專利名稱：磷化銦基光電子器件中楔形腔和平行腔結(jié)構(gòu)實現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有楔型腔或非平行腔結(jié)構(gòu)的磷化銦(InP)基光電子器件的制備方法，特別涉及了光探測器中楔形結(jié)構(gòu)以及基于空氣隙的諧振腔結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)方法。
背景技術(shù)：
目前的各種半導(dǎo)體光電子器件，其結(jié)構(gòu)上的一大特點就是在垂直于其襯底的方向上屬于分層結(jié)構(gòu)，并且各層結(jié)構(gòu)之間通常是彼此平行的(且平行于襯底表面)，這是由于半導(dǎo)體外延生長工藝所決定的。多年來半導(dǎo)體器件的發(fā)展均承襲了這一結(jié)構(gòu)。近年來，隨著光通信、光信息處理技術(shù)的飛速發(fā)展，楔形結(jié)構(gòu)在光波導(dǎo)互連(如光波模式變換)、解復(fù)用接收器件(平行腔間解耦)以及角色散元件(如棱鏡)中起著越來越關(guān)鍵的作用。
目前制備楔形結(jié)構(gòu)所采用的工藝主要有激光輔助外延技術(shù)，選擇區(qū)域外延(SAG)技術(shù)等，但是這些技術(shù)需要對生長設(shè)備進行改造或需要進行多次外延生長，工藝復(fù)雜，成本較高。
利用腐蝕液對不同材料的腐蝕速率差異即選擇性腐蝕來實現(xiàn)楔形結(jié)構(gòu)，具有工藝簡單、易于實現(xiàn)等優(yōu)點，同時可以通過調(diào)節(jié)腐蝕液的選擇性來獲得各種不同傾角的楔形結(jié)構(gòu)，并且楔形結(jié)構(gòu)可以在外延層上的任意位置實現(xiàn)。GaAs(砷化鎵)基上的楔形結(jié)構(gòu)已經(jīng)在實驗上實現(xiàn)了。但是InP(磷化銦)基的楔型結(jié)構(gòu)的制備還未有報導(dǎo)。
并且，目前對于InP基光電器件的制備仍然存在某些制約因素。由于InP基襯底上外延生長的材料系的折射率差通常很小(約0.15)，很難獲得高的反射率的DBR(分布式布拉格反射鏡)，因此很難實現(xiàn)高品質(zhì)因素的光學(xué)諧振腔。這制約了長波長的諧振腔光探測器(RCE-PD)及面發(fā)射激光器(VCSEL)的發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供，在InP基外延層上實現(xiàn)特定傾角、表面平坦的楔形結(jié)構(gòu)以及獲得高品質(zhì)因素的光學(xué)諧振的方法，具有工藝簡單、易于實現(xiàn)等優(yōu)點。
本發(fā)明原理如下，在InP基外延層表面形成引導(dǎo)層以及掩膜層，在需要形成的楔形結(jié)構(gòu)頂端的相對位置除去掩膜層，然后置于腐蝕液中，實現(xiàn)需要的楔形結(jié)構(gòu)后從腐蝕液中取出。引導(dǎo)層的腐蝕速率較快，引導(dǎo)層在側(cè)向腐蝕的同時，逐漸露出相鄰的腐蝕速率較慢的外延層，這樣在相鄰的外延層上就腐蝕出楔形結(jié)構(gòu)的形狀。引導(dǎo)層厚度較薄時，腐蝕出的斜面傾角由引導(dǎo)層和外延層的腐蝕速率比決定。
當(dāng)腐蝕液的選擇性極大時，引導(dǎo)層完全除去形成平行的空氣隙，而外延層基本不腐蝕；從而獲得由空氣隙和外延層交替構(gòu)成的高反射率的DBR。因此可以實現(xiàn)，基于這種高反射率DBR的平行腔和楔型腔的光探測器。
本發(fā)明選用的對InP基的InGaAs/InGaAsP材料具有選擇性腐蝕的溶液有檸檬酸/H2O2，HCl/H3PO4，F(xiàn)eCl3/H2O2，H2SO4/H2O2/H2O，H3PO4/H2O2/H2O，CrO3/HF和CrO3/HF/HCl溶液等。本發(fā)明優(yōu)選CrO3/HF或CrO3/HF/HCl溶液。


下面結(jié)合附圖進一步闡明本發(fā)明實施例。
圖1為本發(fā)明利用選擇性腐蝕制備楔形結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖2利用選擇性腐蝕制備平行腔空氣隙的示意3為基于楔形結(jié)構(gòu)的光探測器示意圖。
圖4為本發(fā)明利用選擇性腐蝕制備基于空氣隙的長波長RCE-PD的示意圖。
具體實施例方式
請參閱圖1，本發(fā)明實施例器件的引導(dǎo)層2和外延層3是在InP襯底4上外延生長而成，在引導(dǎo)層2的表面再形成一層掩膜層1，在需要形成的楔形結(jié)構(gòu)頂端的相對位置除去掩膜層，然后置于腐蝕液中，實現(xiàn)需要的楔形結(jié)構(gòu)后從腐蝕液中取出，在本實施例器件中，引導(dǎo)層2為InGaAs材料，外延層3為InGaAsP材料，引導(dǎo)層2的腐蝕速率高于外延層3的腐蝕速率，引導(dǎo)層2向側(cè)向腐蝕的同時，外延層3逐漸露出表面，并開始向下腐蝕，于是在外延層3上則腐蝕出傾角為θ的楔形結(jié)構(gòu)。
