CN101935009B - 一种制作可调谐共振腔增强型探测器中间p型电极的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种制作可调谐共振腔增强型探测器中间P型电极的方法，包括：在砷化镓衬底上生长波长可调谐共振腔增强型探测器的外延片；清洗外延片，并对外延片进行第一次光刻，获得单悬臂的光刻胶掩膜图形；对外延片进行腐蚀，腐蚀出所要的悬臂台面，并去胶清洗；对腐蚀出悬臂台面的外延片进行第二次光刻，得到面积小于P型电极的图案；选择性的腐蚀掉牺牲层的剩余GaAs和其下的截止层AlxGa1-xAs，暴露P型电极接触层的GaAs，并去胶清洗；对腐蚀出P型电极窗口的外延片进行第三次光刻，得到P型电极图案；外延片带胶溅射钛金电极，并剥离、清洗。利用本发明，解决了截止层与电极接触层材料相制约的情况，降低了工艺难度与成本，制作出了优良的P型电极。
Description
技术领域
本发明涉及微光机电系统(MOEMS)加工技术领域，具体是指一种制作波长可调谐共振腔增强型探测器中间P型电极的方法。
背景技术
目前的通讯领域正朝着高速高容量光通讯技术和全光通讯网络发展，密集波分复用(DWDM)系统已成为长途光信号传输的关键技术，这就要求精确监控波长。MOEMS波长可调谐滤波器，MOEMS波长可调谐探测器和MOEMS波长可调谐垂直腔面发射激光器等光电子器件，可以对波长进行有效的选择和控制，在高速高容量光通讯技术和全光通讯网络技术中有着广泛的应用前景。
波长可调谐共振腔增强型探测器(RCE-PD)主要由三部分组成：顶部可移动的分布布拉格反射镜(DBR)、量子阱吸收区和与衬底相连的下DBR，其中上DBR包括顶部N型掺杂DBR、空气隙以及中间P型掺杂的DBR。整个器件包括三个电极：顶部的N型电极，中间P型电极和底部N型电极。中间P型电极与底部N型电极之间加反向偏压实现光探测，顶部N型电极与中间P型电极之间加反向偏压，静电吸引使得悬臂下移，减小空气隙厚度以实现波长的调谐。
中间P型电极的制作是个难点。要获得良好的电极接触，需要很高的P型掺杂，采用MBE生长GaAs基外延片，P型掺杂通常是通过掺入铍(Be)来实现的，在GaAs材料中可以获得很高浓度的掺杂，但在AlxGa1-xAs材料中，很难获得较高的掺杂浓度，尤其对于Al组分较高的情况。采用GaAs做牺牲层材料的MOEMS器件，通常其截止层材料选择用AlxGa1-xAs。而对于一般的方法，P型电极通常是直接淀积在这层AlxGa1-xAs的截止层上，要实现高掺杂必须降低Al组分，但降低Al组分就会使得牺牲层GaAs与截止层AlxGa1-xAs腐蚀选择比下降，一般方法使用干法刻蚀尽量提高刻蚀选择比，给腐蚀工艺带来困难，而且加大了制作成本。
发明内容
(一)要解决的技术问题
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种制作波长可调谐共振腔增强型探测器中间P型电极的方法。
(二)技术方案
为达到上述目的，本发明提供了一种制作波长可调谐共振腔增强型探测器中间P型电极的方法，该方法包括：
A、在砷化镓衬底上生长波长可调谐共振腔增强型探测器的外延片；
B、清洗外延片，并对外延片进行第一次光刻，获得单悬臂的光刻胶掩膜图形；
C、对外延片进行腐蚀，腐蚀出所要的悬臂台面，并去胶清洗；
D、对腐蚀出悬臂台面的外延片进行第二次光刻，得到面积小于P型电极的图案，以便腐蚀得到P型电极窗口；
