CN101382623A - 带光纤定位槽的斜面接收光电探测器及其阵列的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光纤通信技术领域，公开了一种带光纤定位槽的斜面接收光电探测器的制作方法，在斜面接收光电探测器SVPD的制作过程中增加光纤定位槽腐蚀工艺，在SVPD的相对一侧朝向SVPD有源区的方向上腐蚀半导体衬底形成用于容纳对准光纤的光纤定位槽，将光纤定位槽与SVPD集成为一体，位于光纤定位槽的光纤的中心精确对准SVPD的有源区中心。本发明同时公开了一种带光纤定位槽的斜面接收光电探测器阵列的制作方法。利用本发明，使光纤和SVPD的对准精度在微米量级，克服了定位精度的漂移问题，提高了定位精度的可靠性，并降低了光纤对准定位的难度，降低了光纤对准定位的成本。
Description
技术领域
本发明涉及光纤通信技术领域，涉及一种新型光电探测器的制造方法，尤其涉及一种带光纤定位槽的斜面接收光电探测器及其阵列的制作方法。
背景技术
随着数字信息化进程的飞速发展，超级计算机、服务器等对大容量、高速数据交换的需求不断增加。光纤通信不仅广泛应用于长距离通信上，在基站天线与控制站之间，楼宇内部服务器之间，机柜之间，光背板之间的短距离高速数据通信领域也有着广泛的应用前景。组成光互联的光学元器件的成本是制约光纤通信大规模应用的主要因素，其中，光学元器件成本的相当大一部分在于其与光纤的对准定位。光纤的定位精度要求很高，其精度应在微米量级。
光纤定位方法通常有：有源对准，无源对准，以及两者结合。有源对准方法是在对准过程中光发射和接收同时工作，调整光学元器件，监测光信号，直至光信号最强时光路对准达到最佳位置，优点是光路对准质量高，缺点是效率极低，光模块成本高。无源对准方法是利用光纤定位装置实现光纤与光电器件的对准，优点是效率高，成本低，缺点是需要精确的对准装置，难以保证耦合效率。
无源对准方法由于其在低成本方面的优势，受到国内外研究者的普遍关注。在现有技术中，V形槽被普遍地应用于容纳和定位光纤；近年来，出现将光纤定位功能与光电元器件单片集成的趋势。例如在以下现有技术专利文献中所述：
US 6,187,515B1(Dean Tran等，02/13/2001)描述了一种精确定位光纤和光学器件的光学集成微型基片，其实现过程是在III-V族材料衬底的正面上利用各向异性的腐蚀特性得到一个贯通基片的槽，槽的侧壁是一个与腐蚀特性相关的斜面，用来反射光信号；在衬底的背面垂直于正面槽侧壁的方向上腐蚀出光纤定位槽，用来定位光纤，并实现与正面槽侧壁的精确对准。基片倒扣焊接在光学器件上，基片提供光纤固定功能和光信号90度折射的功能。
CN 1455882A(戴维·洛尔斯顿等，11/12/2003)描述了一种包含光纤对准凹槽的单片半导体光耦合器，其在半导体衬底的一个面上制作用于容纳和对准光纤的凹槽，在凹槽延伸部分横向于凹槽在衬底半导体材料中制备给定厚度的垂直壁，壁中通过掺杂形成不同电特性区，p型掺杂区、本征半导体区和n型掺杂区形成p-i-n光探测器，当光纤放置到凹槽时，它直接与光探测器对准。
发明内容
(一)要解决的技术问题
有鉴于此，本发明的一个目的在于提供一种带光纤定位槽的斜面接收光电探测器(SVPD)的制作方法，使光纤和SVPD的对准精度在微米量级，克服定位精度的漂移问题，提高定位精度的可靠性，并降低光纤对准定位的难度，降低光纤对准定位的成本。
本发明的另一个目的在于提供一种带光纤定位槽的斜面接收光电探测器阵列的制作方法，使光纤和SVPD的对准精度在微米量级，克服定位精度的漂移问题，提高定位精度的可靠性，并降低光纤对准定位的难度，降低光纤对准定位的成本。
(二)技术方案