對InGaAs/InGaAsP具有選擇性腐蝕的溶液包括有檸檬酸/H2O2，HCl/H3PO4，F(xiàn)eCl3/H2O2，H2SO4/H2O2/H2O，H3PO4/H2O2/H2O等。其中檸檬酸/H2O2、H2SO4/H2O2/H2O和H3PO4/H2O2/H2O溶液對InGaAs/InGaAsP的選擇性比較小，制備的角度偏大。而HCl/H3PO4只腐蝕InP，對InGaAs和InGaAsP幾乎不腐蝕。
為了獲得合適傾角的楔型結(jié)構(gòu)，本發(fā)明人首次研究了CrO3/HF和CrO3/HF/HCl溶液對InGaAs/InGaAsP得選擇性腐蝕，通過改變其混合成份之間的比例，可以選擇性的在外延層上制備出各種傾角。本發(fā)明采用的腐蝕液，改變其混合成份之間的比例，可以選擇性的在外延層上制備出各種傾角。例如，當(dāng)25ml腐蝕液CrO3為一定值，HF的濃度從2ml變?yōu)?5ml，該腐蝕液的腐蝕角度可以從1.432度變到2.86度。當(dāng)20ml腐蝕液CrO3和10mlHF為一定值，HCl的濃度從0變?yōu)?ml，該腐蝕液的腐蝕角度可以從2.2度變到15度。綜合上述的說明，給出一個HF/CrO3腐蝕液制備InP基外延層傾角的具體例子3ml的HF混合20ml的CrO3，制備得到的傾角約為1.5度。
本發(fā)明提供的方法在所實驗的腐蝕液配比的內(nèi)，可以制備從1.4至15度的各種楔形結(jié)構(gòu)。如果擴大配比范圍，則傾角也會達到更大的范圍。
如圖2所示，當(dāng)腐蝕液的選擇性極大時(即外延層3基本不腐蝕)即可獲得平行的空氣隙2，或者利用HCl/H3PO4，由于這種腐蝕液只腐蝕InP，對InGaAs和InGaAsP幾乎不腐蝕，也可獲得空氣隙2。從而獲得有多對空氣隙2和外延層3交替構(gòu)成的高反射率的DBR。
對于圖1的楔形結(jié)構(gòu)上繼續(xù)通過蒸鍍、濺射或外延等方法生長介質(zhì)膜反射鏡則可以構(gòu)成楔性腔形探測器如圖3。對于圖2的結(jié)構(gòu)繼續(xù)通過蒸鍍、濺射或外延等方法生長反射鏡，與吸收層和基于空氣隙的下DBR反射鏡，一起實現(xiàn)了諧振腔光探測器如圖4。
本發(fā)明徹底解除了半導(dǎo)體外延生長工藝所決定的各層結(jié)構(gòu)之間通常是彼此平行的限制，以及解決了InP基材料質(zhì)備高反射率DBR的問題，勢將對今后光波與光電子器件的發(fā)展產(chǎn)生重要而深遠(yuǎn)的影響。以上所述乃本發(fā)明的具體實例及所運用的技術(shù)原理，依本發(fā)明的構(gòu)想所做的等效變換，其所產(chǎn)生的功能作用仍未超出說明書及附圖所涵蓋的精神時，均應(yīng)在本發(fā)明的范圍內(nèi)，特此說明。
權(quán)利要求
1.一種磷化銦基光電子器件中楔形腔和平行腔結(jié)構(gòu)實現(xiàn)方法，其特征在于，利用腐蝕液對引導(dǎo)層和外延層的腐蝕速率差異即選擇性腐蝕，在InGaAsP外延層上實現(xiàn)具有所需要傾角的楔形結(jié)構(gòu)。其中通過改變腐蝕液的組分配比來達到改變腐蝕液對引導(dǎo)層和外延層材料的速率腐蝕比，從而實現(xiàn)不同傾角的楔形結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述腐蝕液為檸檬酸/H2O2，F(xiàn)eCl3/H2O，HCl/H3PO4，H2SO4/H2O2/H2O，H3PO4/H2O2/H2O，CrO3/HF，或CrO3/HF/HCl溶液。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述腐蝕液為CrO3/HF/HCl或CrO3/HF腐蝕液。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，通過所述的選擇性腐蝕來實現(xiàn)分布式布拉格反射鏡。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的方法，其特征在于，引導(dǎo)層可以被完全除去而外延層基本不受腐蝕，形成空氣隙與外延層交替構(gòu)成的分布式布拉格反射鏡。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的方法，其特征在于，分布式布拉格反射鏡還可以通過在空氣隙中注入其它物質(zhì)得到。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種InP(磷化銦)基光電子器件，特別涉及此器件中的楔形腔和平行腔的實現(xiàn)方法。本發(fā)明特征在于利用選擇性腐蝕在InP基半導(dǎo)體外延層上實現(xiàn)具有特定傾角的楔形結(jié)構(gòu)，以及實現(xiàn)基于空氣隙的平行腔結(jié)構(gòu)。其中楔形結(jié)構(gòu)的傾角可以通過選擇不同的腐蝕液的組分比例來調(diào)節(jié)。本發(fā)明涉及的方法具有與半導(dǎo)體集成工藝兼容的特點，勢將對今后光波與光電子器件的發(fā)展產(chǎn)生重要而深遠(yuǎn)的影響。
文檔編號H01L33/00GK1531155SQ03120468
公開日2004年9月22日 申請日期2003年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月17日
發(fā)明者任曉敏, 王興妍, 黃輝, 王 琦, 黃永清 申請人:北京郵電大學(xué)