專利名稱：量子級聯(lián)激光器脊形腐蝕輔助檢測裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太赫茲量子級聯(lián)激光器技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種通過電阻測量來保證在腐蝕方向具有變化摻雜濃度的太赫茲量子級聯(lián)激光器脊形腐蝕程度的量子級聯(lián)激光器脊形腐蝕輔助檢測裝置，以及利用該裝置進(jìn)行檢測的方法。
背景技術(shù)：
太赫茲量子級聯(lián)激光器是2002年誕生的半導(dǎo)體子帶間太赫茲輻射源，它利用由于量子限制效應(yīng)所形成的導(dǎo)帶內(nèi)的子帶間的電子躍遷來實(shí)現(xiàn)太赫茲光輻射，并依靠多級串聯(lián)來增強(qiáng)光功率。其輻射頻率決定于量子阱的厚度，并可以通過量子工程實(shí)現(xiàn)人工剪裁。由于太赫茲量子級聯(lián)激光器本身所具有的獨(dú)特的物理內(nèi)涵以及其與成熟的半導(dǎo)體技術(shù)相結(jié)合的制作工藝使其在短短的幾年內(nèi)得到迅速發(fā)展，并有望成為理想的太赫茲光源。
太赫茲量子級聯(lián)激光器激射波長在遠(yuǎn)紅外范圍，如何在增益區(qū)實(shí)現(xiàn)有效的光學(xué)限制面臨著兩個(gè)問題，一是隨著波長的增加傳統(tǒng)介電波導(dǎo)所需要的厚度會大大增加，二是波導(dǎo)包層和波導(dǎo)核區(qū)的自由載流子吸收增強(qiáng)。目前，解決太赫茲量子級聯(lián)激光器光學(xué)波導(dǎo)問題主要采取以下幾種方式(I)利用金屬接觸層與高摻雜的襯底形成雙表面等離子體波導(dǎo)結(jié)構(gòu)；(2)利用金屬接觸層與半絕緣(SI)襯底上面生長的薄的高摻雜層形成半絕緣-等離子體波導(dǎo)結(jié)構(gòu)；(3)金屬-金屬波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。其中，半絕緣-等離子體波導(dǎo)結(jié)構(gòu)與雙等離子體波導(dǎo)結(jié)構(gòu)相比減小了自由載流子的吸收，同時(shí)又避免了金屬-金屬波導(dǎo)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的襯底去除和基片鍵合工藝。因此半絕緣-等離子體波導(dǎo)結(jié)構(gòu)成為太赫茲量子級聯(lián)激光器研究中最具吸引力的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。由于半絕緣-等離子體波導(dǎo)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，器件的兩個(gè)接觸電極必須做在同一側(cè)面。通常利用光刻和濕法腐蝕工藝在脊形結(jié)構(gòu)兩側(cè)腐蝕出深溝，分別在脊形臺面和溝底表面做電極。難點(diǎn)是溝的深度要恰好腐蝕到有源區(qū)下面的等離子體層，而這一離子體層的厚度一般< 800nm。為了保證腐蝕深度通常選取了 H2SO4 H2O2 H2O系快速腐蝕液和H3PO4 H2O2 H2O系慢速腐蝕液配合使用，根據(jù)實(shí)驗(yàn)前摸清的腐蝕速度首先使用快速腐蝕液腐蝕到接近所需深度，然后改用慢速腐蝕液慢慢腐蝕到所需深度。在使用慢腐蝕液慢慢腐蝕的過程中要不斷檢測已腐蝕的深度。因此，在腐蝕過程中需要一種簡單而有效的檢測裝置來保證腐蝕進(jìn)程。本發(fā)明基于簡單的脊形兩側(cè)溝面的電阻測量來保證已腐蝕的深度。

發(fā)明內(nèi)容
(一 )要解決的技術(shù)問題本發(fā)明的目的在于提供一種保證具有不同摻雜平面的半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)腐蝕進(jìn)程的簡單而有效的量子級聯(lián)激光器脊形腐蝕輔助檢測裝置及其方法。( 二 )技術(shù)方案為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種量子級聯(lián)激光器脊形腐蝕輔助檢測裝置，該裝置包括一支撐板I ;一歐姆表2 ;兩條連接導(dǎo)線3，該兩條連接導(dǎo)線3分別連接在歐姆表2的兩個(gè)接口 ；四個(gè)固定孔4，該四個(gè)固定孔4開在在支撐板I上，并排成一行；兩個(gè)固定支架5，該兩個(gè)固定支架通過四個(gè)固定孔4固定在支撐板I上；兩個(gè)探針6，該兩個(gè)探針6通過尾部的螺旋孔分別固定在兩個(gè)固定銅支架5上。上述方案中,所述支撐板I采用有機(jī)玻璃材料。