磷化铟基光电子器件中楔形腔和平行腔结构实现方法技术

本发明专利技术涉及一种ＩｎＰ（磷化铟）基光电子器件，特别涉及此器件中的楔形腔和平行腔的实现方法。本发明专利技术特征在于利用选择性腐蚀在ＩｎＰ基半导体外延层上实现具有特定倾角的楔形结构，以及实现基于空气隙的平行腔结构。其中楔形结构的倾角可以通过选择不同的腐蚀液的组分比例来调节。本发明专利技术涉及的方法具有与半导体集成工艺兼容的特点，势将对今后光波与光电子器件的发展产生重要而深远的影响。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种具有楔型腔或非平行腔结构的磷化铟(InP)基光电子器件的制备方法，特别涉及了光探测器中楔形结构以及基于空气隙的谐振腔结构的实现方法。
技术介绍
目前的各种半导体光电子器件，其结构上的一大特点就是在垂直于其衬底的方向上属于分层结构，并且各层结构之间通常是彼此平行的(且平行于衬底表面)，这是由于半导体外延生长工艺所决定的。多年来半导体器件的发展均承袭了这一结构。近年来，随着光通信、光信息处理技术的飞速发展，楔形结构在光波导互连(如光波模式变换)、解复用接收器件(平行腔间解耦)以及角色散元件(如棱镜)中起着越来越关键的作用。目前制备楔形结构所采用的工艺主要有激光辅助外延技术，选择区域外延(SAG)技术等，但是这些技术需要对生长设备进行改造或需要进行多次外延生长，工艺复杂，成本较高。利用腐蚀液对不同材料的腐蚀速率差异即选择性腐蚀来实现楔形结构，具有工艺简单、易于实现等优点，同时可以通过调节腐蚀液的选择性来获得各种不同倾角的楔形结构，并且楔形结构可以在外延层上的任意位置实现。GaAs(砷化镓)基上的楔形结构已经在实验上实现了。但是InP(磷化铟)基的楔型结构的制备还未有报导。并且，目前对于InP基光电器件的制备仍然存在某些制约因素。由于InP基衬底上外延生长的材料系的折射率差通常很小(约0.15)，很难获得高的反射率的DBR(分布式布拉格反射镜)，因此很难实现高品质因素的光学谐振腔。这制约了长波长的谐振腔光探测器(RCE-PD)及面发射激光器(VCSEL)的发展。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供，在InP基外延层上实现特定倾角、表面平坦的楔形结构以及获得高品质因素的光学谐振的方法，具有工艺简单、易于实现等优点。本专利技术原理如下，在InP基外延层表面形成引导层以及掩膜层，在需要形成的楔形结构顶端的相对位置除去掩膜层，然后置于腐蚀液中，实现需要的楔形结构后从腐蚀液中取出。引导层的腐蚀速率较快，引导层在侧向腐蚀的同时，逐渐露出相邻的腐蚀速率较慢的外延层，这样在相邻的外延层上就腐蚀出楔形结构的形状。引导层厚度较薄时，腐蚀出的斜面倾角由引导层和外延层的腐蚀速率比决定。当腐蚀液的选择性极大时，引导层完全除去形成平行的空气隙，而外延层基本不腐蚀；从而获得由空气隙和外延层交替构成的高反射率的DBR。因此可以实现，基于这种高反射率DBR的平行腔和楔型腔的光探测器。本专利技术选用的对InP基的InGaAs/InGaAsP材料具有选择性腐蚀的溶液有柠檬酸/H2O2，HCl/H3PO4，FeCl3/H2O2，H2SO4/H2O2/H2O，H3PO4/H2O2/H2O，CrO3/HF和CrO3/HF/HCl溶液等。本专利技术优选CrO3/HF或CrO3/HF/HCl溶液。附图说明下面结合附图进一步阐明本专利技术实施例。图1为本专利技术利用选择性腐蚀制备楔形结构的示意图。图2利用选择性腐蚀制备平行腔空气隙的示意3为基于楔形结构的光探测器示意图。图4为本专利技术利用选择性腐蚀制备基于空气隙的长波长RCE-PD的示意图。具体实施例方式请参阅图1，本专利技术实施例器件的引导层2和外延层3是在InP衬底4上外延生长而成，在引导层2的表面再形成一层掩膜层1，在需要形成的楔形结构顶端的相对位置除去掩膜层，然后置于腐蚀液中，实现需要的楔形结构后从腐蚀液中取出，在本实施例器件中，引导层2为InGaAs材料，外延层3为InGaAsP材料，引导层2的腐蚀速率高于外延层3的腐蚀速率，引导层2向侧向腐蚀的同时，外延层3逐渐露出表面，并开始向下腐蚀，于是在外延层3上则腐蚀出倾角为θ的楔形结构。