| Название: | Разработка технологических процессов формирования Si/A3B5 гетерогенно-интегрированных структур и источников лазерного излучения на их основе |
| Грантодатель: | Гранты РНФ |
| Область знаний: | 11-300 - Производство оптоэлектронных приборов в т.ч. полупроводниковых лазеров, микродисплеев, фотоприемных матриц |
| Научная дисциплина: | 11-311 - Технологии (технологические маршруты) изготовления оптоэлектронных приборов в т.ч. полупроводниковых лазеров, микродисплеев, фото |
| Ключевые слова: | етерогенная интеграция полупроводниковых структур А3В5 и кремния, полупроводниковые наногетероструктуры, твердые растворы In-Ga-Al-As-P/InP, плазмохимическое травление, лазерные квантово-размерные гетероструктуры, лазерные диоды, полупроводниковые лазеры, фотонные интегральные схемы |
| Тип: | прикладные |
| Руководитель(и): | Слипченко,СО |
| Подразделения: | |
| Код проекта: | 23-91-06203 |
Предлагаемый проект входит в технологическое предложение, направленное на разработку отечественной технологии инжекционных источников лазерного излучения, совместимых с групповой технологией создания фотонных интегральных схем (ФИС) на основе структур кремний на изоляторе (КНИ). В настоящее время ведется активный поиск технологических решений, обеспечивающих создание подобных источников лазерного излучения. В первую очередь это обусловлено тем, что доступная технология, когда в качестве лазеров используются отдельные кристаллы, обладает рядом существенных недостатков при массовом производстве ФИС, которые связаны со сложностью и трудоемкостью процесса ввода лазерного излучения в оптические волноводы ФИС на основе КНИ, традиционные решения, основанные, например, на вводе из волокна через gating-coupler характеризуются существенными габаритами и заметными вносимыми оптическими потерями. Здесь стоит отметить, что области применения ФИС существенно расширяются и захватывают новые направления, в частности, связанные с сенсорикой, что требует технологичных, а значит дешевых и надежных при массовом производстве. В рамках предлагаемого проекта будет развиваться подход, основанный на использовании гетерогенно-интегрированных Si/A3B5 структур, которые обеспечат возможность интеграции области оптического усиления и ФИС на основе КНИ. Для этого будет разрабатываться комплекс постростовых технологических процессов, обеспечивающих создание инжекционных источников лазерного излучения на основе гетерогенно-интегрированных Si/A3B5 структур. Работы в проекте будут связаны с решением следующих основных задач:
- разработка технологических процессов планарной технологии создания инжекционных источников лазерного излучения на основе гетерогенной интеграции структур кремний на изоляторе (КНИ) и полупроводниковых гетероструктур А3В5 (гетерогенно-интегрированных структур КНИ/А3В5);
- проведение теоретических исследований, направленных на разработку и оптимизацию конструкции инжекционных источников лазерного излучения на основе гетерогенно-интегрированных структур КНИ/А3В5;
- изготовление экспериментальных образцов инжекционных источников лазерного излучения на основе гетерогенно-интегрированных структур КНИ/А3В5;
- экспериментальные исследования электро-оптических характеристик инжекционных источников лазерного излучения на основе гетерогенно-интегрированных структур КНИ/А3В5;
- разработка комплекта эскизной технологической документации на технологические процессы планарной технологии создания инжекционных источников лазерного излучения на основе гетерогенно-интегрированных структур КНИ/А3В5;
- разработка комплекта эскизной конструкторской документации на инжекционный источник лазерного излучения на основе гетерогенно-интегрированных структур КНИ/А3В5.
Для решения поставленных задач будет разработан ряд новых решений, как в части моделирования и конструкций инжекционных лазеров, так и в части разрабатываемых постростовых технологий. Конструкции инжекционных источников лазерного излучения на основе гетерогенно-интегрированных структур КНИ/А3В5, существенно отличаются от конструкций классических полупроводниковых лазеров, поэтому будет проводиться, как разработка численных моделей, так и разработка и оптимизацию самих конструкций с использованием разработанных моделей. Будет решаться проблема формирования эффективных волноводных конструкций с минимальными потерями и оптимальной эффективностью вывода излучения в волноводы КНИ структур. Для этого будет оптимизирована конструкция 2D волновода, обеспечивающая оптимальное распределение общей гибридной моды. Другая особенность разрабатываемых конструкций связана с необходимостью реализации латеральных омических контактов, со стороны КНИ структуры, что требует провести численный анализ условий растекания и локализации тока для получения минимальных омических потерь и высокой эффективности накачки области усиления. Для экспериментальной реализации инжекционных источников лазерного излучения будут использоваться гетерогенно-интегрированные структуры КНИ/А3В5, а разрабатываемый комплекс постростовых технологий связан с формированием оптимизированных конструкций в А3В5 части структуры КНИ/А3В5. Т.к. гетерогенная интеграция может проводиться только для планарных гетероструктур А3В5, сформированных на несущей подложке толщиной более 100мкм, то будет разрабатываться технология селективного удаления подложки до толщин, приемлемых для последующих технологических операций, связанных с формированием волноводных мезаструктур. В зависимости от особенностей разработанных конструкций связанных волноводов КНИ/А3В5 остаточная толщина может составлять от 1 до 5мкм. Многолетний опыт в области создания одномодовых лазерных диодов показал, что оптимальной технологией для формирования латеральных волноводов является технология плазмохимического травления. В данной части будут разрабатываться решения, направленные на реализацию конструкции латеральных волноводов и адиабатических элементов для эффективного перевода моды в КНИ волновод. Ключевые решения будут связаны с разработкой технологического процесса, который совместим с гетерогенной технологией, а также обеспечивает минимальные оптические потери за счет оптимальной геометрии латеральных волноводов с точки зрения шероховатости и вертикальности стенок, а также согласованности с волноводными структурами, сформированными в КНИ. Важная часть работы будет связана с развитием технологии формирования низкоомных латеральных омических контактов, обеспечивающих эффективную токовую инжекцию. В экспериментальной части исследований будут развиваться методиками, позволяющие проводить не только характеризацию электро-оптических характеристик создаваемых образцов, но также исследовать влияние параметров разрабатываемых технологических процессов, параметров используемых структур КНИ/А3В5, геометрических характеристик формируемых конструкций латеральных волноводов на основные характеристики тестовых образцов.
Важно отметить, что все конструктивные и технологические решения будут разработаны в России впервые, при этом отсутствие подробной информации в открытых источниках позволяет говорить о новизне разрабатываемых решений также и на мировом уровне.
Экономический эффект проекта выражается в реализации возможности изготовления отечественных высокоскоростных приемо-передающих модулей (трансиверов). Ежегодное потребление приемопередающих модулей (трансиверов) в РФ составляет более 1 млн. штук. Доля высокоскоростных трансиверов составляет сегодня 5-10% процентов и вырастет до 60% в ближайшие 5 лет. Российское производство фотонных компонент высокоскоростных систем связи является необходимым условием для возможности проектирования и производства суверенных платформ управления критическими инфраструктурами РФ и гарантированного, в условиях технологической изоляции, обеспечения связности территории РФ и ее населения. В результате реализации данного проекта и технологического предложения будет достигнута максимальная экономическая эффективность на операциях сборки ФИС, при этом организация серийного производства трансиверов с применением ФИС запланирована и объявлена двумя крупнейшими производителями: Компания ООО «ФайберТрейд», г. Новосибирск, и ООО «НЕОРОС», г. Москва.