为达到上述一个目的，本发明提供了一种带光纤定位槽的斜面接收光电探测器的制作方法，该方法在斜面接收光电探测器SVPD的制作过程中增加光纤定位槽腐蚀工艺，在SVPD的相对一侧朝向SVPD有源区的方向上腐蚀半导体衬底形成用于容纳对准光纤的光纤定位槽，将光纤定位槽与SVPD集成为一体，位于光纤定位槽的光纤的中心精确对准SVPD的有源区中心。
上述方案中，所述光纤定位槽腐蚀工艺在SVPD器件制作工序完成后进行，或者在SVPD的腐蚀槽工艺完成后进行。
上述方案中，所述光纤定位槽腐蚀工艺采用的腐蚀溶液体系包括：H2SO4-H2O2-H2O体系，H3PO4-H2O2-H2O体系，HCl-H2O2-H2O体系或NH4OH-H2O2-H2O体系。
上述方案中，所述光纤定位槽腐蚀工艺采用湿法腐蚀工艺，利用半导体衬底的各向异性的腐蚀特性，在与SVPD斜面相对的垂直方向上腐蚀形成倒梯形或U型的腐蚀截面，形成光纤定位槽，以容纳对准光纤。
上述方案中，所述光纤定位槽的腐蚀截面为倒梯形或U型，由所使用的腐蚀溶液组分和配比决定；所述光纤定位槽的深度由腐蚀时间控制，通过选择腐蚀溶液体系和配比，控制腐蚀时间来控制光纤定位槽的深度，使得光纤的中心对准SVPD接收有源区的中心；所述光纤定位槽的开口宽度由腐蚀掩模窗口宽度和腐蚀液的侧向腐蚀速率决定。
上述方案中，所述光纤定位槽在固定光纤时采用紫外固化胶，或采用带V形槽的基片从光纤的上部固定，或采用上述两种固定方法结合。
上述方案中，所述光纤为单模光纤，或为多模光纤，朝向SVPD的光纤端面为直接切割光纤形成的平断面，或经过熔融处理形成的凸透镜端面，或经过拉锥处理形成的尖端面。
上述方案中，所述半导体衬底材料为GaAs或InP，衬底的导电类型为N型或半绝缘型。
上述方案中，当所述半导体衬底的导电类型为N型时，SVPD的器件为上表面单电极形式；当所述半导体衬底的导电类型为半绝缘型时，SVPD的器件为上表面双电极形式。
为达到上述另一个目的，本发明提供了一种带光纤定位槽的斜面接收光电探测器阵列的制作方法，其特征在于，该方法以带一个光纤定位槽的SVPD作为一个探测器单元，将一定数目的探测器单元组成在一起形成斜面接收光电探测器阵列。
上述方案中，所述探测器单元的数目为4～12。
上述方案中，所述斜面接收光电探测器阵列的衬底为SI衬底，探测器单元之间为台面隔离。
上述方案中，所述斜面接收光电探测器阵列的衬底为N型衬底，探测器单元之间除台面隔离之外，在相邻探测器之间通过腐蚀或机械划片加工出一隔离槽，台面隔离和隔离槽隔离相结合，避免阵列单元之间的互扰，提高器件性能。
上述方案中，所述斜面接收光电探测器阵列使用的光纤为单根光纤或光纤带，光纤或光纤带的固定方式采用紫外固化胶，或采用带V形槽的基片从光纤或光纤带的上部固定，或采用上述两种固定方法结合。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：
1、本发明提供的这种带光纤定位槽的SVPD及其阵列的制作方法，制得的单片探测器中，集成了光纤对准定位凹槽和斜面接收光电探测器，当光纤放置到凹槽内时，可以实现光纤和SVPD的直接对准，对准精度在微米量级。
2、本发明提供的这种带光纤定位槽的SVPD及其阵列的制作方法，可以大大降低光纤对准定位的难度，降低光纤对准定位的成本；并且，由于光纤定位结构和光电元件是单片集成的，因此不存在定位精度的漂移问题，大大提高了定位精度的可靠性。
3、本发明提供的这种带光纤定位槽的SVPD及其阵列的制作方法，光纤定位槽的制作工艺与SVPD的制作工艺集成，适合于大规模制造，以及制作成带光纤定位槽的SVPD的探测器阵列。
附图说明
图1为III-V族半导体衬底各向异性腐蚀特性示意图；
图2为本发明提供的带光纤定位槽的SVPD的结构示意图；
图3为图2所示带光纤定位槽的SVPD的剖面结构示意图；
