GaP перенесли на изолятор ионным расслоением слоя толщиной 790 нм
Исследователи изготовили структуру GaP-on-insulator из объёмного монокристаллического фосфида галлия. Технологический маршрут объединяет ионную имплантацию, плазменно-активированный прямой бондинг и термическое отделение тонкого слоя. Такой подход позволяет переносить GaP на аморфный изолятор и потенциально избегать выращивания эпитаксиальной гетероструктуры с последующим удалением донорной подложки.
В качестве донора использовалась пластина GaP(100) диаметром 2 дюйма, разрезанная на образцы 1×1 см². Авторы испытали имплантацию He+ с энергией 105 кэВ и совместную имплантацию H+/He+ при 70 и 105 кэВ. Флюенс каждого вида ионов составлял 1×10^17 см⁻². Накопленные в кристалле водород и гелий формируют дефектный слой и микрополости на заданной глубине, по которым при нагреве проходит расслоение.
На GaP осаждали около 700 нм SiO₂, выравнивали поверхность химико-механической полировкой и активировали её N₂/O₂-плазмой. Подготовленный образец соединяли с плавленым кварцем либо кремнием, покрытым 3-мкм термическим SiO₂. Контакт формировался по границе SiO₂–SiO₂. Первичный отжиг при 150 °C укреплял соединение, а выдержка около трёх часов при 350 °C отделяла имплантированный слой от донорного кристалла.
На поперечном SEM-снимке структуры на кварце толщина перенесённого GaP составила около 790 нм. Совместная имплантация H+/He+ дала преимущественно сплошную плёнку с единичным крупным дефектом. Образец с He+ на SiO₂/Si оказался пористым и прерывистым. Однозначно связать разницу с составом ионов нельзя: одновременно изменялась целевая подложка, поэтому эксперимент не даёт контролируемого сравнения двух режимов имплантации.
После отделения кристалл сохранял сильное имплантационное разупорядочение. Вакуумный отжиг при 600 °C в течение 12 часов заметно восстановил структуру по данным Raman-спектроскопии и карт обратного пространства XRD. Пик отожжённой H+/He+ плёнки оставался шире пика исходного объёмного GaP, что указывает на остаточные дефекты. Шероховатость открытой поверхности достигла 4.9 нм RMS на поле 10×10 мкм²; для малопотерных волноводов, вероятно, потребуется дополнительное выравнивание.
Полученные эллипсометрией оптические константы дают верхнюю оценку поглощения около 0.9 дБ/см при 1550 нм при условии полного удержания поля в GaP. Волноводы и резонаторы в работе не изготовлены, поэтому propagation loss и добротность экспериментально пока не определены. Заявленная совместимость с CMOS BEOL также требует проверки: восстановительный отжиг 600 °C продолжительностью 12 часов выходит за типичный тепловой бюджет многих готовых межсоединений. Результат демонстрирует технологический маршрут к GaP-on-insulator, однако масштабирование с образцов 1×1 см² и выход годных устройств ещё предстоит показать.