E、选择性的腐蚀掉牺牲层的剩余GaAs和其下的截止层AlxGa1-xAs，x代表材料中Al元素所占的摩尔比，暴露P型电极接触层的GaAs，并去胶清洗；
F、对腐蚀出P型电极窗口的外延片进行第三次光刻，得到P型电极图案；
G、外延片带胶溅射钛金电极，并剥离、清洗。
上述方案中，步骤A中所述在砷化镓衬底上生长波长可调谐共振腔增强型探测器的外延片，采用分子束外延技术。
上述方案中，步骤C中所述对外延片进行腐蚀，是采用磷酸系腐蚀液进行非选择性湿法腐蚀；腐蚀出所要的悬臂台面时，台面深度到牺牲层的GaAs。
上述方案中，所述磷酸系腐蚀液由磷酸H3PO4、含量为30％的双氧水H2O2、去离子水DI按照体积比为3∶2∶20配置，腐蚀时采用水浴进行加热使腐蚀液保持恒温，腐蚀温度为30℃。
上述方案中，步骤E中所述选择性的腐蚀掉牺牲层的剩余GaAs和其下的截止层AlxGa1-xAs，是采用两种选择性的腐蚀液分别进行湿法腐蚀，包括采用柠檬酸系腐蚀液选择性的腐蚀牺牲层的剩余GaAs，以及采用盐酸系腐蚀液选择性的腐蚀刚暴露出的Al0.5Ga0.5As。
上述方案中，所述柠檬酸系腐蚀液由质量比为50％的柠檬酸C6H8O7溶液、含量为30％的双氧水H2O2按照体积比为2∶1配置，腐蚀时采用水浴进行加热使腐蚀液保持恒温，腐蚀温度为30℃。
上述方案中，所述盐酸系腐蚀液由质量比为36％的盐酸HCl、去离子水DI以体积比为2∶1配置，腐蚀时采用水浴加热使腐蚀液保持恒温，腐蚀温度为30℃。
(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、本发明提供的这种制作波长可调谐共振腔增强型探测器中间P型电极的方法，是在波长可调谐RCE-PD中间P型电极制作过程中，采用特别配置的腐蚀液进行湿法腐蚀，解决截止层与电极接触层材料相制约的情况，降低了工艺难度与成本，制作出了优良的P型电极。
2、本发明提供的这种制作波长可调谐共振腔增强型探测器中间P型电极的方法，解决了在可调谐RCE-PD制备中，将中间P型电极直接淀积在截止层上所遇到的材料选择与腐蚀工艺相制约的问题。
3、本发明提供的这种制作波长可调谐共振腔增强型探测器中间P型电极的方法，截止层材料可以选用Al组分较大的材料，提高了湿法腐蚀的腐蚀选择比以及空气与半导体界面的平整度，同时获得更好的P型电极接触。
4、本发明提供的这种制作波长可调谐共振腔增强型探测器中间P型电极的方法，电极接触层选择GaAs材料，可以获得很高的P型掺杂，提高电极的接触质量，减小器件的接触电阻.
5、本发明提供的这种制作波长可调谐共振腔增强型探测器中间P型电极的方法，相比一般的将腐蚀截止层当作P型电极接触层的方法，P型电极接触层位于腐蚀截止层的下方，腐蚀工艺采用湿法腐蚀，能够节省成本，降低工艺难度，而且提高器件性能。
6、本发明提供的这种制作波长可调谐共振腔增强型探测器中间P型电极的方法，腐蚀工艺完全采用湿法腐蚀，容易操作，成本低。
附图说明
图1是本发明提供的制作可调谐共振腔增强型探测器中间P型电极的方法流程图；
图2是采用MBE生长的可调谐RCE-PD的外延片的材料结构简图；
图3是采用磷酸系腐蚀液进行非选择性腐蚀，所腐蚀出的悬臂台面图形(顶部已蒸过Au-Ge-Ni的N型电极)的照片；
图4是分别采用柠檬酸系与盐酸系腐蚀液选择性的腐蚀掉剩余GaAs以及截止层的Al0.5Ga0.5As后所形成的电极窗口图形的照片；
