PEARLS

Silizium ist das Herzstück der Fertigung integrierter Schaltungen. Es ist günstig, mechanisch stabil und seine Bearbeitung ist gut erforscht. Allerdings ist es optisch nicht aktiv und daher in optischen Schaltkreisen ungeeignet. Die Integration von optisch aktiven III‑V Halbleitern in Silizium bietet einen Weg kostengünstig elektro-optisch integrierte Schaltkreise herzustellen. Diese finden breite Anwendung in der Inter-und Intra-Datacenter-Übertragung wo hohe Bandbreiten bei gleichzeitig geringem Platzbedarf und hoher Energieeffizienz gefordert werden.

Das BMBF-Projekt PEARLS beschäftigt sich mit der Herstellung eben solcher Schaltkreise (sog. EPICs), die durch den Wegfall externer Laser wenig Aufbau- und Verbindungstechnik erfordern und sehr platzsparend sind. III‑V Halbleiterlaser sollen erstmals mittels Dünnschicht-Transfer-Print-Verfahren in eine Siliziumphotonikplattform eingebunden werden.

Das Teilvorhaben an der Universität Kassel beschäftigt sich mit dem Wachstum der III‑V Materialien, sowie der Herstellung der zu übertragenden Membranen und Laserstrukturen.

Das Lasermaterial wird wegen der ausgezeichneten Materialqualität mittels Molekularstrahlepitaxie hergestellt. Dabei soll auf Basis von Indium Phosphid erstmals nicht nur Quantenpunktmaterial mit einer Wellenlänge von 1,55 µm für Übertragung über lange Distanzen, sondern auch Material mit einer Wellenlänge von 1,3 µm für Übertragung mit kurzer Reichweite hergestellt werden.

Das Lasermaterial soll in Form von kleinen Membranen mittels Transfer-Print auf Siliziumwafer mit einem Durchmesser von 200 mm übertragen werden. Die Herstellung dieser Membranstrukturen ist ein weiterer Punkt des Teilvorhabens an der Uni Kassel. Besonderer Fokus liegt hierbei auf dem Design der Stützstrukturen, die die Membranen bis zum Transfer an Ort und Stelle halten und beim Transfer abreißen.

Nachdem die Membranen am IHP in Frankfurt/Oder auf Silizium transferiert wurden, werden in Kassel die Laserstrukturen geätzt. Das Arbeiten auf 200 mm Durchmesser ist dabei eine besondere Herausforderung. Allerdings wird durch die Laserherstellung nach dem Transfer eine größere Genauigkeit in der Ausrichtung des Lasers zur Siliziumplattform erwartet.

Die Kontaktierung und Fertigstellung des EPICs erfolgen am Fraunhofer Institut IZM in Berlin und am IHP.

Projektpartner:

IHP (Leibniz-Institut für innovative Mikroelektronik)

IHP solutions

Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration

Sicoya GmbH

Technion – Israel Institute of Technology

ADVA Optical Networking SE