiamo notevolmente ridotto la complessità del processo e migliorato la forza del legame tra i due materiali."

Dopo aver prima pulito le superfici con un solvente organico, i ricercatori hanno esposto la superficie a un plasma di ossigeno per aumentarne le proprietà adesive. Hanno quindi avviato il processo di incollaggio a temperatura ambiente avvicinando lentamente i due substrati, per ridurre l'aria intrappolata tra loro, garantendo un legame molto più forte.

L'incollaggio è stato quindi completato a temperature relativamente basse di circa 220 gradi Celsius, permettendo allo strato ultrasottile di ossido di silicio di condurre il calore tra gli strati, ridurre i potenziali danni ai materiali, rafforzare il legame ed evitare la necessità di sostanze chimiche pericolose, come soluzione Piranha e acido fluoridrico, utilizzato nell'incollaggio diretto.

Il lavoro dimostra un laser on-chip versatile che può essere integrato su qualsiasi piattaforma materiale e potrebbe portare a nuove applicazioni per dispositivi fotonici, come le tecnologie detector-on-chip e modulator-on-chip.

"L'approccio intercalare a bassa temperatura è più semplice e molto più sicuro dell'incollaggio diretto, e significa che i produttori di laser non sono limitati dalla scelta del substrato, "dice Ng.