所述固定支架5采用3mm銅絲材料。所述探針6采用細(xì)鎢絲材料。上述方案中，所述探針6帶有直徑20 iim的針尖7。所述探針6的針尖7采用電化學(xué)腐蝕法得到。所述探針6的針尖7的電化學(xué)腐蝕采用稀NaOH水溶液，或者采用日常交流電通過變壓器將電壓降低后加在要腐蝕的探針和另一片銅電極上。上述方案中，所述探針6尾部形成螺旋孔固定于固定支架5上。所述兩個(gè)探針6通過所述兩條連接導(dǎo)線3與所述歐姆表2的兩個(gè)接口連接。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明還提供了一種量子級聯(lián)激光器脊形腐蝕輔助檢測的方 法，該方法是利用通過連接導(dǎo)線分別連接于歐姆表兩極的兩個(gè)探針來測量太赫茲量子級聯(lián)激光器脊形兩側(cè)溝面電阻，在所述太赫茲量子級聯(lián)激光器脊形兩側(cè)溝面電阻突然變小時(shí)，就腐蝕到了需要的深度，進(jìn)而確定腐蝕深度。(三)有益效果本發(fā)明提供的這種量子級聯(lián)激光器脊形腐蝕輔助檢測裝置及其方法，具有制作簡單，成本低，靈敏度高的優(yōu)點(diǎn)，所述支撐板I采用有機(jī)玻璃材料可用手鋸和手電鉆加工，所述探針6采用細(xì)鎢絲材料在酒精燈火焰上加入后迅速纏繞在鐵棍上形成螺旋狀，所述探針6的針尖7的電化學(xué)腐蝕采用稀NaOH水溶液，并采用日常交流電通過變壓器將電壓降低后加在要腐蝕的探針和另一片銅電極上，可加速腐蝕而形成針尖形狀。此方法所需材料都是簡單易得的。能夠有效保證測量具有不同摻雜平面的半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)腐蝕程度。


為進(jìn)一步說明本發(fā)明的內(nèi)容及特點(diǎn)，以下結(jié)合幅圖對本發(fā)明作一詳細(xì)地描述，其中圖I是本發(fā)明的一種示例性半絕緣-離子體波導(dǎo)結(jié)構(gòu)太赫茲量子級聯(lián)激光器脊形腐蝕輔助檢測裝置的立體圖，同時(shí)示出了一種測量實(shí)施例；圖2示出了一種半絕緣-離子體波導(dǎo)結(jié)構(gòu)太赫茲量子級聯(lián)激光器結(jié)構(gòu)的截面圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。本發(fā)明提供的這種量子級聯(lián)激光器脊形腐蝕輔助檢測裝置，包括一支撐板I ;一歐姆表2 ;兩條連接導(dǎo)線3，該兩條連接導(dǎo)線3分別連接在歐姆表2的兩個(gè)接口；四個(gè)固定孔4，該四個(gè)固定孔4開在在支撐板I上，并排成一行；兩個(gè)固定支架5，該兩個(gè)固定支架通過四個(gè)固定孔4固定在支撐板I上；兩個(gè)探針6，該兩個(gè)探針6通過尾部的螺旋孔分別固定在兩個(gè)固定銅支架5上。其中，支撐板I采用有機(jī)玻璃材料，固定支架5采用3mm銅絲材料，探針6采用細(xì)鎢絲材料，探針6帶有直徑20 y m的針尖7，該針尖7采用電化學(xué)腐蝕法得到，該電化學(xué)腐蝕采用稀NaOH水溶液，或者采用日常交流電通過變壓器將電壓降低后加在要腐蝕的探針和另一片銅電極上。探針6尾部形成螺旋孔固定于固定支架5上，兩個(gè)探針6通過兩條連接導(dǎo)線3與歐姆表2的兩個(gè)接口連接。本發(fā)明提供的量子級聯(lián)激光器脊形腐蝕輔助檢測的方法，是利用通過連接導(dǎo)線分別連接于歐姆表兩極的兩個(gè)探針來測量太赫茲量子級聯(lián)激光器脊形兩側(cè)溝面電阻，在所述太赫茲量子級聯(lián)激光器脊形兩側(cè)溝面電阻突然變小時(shí)，就腐蝕到了需要的深度，進(jìn)而確定腐蝕深度。圖I示出了本發(fā)明的示例性立體結(jié)構(gòu)圖，圖2示出了一種半絕緣-離子體波導(dǎo)結(jié)構(gòu)太赫茲量子級聯(lián)激光器結(jié)構(gòu)的截面圖。在示例情況下，采用大約3mm厚的有機(jī)玻璃板作支撐板1，利用手電鉆在支撐板I上開四個(gè)直徑約3mm固定孔4 ，四個(gè)固定孔4排成一行。利用直徑3mm的銅絲5穿過探針6尾端的螺旋孔，將探針6固定于固定孔4上。探針6 —端的針尖7在NaOH溶液中通過電化學(xué)腐蝕得到。兩個(gè)探針6通過連接導(dǎo)線3分別連接歐姆表2的兩個(gè)接口。測量過程中兩個(gè)探針的針尖分別接觸腐蝕過的器件10的脊形9兩側(cè)的溝道表面8。與上次腐蝕后測量相比電阻出現(xiàn)突然降低就表明已腐蝕到高摻雜的等離子層，即圖2中的8的溝道部分，11為腐蝕完成后做的歐姆接觸金屬層。