一种分布式布拉格反射镜及其制作方法和设计方法技术

本申请涉及一种分布式布拉格反射镜及其制作方法和设计方法，所述分布式布拉格反射镜的制作方法包括步骤：通过非选择性干法刻蚀和选择性湿法腐蚀相结合的方式，在反射镜层内形成N组高折射率对比度的两层薄膜，其中，折射率对比度大于2。相对于现有的低折射率对比度分布式布拉格反射镜采用十组甚至更多组薄膜组合实现高反射率的技术，本申请提供的分布式布拉格反射镜的制作方法，采用少量组数的薄膜即可实现高反射率，使得制造成本较低、外延工艺控制难度小。

【技术实现步骤摘要】
一种分布式布拉格反射镜及其制作方法和设计方法
本申请涉及半导体
，特别涉及一种分布式布拉格反射镜及其制作方法和设计方法。
技术介绍
分布式布拉格反射镜(distributedBraggreflection，DBR)是由两种不同折射率的材料以ABAB的方式交替排列组成的周期结构，每层材料的光学厚度为中心反射波长的1/4。在平面型光电器件中，由两种折射率不同的薄膜交替构成的DBR反射镜是一种常用结构，DBR反射镜由两种折射率不同的材料构成，一般通过外延生长制造，需采用与衬底晶格匹配的材料，例如对于磷化铟(InP)衬底，可用材料有InGaAsP、InAlGaAs等。然而，InP材料体系的折射率系数差异较小，即折射率对比度低,在制造DBR反射镜时通常需要采用数十组以上周期性四分之一波长薄膜，且高反射率薄膜与低反射率薄膜交替，才能获得高反射率的DBR反射镜，导致制造成本较高、外延工艺控制难度大。以In0.624Ga0.376As0.8P0.2/InP组成的DBR为例，由于折射率对比度低，约为0.3，达到90％反射率需要30组In0.624Ga0.376As0.8P0.2/InP薄膜，总厚度约7μm，制造成本较高、难度大，这也是1550nm波段InP基VCSEL激光器的主要瓶颈之一。
技术实现思路
本申请实施例提供一种分布式布拉格反射镜的制作方法，以解决相关技术中需要采用数十组以上周期性四分之一波长薄膜才能达到高反射率的技术问题。第一方面，本申请提供了一种分布式布拉格反射镜的制作方法，其包括步骤：通过非选择性干法刻蚀和选择性湿法腐蚀相结合的方式，在反射镜层内形成N组高折射率对比度的两层薄膜，其中，折射率对比度大于2。一些实施例中，所述的分布式布拉格反射镜的制作方法具体包括步骤：在衬底上交替生长N个牺牲层和N个反射层，形成外延结构；采用非选择性干法刻蚀工艺，将所述外延结构进行刻蚀，直至刻蚀深度覆盖所有的牺牲层，形成腐蚀窗口；采用选择性湿法腐蚀工艺，腐蚀所述腐蚀窗口内及周围的牺牲层，形成一填充空间；在所述填充空间和反射层之间形成N组高折射率对比度的两层薄膜。一些实施例中，所述在所述填充空间和反射层之间形成N组高折射率对比度的两层薄膜之前还包括步骤：在所述填充空间内填充空气、液体或凝胶中的一种。一些实施例中，所述采用非选择性干法刻蚀工艺，将所述外延结构进行刻蚀，直至刻蚀深度覆盖所有的牺牲层，形成腐蚀窗口的具体步骤包括：采用光刻和非选择性干法刻蚀工艺，将所述外延结构自上而下刻蚀至最下层的牺牲层，形成腐蚀窗口。一些实施例中，所述采用非选择性干法刻蚀工艺，将所述外延结构进行刻蚀，直至刻蚀深度覆盖所有的牺牲层，形成腐蚀窗口的具体步骤包括：采用研磨和选择性湿法腐蚀工艺，去除衬底；采用光刻和非选择性干法刻蚀工艺，将所述外延结构自下而上刻蚀至最上层的牺牲层，形成腐蚀窗口。一些实施例中，所述腐蚀窗口包括多个扇形区域，且相邻两个扇形区域间隔一定距离。一些实施例中，所述在所述填充空间和反射层之间形成N组高折射率对比度的两层薄膜的具体过程为：所述反射层形成InP薄膜，相邻两个反射层之间的填充空间形成反衬膜，N个反射层和所有的填充空间形成N组交替层叠的两层薄膜。第二方面，本申请提供了一种分布式布拉格反射镜，使用上述分布式布拉格反射镜的制作方法制作而成。第三方面，本申请提供了一种分布式布拉格反射镜，其包括反射镜层，所述反射镜层内形成有N组高折射率对比度的两层薄膜，其中，高折射率对比度大于2。一些实施例中，所述反射镜层包括交替层叠设置的N个牺牲层和N个反射层，且相邻两个反射层之间形成有填充空间，所述填充空间内填充有介质，所述反射层和介质形成N组折射率对比度高的两层薄膜。一些实施例中，所述填充空间为所述分布式布拉格反射镜的外延结构通过非选择性干法刻蚀和选择性湿法腐蚀相结合的方式形成。一些实施例中，两层薄膜分别为InP薄膜和反衬膜。一些实施例中，所述反衬膜为空气、液体或凝胶中的一种。一些实施例中，所述分布式布拉格反射镜还包括衬底和功能层，所述反射镜层设于所述衬底和功能层之间，且所述填充空间的入口在靠近功能层的一侧。一些实施例中，所述分布式布拉格反射镜还包括功能层，所述功能层设于所述反射镜层上，且所述填充空间的入口在远离功能层的一侧。第四方面，本申请还提供了一种所述分布式布拉格反射镜的设计方法，包括步骤：根据应用场景及器件设计需求，确定分布式布拉格反射镜的中心波长λc、以及两层薄膜在该中心波长的折射率；根据中心波长λc、以及两层薄膜在该中心波长的折射率确定两层薄膜的厚度；通过传输函数法计算得到两层薄膜的组数和反射率之间的关系，并根据反射率的需求，得到对应的两层薄膜的组数。本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：采用少量组数的薄膜即可实现高反射率，使得制造成本较低、外延工艺控制难度小。本申请实施例提供了一种分布式布拉格反射镜的制作方法，通过非选择性干法刻蚀和选择性湿法腐蚀相结合的方式，在反射镜层内形成N组高折射率对比度的薄膜组合，且N的数值较小，即采用少量组数的薄膜即可实现高反射率，使得制造成本较低、外延工艺控制难度小。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本申请实施例提供的分布式布拉格反射镜的制作方法流程图；图2为本申请实施例提供的第一种分布式布拉格反射镜的制作方法流程图；图3为本申请实施例提供的第一种分布式布拉格反射镜的制作方法中外延结构的示意图；图4为本申请实施例提供的第一种分布式布拉格反射镜的制作方法中腐蚀后的功能层的示意图；图5为本申请实施例提供的第一种分布式布拉格反射镜的制作方法中保护膜的示意图；图6为本申请实施例提供的第一种分布式布拉格反射镜的制作方法中腐蚀窗口的侧视图；图7为本申请实施例提供的第一种分布式布拉格反射镜的制作方法中腐蚀窗口的俯视图；图8为本申请实施例提供的第一种分布式布拉格反射镜的制作方法中填充空间的示意图；图9为本申请实施例提供的第一种分布式布拉格反射镜的制作方法中填充介质的示意图；图10为本申请实施例提供的第二种分布式布拉格反射镜的制作方法的流程图；图11为本申请实施例提供的第二种分布式布拉格反射镜的制作方法中去除衬底后的外延结构的示意图；图12为本申请实施例提供的第二种分布式布拉格反射镜的制作方法中腐蚀窗口的示意图；图13为本申请实施例提供的第二种分布式布拉格反射镜的制作方法中填充空间的示意图；图14为本申请实施例提供的第二种分布式布拉格反射镜的制本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种分布式布拉格反射镜的制作方法，其特征在于，其包括步骤：通过非选择性干法刻蚀和选择性湿法腐蚀相结合的方式，在反射镜层内形成N组高折射率对比度的两层薄膜，其中，折射率对比度大于2。/n

