Imec bündelt seine Kräfte mit Sivers Photonics und ASM AMICRA, um die Hybridintegration von InP-Lasern und -Verstärkern in die Silizium-Photonik zu beschleunigen

Die Ausrichtungsgenauigkeit der Laser nach dem Bonden liegt innerhalb von 500 nm in der x- wie in der y-Dimension. / Post-bonding alignment accuracy of the lasers is within 500nm in both x- and y-dimension.

DFB-Laserchips, gebondet auf einen 300-mm-Silizium-Photonik-Wafer. / DFB laser dies bonded onto a 300mm silicon photonics wafer.

DFB-Laserchips gebondet auf einem 300-mm-Silizium-Photonik-Wafer. / DFB laser dies bonded onto a 300mm silicon photonics wafer.

Diese Woche kündigen imec, ein weltweit führendes Forschungs- und Innovationszentrum für Nanoelektronik und digitale Technologien, zusammen mit Sivers Photonics (ehemals CST Global und eine Tochtergesellschaft von Sivers Semiconductors), einem in Großbritannien ansässigen Großserienhersteller von III-V-Verbindungshalbleitern für Photonikprodukte, und ASM AMICRA Microtechnologies, einem weltweit führenden Anbieter von ultrapräzisen Die-Attach-Anlagen, die erfolgreiche Wafer-Scale-Integration von Indium-Phosphid (InP)-Lasern mit verteilter Rückkopplung (DFB) der InP100-Plattform von Sivers auf die Silizium-Photonik-Plattform (iSiPP) von imec an. Mit dem neuesten NANO-Flip-Chip-Bonder-Tool von ASM AMICRA wurden die InP-DFB-Laserdioden mit einer Ausrichtungsgenauigkeit von 500 nm auf einen 300-mm-Silizium-Photonik-Wafer gebondet, was eine reproduzierbare Einkopplung von mehr als 10 mW Laserleistung in die Siliziumnitrid-Wellenleiter auf dem Silizium-Photonik-Wafer ermöglicht. Unterstützt von seinen Partnern wird imec diese Technologie später im Jahr 2021 als Prototyping-Service anbieten und damit den Einsatz der Silizium-Photonik in einer Vielzahl von Anwendungen von optischen Verbindungen über LiDAR bis hin zur biomedizinischen Sensorik beschleunigen.

Viele Silizium-Photoniksysteme sind heute noch auf externe Lichtquellen angewiesen, da es keine effizienten On-Chip-Lichtquellen gibt. Silizium selbst emittiert Licht nicht effizient, daher werden Lichtquellen aus III-V-Halbleitern, wie Indium-Phosphid (InP) oder Gallium-Arsenid (GaAs), typischerweise als separat gehäuste Komponenten implementiert. Diese Off-Chip-Laser weisen jedoch häufig höhere Kopplungsverluste, einen großen physischen Fußabdruck und hohe Packaging-Kosten auf.

Gemeinsam mit seinen Partnern Sivers und ASM AMICRA erweitert imec seine Dienstleistungen im Bereich Silizium-Photonik-Prototyping um die hochpräzise Flip-Chip-Integration von InP-Lasern und -Verstärkern. In der kürzlich abgeschlossenen Entwicklungsphase wurden C-Band-InP-DFB-Laser mit sehr hoher Ausrichtungspräzision innerhalb von 500nm (Drei-Sigma-Wert) passiv ausgerichtet und auf 300mm-Silizium-Photonik-Wafer flip-chip-gebondet, was zu reproduzierbaren On-Chip-Wellenleiter-gekoppelten Laserleistungen jenseits von 10mW führt. In der zweiten Hälfte des Jahres 2021 wird das hybride Integrationsportfolio um optische Halbleiterverstärker (Reflective Semiconductor Optical Amplifiers, RSOA) erweitert, die die Fähigkeit der InP100-Technologie von Sivers zum Ätzen und die überragende Ausrichtungspräzision des Bonding von ASM AMICRA NANO nutzen. Diese Fähigkeit wird fortschrittliche Laserquellen mit externem Resonator ermöglichen, wie sie für neue optische Verbindungs- und Sensoranwendungen benötigt werden, und wird Anfang 2022 verfügbar sein.

Joris van Campenhout, Optical I/O Program Director bei imec: "Wir freuen uns sehr über die Zusammenarbeit mit Sivers Photonics und ASM AMICRA, um unsere Silizium-Photonik-Plattform mit hybriden integrierten Laserquellen und Verstärkern zu erweitern. Diese zusätzliche Funktionalität wird es unseren gemeinsamen Kunden ermöglichen, fortschrittliche photonische integrierte Schaltungen (PICs) zu entwickeln und zu prototypisieren, deren Fähigkeiten weit über das hinausgehen, was wir heute anbieten können, und zwar in Schlüsselbereichen wie Datenübertragung, Telekommunikation und Sensorik."

Billy McLaughlin, Geschäftsführer von Sivers Photonics: "Wir freuen uns, mit imec und ASM AMICRA an der Entwicklung von fortschrittlichen integrierten photonischen Komponenten zu arbeiten. Die Verfügbarkeit von InP-Laserquellen, die auf unserer InP100-Fertigungsplattform entwickelt und hergestellt werden, wird den Einsatz von Silizium-Photonik-Schaltungen für eine Vielzahl von kommerziellen Anwendungen fördern."

Dr. Johann Weinhändler, Geschäftsführer von ASM AMICRA: "Unsere Stärke in der hochpräzisen Bestückung ergänzt sich nahtlos mit der Expertise aller Partner. Mit dem automatisierten und hochpräzisen Flip-Chip-Bonden ist der Weg zur hochvolumigen Fertigung dieser hybriden Baugruppen frei."