图4为带光纤定位槽的SVPD的探测器阵列单片的示意图；
图5为带光纤定位槽的SVPD的探测器阵列单片的光纤固定示意图；
图6为依照本发明第一个实施例制作带光纤定位槽的斜面接收光电探测器的工艺流程图；
图7为依照本发明第二个实施例制作带光纤定位槽的斜面接收光电探测器的工艺流程图；
图8为依照本发明实施例制作带光纤定位槽的斜面接收光电探测器的方法流程图；
图9为依照本发明第三个实施例制作带光纤定位槽的斜面接收光电探测器的工艺流程图；
图10为依照本发明第四个实施例制作带光纤定位槽的斜面接收光电探测器的工艺流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
本发明提供的这种带光纤定位槽的斜面接收光电探测器的制作方法，在斜面接收光电探测器(SVPD)的制作过程中增加光纤定位槽腐蚀工艺，在SVPD的相对一侧朝向SVPD有源区的方向上腐蚀半导体衬底形成光纤定位槽，将光纤定位槽与SVPD集成为一体，位于光纤定位槽的光纤的中心精确对准SVPD的有源区中心。
光纤定位槽腐蚀工艺可以紧跟在SVPD的腐蚀槽工艺之后，然后再完成SVPD的其他制作工序；或者在SVPD器件制作工序都完成后，再进行光纤定位槽的腐蚀工序。光纤定位凹槽制作在与SVPD同一个面内，且对准朝向SVPD的光接收有源区方向。
光纤定位槽腐蚀工艺采用湿法腐蚀工艺，利用半导体衬底的各向异性的腐蚀特性，在与SVPD斜面相对的垂直方向上腐蚀形成倒梯形或U型的腐蚀截面，形成光纤定位槽，以容纳对准光纤。
定位槽腐蚀工艺可以选择的腐蚀溶液体系包括：H2SO4-H2O2-H2O体系，H3PO4-H2O2-H2O体系，HCl-H2O2-H2O体系，以及NH4OH-H2O2-H2O体系。在与SVPD斜面相对的垂直方向上腐蚀截面为倒梯形或U型，以容纳对准光纤。所述光纤定位槽的腐蚀截面具体为倒梯形或为U型，由所使用的腐蚀溶液组分和配比决定；所述光纤定位槽的深度由腐蚀时间控制，通过选择腐蚀溶液体系和配比，控制腐蚀时间来控制光纤定位槽的深度，使得光纤的中心对准SVPD接收有源区的中心；所述光纤定位槽的开口宽度由腐蚀掩模窗口宽度和腐蚀液的侧向腐蚀速率决定，光纤定位槽的宽度要足够容纳光纤。
光纤定位槽在固定光纤时可以采用紫外固化胶，或采用带V形槽的基片从光纤的上部固定，或采用上述两种固定方法结合。光纤可以为单模光纤或多模光纤，朝向SVPD的光纤端面为直接切割光纤形成的平断面，或经过熔融处理形成的凸透镜端面，或经过拉锥处理形成的尖端面。
本发明将光纤定位槽的腐蚀工艺与SVPD的制作工艺相集成，制作而成的SVPD器件单片包括半导体衬底、光纤定位凹槽和SVPD。SVPD是光接收有源区位于斜面上的光电探测器，SVPD的光接收有源区是通过外延生长的p-i-n探测器结构。半导体衬底材料，即SVPD的衬底材料，可以为GaAs衬底或InP衬底，衬底的导电类型可以为N型衬底或SI(半绝缘)型衬底，当所述半导体衬底的导电类型为N型时，SVPD的器件为上表面单电极形式；当所述半导体衬底的导电类型为半绝缘型时，SVPD的器件为上表面双电极形式。
基于上述本发明提供的带光纤定位槽的斜面接收光电探测器的制作方法，本发明还提供了一种带光纤定位槽的斜面接收光电探测器阵列的制作方法，该方法以带一个光纤定位槽的SVPD作为一个探测器单元，将一定数目的探测器单元组成在一起形成斜面接收光电探测器阵列。探测器单元的数目通常为4～12。对探测器阵列单片，衬底首选为SI衬底，探测器单元之间为台面隔离；对N型衬底，探测器单元之间除台面隔离之外，在相邻探测器之间通过腐蚀或机械划片加工出一隔离槽，台面隔离和隔离槽隔离相结合，以避免阵列单元之间的互扰，提高器件性能。