【技术特征摘要】
1.一种分布式布拉格反射镜的制作方法，其特征在于，其包括步骤：通过非选择性干法刻蚀和选择性湿法腐蚀相结合的方式，在反射镜层内形成N组高折射率对比度的两层薄膜，其中，折射率对比度大于2。


2.如权利要求1所述的分布式布拉格反射镜的制作方法，其特征在于，具体包括步骤：
在衬底(1)上交替生长N个牺牲层(2)和N个反射层(3)，形成外延结构；
采用非选择性干法刻蚀工艺，将所述外延结构进行刻蚀，直至刻蚀深度覆盖所有的牺牲层(2)，形成腐蚀窗口(4)；
采用选择性湿法腐蚀工艺，腐蚀所述腐蚀窗口(4)内及周围的牺牲层(2)，形成一填充空间(5)；
在所述填充空间(5)和反射层(3)之间形成N组高折射率对比度的两层薄膜。


3.如权利要求2所述的分布式布拉格反射镜的制作方法，其特征在于，所述在所述填充空间(5)和反射层(3)之间形成N组高折射率对比度的两层薄膜之前还包括步骤：在所述填充空间(5)内填充空气、液体或凝胶中的一种。


4.如权利要求2所述的分布式布拉格反射镜的制作方法，其特征在于，所述采用非选择性干法刻蚀工艺，将所述外延结构进行刻蚀，直至刻蚀深度覆盖所有的牺牲层(2)，形成腐蚀窗口(4)的具体步骤包括：
采用光刻和非选择性干法刻蚀工艺，将所述外延结构自上而下刻蚀至最下层的牺牲层(2)，形成腐蚀窗口(4)。


5.如权利要求2所述的分布式布拉格反射镜的制作方法，其特征在于，所述采用非选择性干法刻蚀工艺，将所述外延结构进行刻蚀，直至刻蚀深度覆盖所有的牺牲层(2)，形成腐蚀窗口(4)的具体步骤包括：
采用研磨和选择性湿法腐蚀工艺，去除衬底(1)；
采用光刻和非选择性干法刻蚀工艺，将所述外延结构自下而上刻蚀至最上层的牺牲层(2)，形成腐蚀窗口(4)。


6.如权利要求2所述的分布式布拉格反射镜的制作方法，其特征在于，所述腐蚀窗口(4)包括多个扇形区域，且相邻两个扇形区域间隔一定距离。


7.如权利要求2所述的分布式布拉格反射镜的制作方法，其特征在于，所述在所述填充空间和反射层(3)之间形成N组高折射率对比度的两层薄膜的具体过程为：
所述反射层(3)形成InP薄膜...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾磊，王肇中，
申请(专利权)人：武汉光谷量子技术有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42