Гибридная интеграция вертикально излучающих лазеров на поверхность кремниевых интегральных схем для создания оптических линий передачи данных

• Автор: Кацнельсон, Алексей Александрович
• Шифр специальности: 05.27.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 126 с. : ил.

1.1. НАПРЯЖЕНИЯ, ВОЗНИКАЮЩИЕ В СКРЕПЛЕННЫХ СТРУКТУРАХ

1.2. МЕТОДЫ УДАЛЕНИЯ ПОДЛОЖКИ.

1.2.1. Мокрое химическое травление

1.2.2. ixi i.

1.2.3.

1.3. ОПТОЭЛЕКТРОННЫЕ УСТРОЙСТВА ДЛЯ МОДУЛЯЦИИ ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ.

1.3.1. Светоизлучающий диод.

1.3.2. Лазер полосковой геометрии.

1.3.3. Модулятор на основе множественных квантовых ям.

1.3.4. Лазеры с вертикальным резонатором излучающие

с поверхности.

1.4. МЕТОДЫ ГИБРИДНОЙ ИНТЕГРАЦИИ ВЕРТИКАЛЬНО ИЗЛУЧАЮЩИХ ЛАЗЕРОВ.
1.4.1. Технология ii
1.4.2. Технология
1.4.3. Технология .
1.5. ВЫВОДЫ.
ГЛАВА 2. ГИБРИДНАЯ ИНТЕГРАЦИЯ ЛАЗЕРОВ С ВЕРТИКАЛЬНЫМ РЕЗОНАТОРОМ ПРИ ПОМОЩИ ПОЛИМЕРНОГО АДГЕЗИОННОГО СЛОЯ
2.1. КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ
2.1.1. Напряжения, возникающие в результате нагрева.
2.1.2. Моделирование термических свойств приборов.
2.1.3. Предложенный дизайн гибридно интегрированных приборов.
2.1.4. Термические свойства приборов предложенного дизайна
2.1.5. Напряжения в приборах предложенного дизайна
2.2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ИЗГОТОВЛЕНИЯ ГИБРИДНО ИНТЕГРИРОВАННЫХ ВЕРТИКАЛЬНО ИЗЛУЧАЮЩИХ ЛАЗЕРОВ.
2.2.1. Предложенный технологический процесс.
2.2.2. Рост и конструкция вертикально излучающей лазерной структуры для предложенного технологического
процесса
2.2.3. Изготовление приборов
2.2.4. Электрические, оптические и термические характеристики изготовленных приборов
2.3. ВЫВОДЫ
ГЛАВА 3. НОВЫЙ МЕТОД УДАЛЕНИЯ ПОДЛОЖКИ XII I
3.1. ВЛАЖНОЕ ПРОДОЛЬНОЕ ОКСИДИРОВАНИЕ,
КАК СПОСОБ УДАЛЕНИЯ ПОДЛОЖКИ
3.2. ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ ВЛАЖНОГО ПРОДОЛЬНОГО ОКСИДИРОВАНИЯ.
3.3. ИЗГОТОВЛЕНИЕ ГИБРИДНО ИНТЕГРИРОВАННЫХ ПРИБОРОВ ПРИ ПОМОЩИ XII I
ВВЕДЕНИЕ


Использование термоциклиования, чередующегося с ростом сверхрешеток АЮаАэ, позволяет предотвратить распространение дислокаций. Пленка ваАв толщиной 4,5 мкм, выращенная на поверхности кремния используя напряженные слои 1пОаАз и термоциклирование чередующееся с ростом А1АБ слоев, представлена на рисунке 1. Светлые линии соответствуют слоям А1Аб, в то время как темные соответствуют напряженным слоям 1пОаАз. Рисунок 1. Пленка ОаАз толщиной 4,5 мкм, выращенная на поверхности кремния используя напряженные слои гЮаАБ и термоциклирование чередующееся с ростом А1Ая слоев 9. Как легко видеть, верхняя часть выращенной структуры практически не содержит дислокаций, однако, поскольку продольный размер изображения составляет всего порядка 5 мкм, плотность дислокаций в данной структуре соответствует значению порядка см2. Продольное эпитаксиальное заращивание является другим методом, позволяющим выращивать монокристаллический ОаАэ на кремниевой пластине. Схематическая иллюстрация данного процесса представлена на рисунке 2. Начальный слой ваАБ выращивается на поверхности германия осажденного на кремниевую пластину для уменьшения рассогласования решетки. Затем, тонкая пленка оксида кремния осаждается на поверхность . Рисунок 2. Схематическая диаграмма, иллюстрирующая процесс продольного эпитаксиального заращивания. АБ, он преимущественно растет в окнах маски. Поскольку рост происходит и в продольном направлении, то, после продолжительного роста, формируется непрерывная пленка ваАБ . Стоит отметить, что выращенный слой является напряженным изза взаимодействия пленки оксида кремния с ваАБ, растущим в продольном направлении . Было показано, что деформация кристаллических плоскостей исчезает после удаления оксида кремния, однако, данная операция делает выращенную пленку намного более хрупкой, что приводит к значительным проблемам во время дальнейшей работы с ней . Гибридная интеграция является принципиально отличным методом получения высокоэффективных оптоэлектронных приборов, таких как лазеры с вертикальным резонатором вертикально излучающие лазеры ВИЛ, УСБЕЬ, на поверхности кремниевых ИС. В данном методе эпитаксиальный слой, выращенный путем гомоэпитаксии, которая позволяет получить практически идеальное качество выращенных структур, переносится на поверхность кремниевой ИС. Типичными способами, используемыми для этого, являются флипчип бондинг и перенос тонких пленок. Для скрепления двух структур используются различные материалы такие, как полимеры или металлы. В случае переноса тонких пленок эпитаксиальная пленка сначала, каким либо способом, отсоединяется от подложки, на которой она была выращена и, затем, переносится на поверхность кремниевой ИС для дальнейшей обработки. Флипчип интеграция является полностью совместимой со стандартными процессами изготовления ИС и, поэтому, широко используется при изготовлении гибридно интегрированных приборов. Перенос тонких пленок используется намного реже, поскольку пленка, отсоединенная от подложки, обладая толщиной в несколько микрон, является очень хрупкой, что сильно затрудняет любые операции с ней. Поскольку, как было отмечено выше, оптоэлектронные структуры на основе соединений АШВУ, выращенные на поверхности кремния, обладают большим количеством дефектов, гибридная интеграция является наилучшим методом для изготовления высокоэффективных источников излучения таких как лазеры на поверхности кремниевых ИС, однако основным недостатком гибридной интеграции является отсутствие надежных методов, позволяющих осуществлять точное продольное и вертикальное совмещение двух структур, и скрепление двух разнородных материалов. Кроме того, остается проблема рассогласования коэффициентов термического расширения, приводящая к значительным механическим напряжениям в процессе работы гибридно интегрированных лазеров. Таким образом, цель данной работы заключается в разработке технологического процесса гибридной интеграции вертикально излучающих лазеров на основе соединений АШВУ на поверхность кремниевой пластины, позволяющего осуществлять надежную интеграцию массивов лазеров и совместимого со стандартными процессами изготовления кремниевых ИС.