探测器阵列单元使用的光纤可以为单根光纤或光纤带，光纤或光纤带的固定方式可以与单个带光纤定位槽的SVPD的光纤固定方法相同，可以采用紫外固化胶，或采用带V形槽的基片从光纤或光纤带的上部固定，或采用上述两种固定方法结合。
下面结合附图，对本发明的优点、特征和应用进行进一步的解释说明。
附图1是III-V族半导体衬底各向异性腐蚀特性示意图。
对(100)晶向的III-V族半导体衬底片101，在沿
方向腐蚀槽的截面是一个倒梯形槽103，沿
方向腐蚀槽的截面是一个V形槽102。
附图2是带光纤定位槽的斜面接收光电探测器(SVPD)的示意图。
其包含在衬底200上的SVPD 201和光纤定位槽204，处在衬底200的同一个面上，光纤定位槽204方向与斜面203方向垂直，且对准SVPD201的光接收有源区205。光纤202放置并固定在定位槽204内，光纤202的中心与光接收有源区205的中心对准，实现光纤202与SVPD 201的无源对准。
附图3是带光纤定位槽的SVPD的剖面示意图。
光纤定位槽的深度H1要使得固定在其中的光纤的中心与光接收有源区的中心对准，即H1＝D1/2+H0/2。光纤定位槽的宽度W要大于光纤的直径D1，以放置容纳光纤。
附图4是带光纤定位槽的SVPD的探测器阵列单片的示意图。
其为由数个带光纤定位槽的SVPD组成一个探测器阵列单片401，阵列的单元数目为4，阵列单片可以实现探测器阵列与光纤阵列的同时对准。
附图5是带光纤定位槽的SVPD的探测器阵列单片的光纤固定示意图。
带光纤定位槽的SVPD的探测器阵列单片401中的光纤采用带V形槽的基片501固定。
以下结合具体的实施例，对本发明制作带光纤定位槽的斜面接收光电探测器的方法进一步详细说明。
(一)一种是预留光纤定位槽区域，在完成所有正面工艺之后，单独一步腐蚀形成光纤定位槽，然后再完成SVPD其余的制作工艺。
对于N型衬底，在进行完所有正面工艺之后，即完成“P型欧姆接触金属化”工艺之后，进行“背面减薄”工艺之前，进行光纤定位槽的腐蚀，之后再完成背面工艺，完成带光纤定位槽的斜面接收光电探测器或阵列的制造。具体工艺流程图可参照图6，图6示出了依照本发明第一个实施例制作带光纤定位槽的斜面接收光电探测器的工艺流程图。
对于半绝缘型衬底，也是在完成所有正面工艺之后，在“背面减薄”工艺之前，进行光纤定位槽的腐蚀，之后进行背面减薄，完成带光纤定位槽的斜面接收光电探测器或阵列的制造。具体工艺流程图可参照图7，图7示出了依照本发明第二个实施例制作带光纤定位槽的斜面接收光电探测器的工艺流程图。
(二)另一种是在完成SVPD深槽斜面的腐蚀之后，进行光纤定位槽的腐蚀，然后再进行SVPD其余的制作工艺。
此种方法对N型或半绝缘型两种不同衬底的影响仅是在“深槽腐蚀”步骤之后，添加一步“光纤定位槽腐蚀”，然后就是剩余的工艺：外延材料生长、微电子工艺制造，形成带光纤定位槽的斜面接收光电探测器或阵列。具体方法流程图可参照图8，图8示出了依照本发明实施例制作带光纤定位槽的斜面接收光电探测器的方法流程图。
对于N型衬底，具体工艺流程图可参照图9，图9示出了依照本发明第三个实施例制作带光纤定位槽的斜面接收光电探测器的工艺流程图。
对于半绝缘型衬底，具体工艺流程图可参照图10，图10示出了依照本发明第四个实施例制作带光纤定位槽的斜面接收光电探测器的工艺流程图。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (14)
1、一种带光纤定位槽的斜面接收光电探测器的制作方法，其特征在于，该方法在斜面接收光电探测器SVPD的制作过程中增加光纤定位槽腐蚀工艺，在SVPD的相对一侧朝向SVPD有源区的方向上腐蚀半导体衬底形成用于容纳对准光纤的光纤定位槽，将光纤定位槽与SVPD集成为一体，位于光纤定位槽的光纤的中心精确对准SVPD的有源区中心。
