ウォーリンクコナ ----- ゲルマニウムからシリコンナイトリド 中赤外線統合光子波導体
紹介
中赤外線波長で,大きなコアコーディングインデックスコントラストを持つゲルマニアムプラットフォーム,シリコンナイトリドゲルマニアム波導体が示された.この構造の可行性はシミュレーションによって確認されますこの構造は,まずシリコン基板のシリコン基板にシリコンナイトリッドを堆積したゲルマニウムとシリコンのドナーウエフを結合することによって達成される.そして,シリコンナイトリド上のゲルマニウム構造を層移転法で得ます,すべてのサイズにスケーラブルです.
紹介する
シリコンベースの光学は,CMOSプロセスと互換性があり,マイクロ電子と統合する可能性があるため,近年,多くの注目を集めている.研究 者 たち は,光子 の 動作 波長 を 中赤外線 (MIR) に 拡張 する こと を 試み て い ます2~15μmで定義されます MIRには次世代通信や生化学センサー 環境モニタリングなど 期待できる応用があります標準隔熱器 (SOI) のシリコンは,酸化層を埋めるための材料損失が3で非常に高いので,MIRには適していません.ミールで機能する 代替材料のシステムを見つけるために 多くの努力が行われましたシリコン・オン・サファイア (SOS) 波導技術が採用され,波長範囲を4.4lm.また,1.2-6.7μmの広い透明度範囲を提供するシリコンナイトリド (SON) 波導体も提案されている.ゲルマニウム (ge) は,広い透明性と多くの光学特性を備えています.SOIの良い代替品になる.
このプラットフォームで受動波導体とアクティブジェルマニアムモジュレーターが製造されていますが,上記のように,オキシド層を埋葬することで プラットフォームの透明性が制限されますSOI に含まれるゲルマニウムは,電気的優位性があることも報告されています.現在,光子学研究で広く使用されており,すでに多くの印象的な成果を達成していますこのプラットフォーム上の最も低い伝播損失のゲルマニアム波導体は,0.6dB/cmの損失しか報告されていない.しかし,ゲルマニアム (n.GOS の屈曲半径は SOI の屈曲半径より大きくなければならない.,その結果,GOSチップ上のデバイスのカバーエリアは通常SOIより大きい.必要なのは,GOSよりも大きなコアコーディング屈折率コントラストを提供するより優れた代替ゲルマニウム波導体プラットフォームです便利な透明性と,より小さなチャネル曲線の半径.
これらの目的を達成するために,この研究で提案され実施された構造は,シリコン上のゲルマニウムナイトリド (GON) です.3 でエリプソメトリで測定された..8lm. SiNxの透明性は通常約7.5mmです. だから,GONの指数的なコントラストは.コンパクトなフットプリントで製造できる多くの受動光子装置がありますマッヒンダー・インターフェロメーター,マイクロリング・レゾナターなどです.コンパクトなリングを作るには,小さな曲線半径が必要です.強い光学的な制限を持つ高コントラストの波導体でのみ可能である微型リングの共鳴装置を基に 微小なセンサーも作れるでしょうGON を実装するために可動でスケーラブルなウェーファー結合と層転送技術を開発しました.
実験
ゲルマニアム/シリコンプラットフォームは,いくつかの技術で製造することができます.これらの技術には,ゲルマニアム凝縮,液体相エピタキシ,20および層移転技術が含まれます.21 しかし,シリコンナイトリドで直接培養されたとき質が悪いため,欠陥密度が高くなります.
グラフ 2. GOS と比較すると,ネパール政府のシミュレーション屈曲損失は低く,ネパール政府の波導体屈曲損失が低く示されています.