图5是采用带胶溅射Ti-Au并剥离、清洗后，最终得到器件的中间P型电极图形的照片。
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。
本发明通过合理的设计外延片的材料结构，将电极接触层置于腐蚀截止层之下，腐蚀截止层采用腐蚀选择比更大的Al0.5Ga0.5As材料，电极接触层采用可以获得更高P型掺杂的GaAs材料，并配合两种选择性腐蚀液，很好的解决了中间P型电极制作的问题。
如图1所示，图1是本发明提供的制作可调谐共振腔增强型探测器中间P型电极的方法流程图，该方法包括：
A、在砷化镓衬底上生长波长可调谐共振腔增强型探测器的外延片；
B、清洗外延片，并对外延片进行第一次光刻，获得单悬臂的光刻胶掩膜图形；
C、对外延片进行腐蚀，腐蚀出所要的悬臂台面，并去胶清洗；
D、对腐蚀出悬臂台面的外延片进行第二次光刻，得到面积小于P型电极的图案，以便腐蚀得到P型电极窗口；
E、选择性的腐蚀掉牺牲层的剩余GaAs和其下的截止层AlxGa1-xAs，x代表材料中Al元素所占的摩尔比，暴露P型电极接触层的GaAs，并去胶清洗；
F、对腐蚀出P型电极窗口的外延片进行第三次光刻，得到P型电极图案；
G、外延片带胶溅射钛金电极，并剥离、清洗。
其中，步骤A中所述在砷化镓衬底上生长波长可调谐共振腔增强型探测器的外延片，采用分子束外延技术。
步骤C中所述对外延片进行腐蚀，是采用磷酸系腐蚀液进行非选择性湿法腐蚀；腐蚀出所要的悬臂台面时，台面深度到牺牲层的GaAs。所述磷酸系腐蚀液由磷酸H3PO4、含量为30％的双氧水H2O2、去离子水DI按照体积比为3∶2∶20配置，腐蚀时采用水浴进行加热使腐蚀液保持恒温，腐蚀温度为30℃。
步骤E中所述选择性的腐蚀掉牺牲层的剩余GaAs和其下的截止层AlxGa1-xAs，是采用两种选择性的腐蚀液分别进行湿法腐蚀，包括采用柠檬酸系腐蚀液选择性的腐蚀牺牲层的剩余GaAs，以及采用盐酸系腐蚀液选择性的腐蚀刚暴露出的A10.5Ga0.5As。所述柠檬酸系腐蚀液由质量比为50％的柠檬酸C6H8O7溶液、含量为30％的双氧水H2O2按照体积比为2∶1配置，腐蚀时采用水浴进行加热使腐蚀液保持恒温，腐蚀温度为30℃。所述盐酸系腐蚀液由质量比为36％的盐酸HCl、去离子水DI以体积比为2∶1配置，腐蚀时采用水浴加热使腐蚀液保持恒温，腐蚀温度为30℃。
本发明是将可调谐RCE-PD的中间P型电极接触层置于截止层下方，材料选择为可以获得高掺杂浓度的GaAs，通过特殊配置的非选择性与选择性腐蚀液分别腐蚀，以使得电极接触层暴露，从而获得高质量的中间P型电极。
以下结合具体实施例对本发明制作中间P型电极的方法进行详细说明，包括以下步骤：
步骤101：在外延片(如图2所示)进行第一次光刻后，采用磷酸系腐蚀液进行非选择性腐蚀(如图3所示)，获得悬臂台面。腐蚀时水浴进行加热使腐蚀液保持恒温，腐蚀温度为30℃，并控制腐蚀时间为2分钟20秒(腐蚀时间随所需腐蚀的深度而变化)。
步骤102：对腐蚀出悬臂台面的外延片进行第二次光刻，得到比P型电极略小的图案，以便后面进行腐蚀得到P型电极窗口。
步骤103：采用柠檬酸系腐蚀液选择性腐蚀掉牺牲层的剩余GaAs，以暴露截止层(如图4所示)。腐蚀时水浴进行加热使腐蚀液保持恒温，腐蚀温度为30℃，可采用过腐蚀的方法。
步骤104：采用盐酸系腐蚀液选择性的腐蚀掉截止层的Al0.5Ga0.5As，以暴露电极接触层，并去胶清洗。腐蚀时水浴进行加热使腐蚀液保持恒温，腐蚀温度为30℃，可采用过腐蚀的方法。
