La fabricación de láseres semiconductores híbridos en materiales que no sean los sustratos de silicio sobre aislante (SOI) de uso común ha demostrado ser un desafío. Ahora, Los investigadores de A * STAR han desarrollado una técnica innovadora que puede integrar los láseres en una variedad de materiales diferentes.

Los láseres híbridos combinan las propiedades de emisión de luz de los semiconductores del grupo III-V como el arseniuro de galio y el fosfuro de indio, con tecnologías de silicio convencionales, ofreciendo dispositivos fotónicos y microelectrónicos económicos para su aplicación en sistemas de telecomunicaciones ópticas.

Su gama de aplicaciones, sin embargo, está limitado por las malas características de emisión de luz de las obleas de silicio sobre aislante (SOI) que se utilizan principalmente como sustratos en el proceso de fabricación. Esto impulsó a Doris Keh-Ting Ng y sus colegas del A * STAR Data Storage Institute a desarrollar una técnica innovadora para unir láseres III-V a otros sustratos, ya sea silicio, cuarzo, o aleaciones metálicas.

Al usar una capa ultrafina de óxido de silicio para unir los láseres a un sustrato de silicio, los investigadores desarrollaron una técnica más segura y flexible que la unión directa, que se basa en la unión química entre las superficies.

"El desafío es producir una capa extremadamente fina de óxido de silicio en la superficie del sustrato, "explica Ng." Al hacer crecer la película sobre el sustrato de silicio, pero no en el sustrato III-V, redujimos en gran medida la complejidad del proceso y mejoramos la fuerza de la unión entre los dos materiales ".

Después de limpiar primero las superficies con un solvente orgánico, los investigadores expusieron la superficie a un plasma de oxígeno para aumentar sus propiedades adhesivas. Luego iniciaron el proceso de unión a temperatura ambiente juntando los dos sustratos lentamente, para reducir el aire atrapado entre ellos, asegurando un vínculo mucho más fuerte.

La unión se completó luego a temperaturas relativamente bajas de alrededor de 220 grados Celsius, permitiendo que la capa ultrafina de óxido de silicio conduzca el calor entre las capas, reducir el daño potencial a los materiales, fortalecer el vínculo y evitar la necesidad de productos químicos peligrosos, como la solución de piraña y el ácido fluorhídrico, utilizado en unión directa.

El trabajo demuestra un láser en chip versátil que se puede integrar en cualquier plataforma de material y podría conducir a nuevas aplicaciones para dispositivos fotónicos. como las tecnologías de detector en chip y modulador en chip.

"El enfoque de capa intermedia de baja temperatura es más simple y mucho más seguro que la unión directa, y significa que los fabricantes de láser no están restringidos por la elección del sustrato, "dice Ng.