2、根据权利要求1所述的带光纤定位槽的斜面接收光电探测器的制作方法，其特征在于，所述光纤定位槽腐蚀工艺在SVPD器件制作工序完成后进行，或者在SVPD的腐蚀槽工艺完成后进行。
3、根据权利要求1所述的带光纤定位槽的斜面接收光电探测器的制作方法，其特征在于，所述光纤定位槽腐蚀工艺采用的腐蚀溶液体系包括：H2SO4-H2O2-H2O体系，H3PO4-H2O2-H2O体系，HCl-H2O2-H2O体系或NH4OH-H2O2-H2O体系。
4、根据权利要求1所述的带光纤定位槽的斜面接收光电探测器的制作方法，其特征在于，所述光纤定位槽腐蚀工艺采用湿法腐蚀工艺，利用半导体衬底的各向异性的腐蚀特性，在与SVPD斜面相对的垂直方向上腐蚀形成倒梯形或U型的腐蚀截面，形成光纤定位槽，以容纳对准光纤。
5、根据权利要求4所述的带光纤定位槽的斜面接收光电探测器的制作方法，其特征在于，所述光纤定位槽的腐蚀截面为倒梯形或U型，由所使用的腐蚀溶液组分和配比决定；所述光纤定位槽的深度由腐蚀时间控制，通过选择腐蚀溶液体系和配比，控制腐蚀时间来控制光纤定位槽的深度，使得光纤的中心对准SVPD接收有源区的中心；所述光纤定位槽的开口宽度由腐蚀掩模窗口宽度和腐蚀液的侧向腐蚀速率决定。
6、根据权利要求4所述的带光纤定位槽的斜面接收光电探测器的制作方法，其特征在于，所述光纤定位槽在固定光纤时采用紫外固化胶，或采用带V形槽的基片从光纤的上部固定，或采用上述两种固定方法结合。
7、根据权利要求1所述的带光纤定位槽的斜面接收光电探测器的制作方法，其特征在于，所述光纤为单模光纤，或为多模光纤，朝向SVPD的光纤端面为直接切割光纤形成的平断面，或经过熔融处理形成的凸透镜端面，或经过拉锥处理形成的尖端面。
8、根据权利要求1所述的带光纤定位槽的斜面接收光电探测器的制作方法，其特征在于，所述半导体衬底材料为GaAs或InP，衬底的导电类型为N型或半绝缘型。
9、根据权利要求8所述的带光纤定位槽的斜面接收光电探测器的制作方法，其特征在于，当所述半导体衬底的导电类型为N型时，SVPD的器件为上表面单电极形式；当所述半导体衬底的导电类型为半绝缘型时，SVPD的器件为上表面双电极形式。
10、一种带光纤定位槽的斜面接收光电探测器阵列的制作方法，其特征在于，该方法以带一个光纤定位槽的SVPD作为一个探测器单元，将一定数目的探测器单元组成在一起形成斜面接收光电探测器阵列。
11、根据权利要求10所述的带光纤定位槽的斜面接收光电探测器阵列的制作方法，其特征在于，所述探测器单元的数目为4～12。
12、根据权利要求10所述的带光纤定位槽的斜面接收光电探测器阵列的制作方法，其特征在于，所述斜面接收光电探测器阵列的衬底为SI衬底，探测器单元之间为台面隔离。
13、根据权利要求10所述的带光纤定位槽的斜面接收光电探测器阵列的制作方法，其特征在于，所述斜面接收光电探测器阵列的衬底为N型衬底，探测器单元之间除台面隔离之外，在相邻探测器之间通过腐蚀或机械划片加工出一隔离槽，台面隔离和隔离槽隔离相结合，避免阵列单元之间的互扰，提高器件性能。
14、根据权利要求10所述的带光纤定位槽的斜面接收光电探测器阵列的制作方法，其特征在于，所述斜面接收光电探测器阵列使用的光纤为单根光纤或光纤带，光纤或光纤带的固定方式采用紫外固化胶，或采用带V形槽的基片从光纤或光纤带的上部固定，或采用上述两种固定方法结合。
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2007
- 2007-09-07 CN CNA2007101215034A patent/CN101382623A/zh active Pending
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