以上所述的具體實(shí)施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種量子級聯(lián)激光器脊形腐蝕輔助檢測裝置，其特征在于，該裝置包括 一支撐板(I); 一歐姆表⑵； 兩條連接導(dǎo)線(3)，該兩條連接導(dǎo)線(3)分別連接在歐姆表(2)的兩個(gè)接口 ； 四個(gè)固定孔(4)，該四個(gè)固定孔(4)開在在支撐板(I)上，并排成一行； 兩個(gè)固定支架(5)，該兩個(gè)固定支架通過四個(gè)固定孔(4)固定在支撐板(I)上； 兩個(gè)探針￠)，該兩個(gè)探針(6)通過尾部的螺旋孔分別固定在兩個(gè)固定銅支架(5)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的量子級聯(lián)激光器脊形腐蝕輔助檢測裝置，其特征在于，所述支撐板(I)采用有機(jī)玻璃材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的量子級聯(lián)激光器脊形腐蝕輔助檢測裝置，其特征在于，所述固定支架(5)采用3mm銅絲材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的量子級聯(lián)激光器脊形腐蝕輔助檢測裝置，其特征在于，所述探針(6)采用細(xì)鎢絲材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的量子級聯(lián)激光器脊形腐蝕輔助檢測裝置，其特征在于，所述探針(6)帶有直徑20 ii m的針尖(7)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的量子級聯(lián)激光器脊形腐蝕輔助檢測裝置，其特征在于，所述探針￠)的針尖(7)采用電化學(xué)腐蝕法得到。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的量子級聯(lián)激光器脊形腐蝕輔助檢測裝置，其特征在于，所述探針(6)的針尖(7)的電化學(xué)腐蝕采用稀NaOH水溶液，或者采用日常交流電通過變壓器將電壓降低后加在要腐蝕的探針和另一片銅電極上。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的量子級聯(lián)激光器脊形腐蝕輔助檢測裝置，其特征在于，所述探針(6)尾部形成螺旋孔固定于固定支架(5)上。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的量子級聯(lián)激光器脊形腐蝕輔助檢測裝置，其特征在于，所述兩個(gè)探針(6)通過所述兩條連接導(dǎo)線(3)與所述歐姆表(2)的兩個(gè)接口連接。
10.一種量子級聯(lián)激光器脊形腐蝕輔助檢測的方法，應(yīng)用于權(quán)利要求I至9中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，該方法是利用通過連接導(dǎo)線分別連接于歐姆表兩極的兩個(gè)探針來測量太赫茲量子級聯(lián)激光器脊形兩側(cè)溝面電阻，在所述太赫茲量子級聯(lián)激光器脊形兩側(cè)溝面電阻突然變小時(shí)，就腐蝕到了需要的深度，進(jìn)而確定腐蝕深度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種量子級聯(lián)激光器脊形腐蝕輔助檢測裝置及方法，該裝置包括一支撐板(1)；一歐姆表(2)；兩條連接導(dǎo)線(3)，該兩條連接導(dǎo)線(3)分別連接在歐姆表(2)的兩個(gè)接口；四個(gè)固定孔(4)，該四個(gè)固定孔(4)開在在支撐板(1)上，并排成一行；兩個(gè)固定支架(5)，該兩個(gè)固定支架通過四個(gè)固定孔(4)固定在支撐板(1)上；兩個(gè)探針(6)，該兩個(gè)探針(6)通過尾部的螺旋孔分別固定在兩個(gè)固定銅支架(5)上。本發(fā)明提供的這種量子級聯(lián)激光器脊形腐蝕輔助檢測裝置及其方法，具有制作簡單，成本低，靈敏度高的優(yōu)點(diǎn)，能夠有效保證具有不同摻雜平面的半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)腐蝕程度。
文檔編號G01B7/26GK102735157SQ20121021181
公開日2012年10月17日 申請日期2012年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月21日
發(fā)明者劉俊岐, 劉峰奇, 張錦川, 梁平, 王利軍, 胡穎 申請人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所