SiNx は無形であるため,これらの欠陥により散乱損失が増加する.この研究では,図2に示すように,GON を製造するために,ウエファー結合と層移転技術を使用します.シリコンドナーウエファは,低圧化学蒸気堆積 (RPCVD) と3段階のゲルマニウム成長プロセスを使用する.22 ゲルマニウム上軸層は,シリコンナイトリードで覆い,別のシリコン基板に移転してGONウエーファーを得る.比較のために,後に実施された実験では,いくつかのゲルマニウムシリコン (GOS) チップ (類似して成長しますが,転送されません) が含まれていました.最終的なゲルマニウム層は,通常,突入変位密度 (TDD) が < 5106cm2であり,表面粗さ < 1nmであり,張力張力が 0.2%である.ドナー・ウエフルは,酸化物や汚染物質のない表面を得るために清掃されます.浄化後,ドナーウエーフはCello PECVDシステムに積載され,ストレンステンションSiNxが堆積されます.堆積後数時間焼却することで,堆積中にワッファーに閉じ込められたガスが放出される.
すべての熱処理は40°C以下の温度で行われます. さらに,曲げ効果を補うために,さらに1mmのSiNxがウエフルの背面に堆積されます.低温プラズマ化学蒸気堆積によって粘着層はシリカで,他のシリコン処理されたウエファーと簡単に結合できます.この作業で水利性結合を使用したため,この粘着層は,シリコン処理されたウエファーと簡単に結合できます.水分子は結合反応で形成されます粘着層として選択されたのは,水分を吸収できるため,粘着質が高いからです.粘着層は,表面の荒さを軽減し,ワッフル結合に適するようにするために,化学的に機械的に磨き (化学機械的に磨き) され,100nmまで磨かれます.ドナーウエファーはシリコン基板ウエファに結合することができる.結合の前に,両方のウエファの表面は表面水素性を改善するために約15秒間O2プラズマにさらされる.
その後,表面ヒドロキシル基の密度を増加させるためにAdi洗浄ステップを追加し,結合を誘発する.結合されたワッフルペアは,結合強度を向上させるために30°C以下の温度で結合後に約4時間焼却されます.結合ウエファーは赤外線画像を用いて 表面隙間の形成を確認します. 層移転プロセスを完了するには,表面のシリコンドナー・ウエファーは,基板のウエファにゲルマニアム/シリコンナイトリド層の堆積を移すために粉砕されます.この後,シリコンドナーウエファーを完全に除去するために,テトラメチラムニウムヒドロキシード (TMAH) を使って濡れでエッチングを行う.シリコンがゲルマニウムに高い選択性を考慮すると,エッチングストップはオリジナルのゲルマニアム/シリコンインターフェイスで発生します.
化学的・機械的な磨きによって除去されます. 私たちのプロセスは,2つのシリコン・ウェーファー,シリコン・ドナー・ウェーファー,シリコン・基板・ウェーファーを使用します.すべてのチップサイズに拡張できますガンチップの製造後のGOSを参照して,ゲルマニウム薄膜の質を特徴付けるためにX線 difrction (XRD) 解析が使用され,結果は図4に示されています.XRD分析は,ゲルミウム表頭層の結晶質は,明らかな変化がないことを示しています,そのピーク強度と曲線形は,シリコンウェーファー上のゲルマニウムに似ている.
グラフ4. ゲンとGOSのゲルマニウム上軸層のXRDパターン
概要
結論として,不一致な位置変異を含む欠陥層は,層移転によって露出され,化学機械的な磨きによって除去できます.コーティングの下のSiNxに高品質のゲルマニウム層を供給するGONプラットフォームの可行性を調べるためにシミュレーションが行われました.より小さなチャネル曲線半径を提供する.波導体はGONウェーファーで製造され,3 角で特徴付けられています.8mm 波長半径5mmのGONで屈曲損失は0である.1460.01 dB/曲線で 伝播損失は3です3560.5 dB/cmこれらの損失は,先進的なプロセス (電子ビームリトグラフィーや深層反応イオンエッチングなど) を使用することによって,またはサイドウォールの品質を改善するために構造化しないことで,さらに減少することが期待されています..