步骤105：对腐蚀出P型电极窗口的外延片进行第三次光刻，得到P型电极图案。
步骤106：外延片带胶溅射Ti-Au电极，并剥离、清洗得到图5所示的中间P型电极图形；其中所用到的去胶清洗，其步骤为：丙酮-三氯乙烯依次循环煮沸两次，最后在丙酮中煮沸一次，以清除光刻胶及表面污染物。
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 (4)
1.一种制作可调谐共振腔增强型探测器中间P型电极的方法，其特征在于，该方法包括：
A、在砷化镓衬底上生长波长可调谐共振腔增强型探测器的外延片；
B、清洗外延片，并对外延片进行第一次光刻，获得单悬臂的光刻胶掩膜图形；
C、对外延片进行腐蚀，腐蚀出所要的悬臂台面，并去胶清洗；
D、对腐蚀出悬臂台面的外延片进行第二次光刻，得到面积小于P型电极的图案，以便腐蚀得到P型电极窗口；
E、选择性的腐蚀掉牺牲层的剩余砷化镓和其下的截止层AlxGa1-xAs，x代表材料中Al元素所占的摩尔比，暴露P型电极接触层的砷化镓，并去胶清洗；
F、对腐蚀出P型电极窗口的外延片进行第三次光刻，得到P型电极图案；
G、外延片带胶溅射钛金电极，并剥离、清洗；
其中，步骤A中所述外延片由上至下依次包括第一电极层、上分布式布拉格反射层、牺牲层、腐蚀截止层、第二电极层、分布式布拉格反射层、有源区、下分布式布拉格反射层、衬底及缓冲层，其中第一电极层采用N+掺杂的砷化镓，上分布式布拉格反射层采用N掺杂的Al0.3Ga0.7As/Al0.9Ga0.1As，牺牲层采用i掺杂的砷化镓，腐蚀截止层采用P掺杂的Al0.5Ga0.5As，第二电极层采用P+掺杂的砷化镓，分布式布拉格反射层采用P掺杂的AlAs/GaAs，有源区采用i掺杂的InGaAs QW，下分布式布拉格反射层采用N掺杂的GaAs/Al As，衬底及缓冲层采用N+掺杂的砷化镓；
步骤E中所述选择性的腐蚀掉牺牲层的剩余砷化镓和其下的截止层AlxGa1-xAs，是采用两种选择性的腐蚀液分别进行湿法腐蚀，包括采用柠檬酸系腐蚀液选择性的腐蚀牺牲层的剩余砷化镓，以及采用盐酸系腐蚀液选择性的腐蚀刚暴露出的Al0.5Ga0.5As；所述柠檬酸系腐蚀液由质量比为50％的柠檬酸C6H8O7溶液、含量为30％的双氧水H2O2按照体积比为2∶1配置，腐蚀时采用水浴进行加热使腐蚀液保持恒温，腐蚀温度为30℃；所述盐酸系腐蚀液由质量比为36％的盐酸HCl、去离子水DI以体积比为2∶1配置，腐蚀时采用水浴加热使腐蚀液保持恒温，腐蚀温度为30℃。
2.根据权利要求1所述的制作可调谐共振腔增强型探测器中间P型电极的方法，其特征在于，步骤A中所述在砷化镓衬底上生长波长可调谐共振腔增强型探测器的外延片，采用分子束外延技术。
3.根据权利要求1所述的制作可调谐共振腔增强型探测器中间P型电极的方法，其特征在于，步骤C中所述对外延片进行腐蚀，是采用磷酸系腐蚀液进行非选择性湿法腐蚀；腐蚀出所要的悬臂台面时，台面深度到牺牲层的GaAs。
4.根据权利要求3所述的制作可调谐共振腔增强型探测器中间P型电极的方法，其特征在于，所述磷酸系腐蚀液由磷酸H3PO4、含量为30％的双氧水H2O2、去离子水DI按照体积比为3∶2∶20配置，腐蚀时采用水浴进行加热使腐蚀液保持恒温，腐蚀温度为30℃。
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