对InGaAs/InGaAsP具有选择性腐蚀的溶液包括有柠檬酸/H2O2，HCl/H3PO4，FeCl3/H2O2，H2SO4/H2O2/H2O，H3PO4/H2O2/H2O等。其中柠檬酸/H2O2、H2SO4/H2O2/H2O和H3PO4/H2O2/H2O溶液对InGaAs/InGaAsP的选择性比较小，制备的角度偏大。而HCl/H3PO4只腐蚀InP，对InGaAs和InGaAsP几乎不腐蚀。为了获得合适倾角的楔型结构，本专利技术人首次研究了CrO3/HF和CrO3/HF/HCl溶液对InGaAs/InGaAsP得选择性腐蚀，通过改变其混合成份之间的比例，可以选择性的在外延层上制备出各种倾角。本专利技术采用的腐蚀液，改变其混合成份之间的比例，可以选择性的在外延层上制备出各种倾角。例如，当25ml腐蚀液CrO3为一定值，HF的浓度从2ml变为25ml，该腐蚀液的腐蚀角度可以从1.432度变到2.86度。当20ml腐蚀液CrO3和10mlHF为一定值，HCl的浓度从0变为4ml，该腐蚀液的腐蚀角度可以从2.2度变到15度。综合上述的说明，给出一个HF/CrO3腐蚀液制备InP基外延层倾角的具体例子3ml的HF混合20ml的CrO3，制备得到的倾角约为1.5度。本专利技术提供的方法在所实验的腐蚀液配比的内，可以制备从1.4至15度的各种楔形结构。如果扩大配比范围，则倾角也会达到更大的范围。如图2所示，当腐蚀液的选择性极大时(即外延层3基本不腐蚀)即可获得平行的空气隙2，或者利用HCl/H3PO4，由于这种腐蚀液只腐蚀InP，对InGaAs和InGaAsP几乎不腐蚀，也可获得空气隙2。从而获得有多对空气隙2和外延层3交替构成的高反射率的DBR。对于图1的楔形结构上继续通过蒸镀、溅射或外延等方法生长介质膜反射镜则可以构成楔性腔形探测器如图3。对于图2的结构继续通过蒸镀、溅射或外延等方法生长反射镜，与吸收层和基于空气隙的下DBR反射镜，一起实现了谐振腔光探测器如图4。本专利技术彻底解除了半导体外延生长工艺所决定的各层结构之间通常是彼此平行的限制，以及解决了InP基材料质备高反射率DBR的问题，势将对今后光波与光电子器件的发展产生重要而深远的影响。以上所述乃本专利技术的具体实例及所运用的技术原理，依本专利技术的构想所做的等效变换，其所产生的功能作用仍未超出说明书及附图所涵盖的精神时，均应在本专利技术的范围内，特此说明。权利要求1.一种，其特征在于，利用腐蚀液对引导层和外延层的腐蚀速率差异即选择性腐蚀，在InGaAsP外延层上实现具有所需要倾角的楔形结构。其中通过改变腐蚀液的组分配比来达到改变腐蚀液对引导层和外延层材料的速率腐蚀比，从而实现不同倾角的楔形结构。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述腐蚀液为柠檬酸/H2O2，FeCl3/H2O，HCl/H3PO4，H2SO4/H2O2/H2O，H3PO4/H2O2/H2O，CrO3/HF，或CrO3/HF/HCl溶液。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述腐蚀液为CrO3/HF/HCl或CrO3/HF腐蚀液。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过所述的选择性腐蚀来实现分布式布拉格反射镜。5.根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于，引导层可以被完全除去而外延层基本不受腐蚀，形成空气隙与外延层交替构成的分布式布拉格反射镜。6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，分布式布拉格反射镜还可以通过在空气隙中注入其它物质得到。全文摘要本专利技术涉及一种InP(磷化铟)基光电子器件，特别涉及此器件中的楔形腔和平行腔的实现方法。本专利技术特征在于利用选择本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磷化铟基光电子器件中楔形腔和平行腔结构实现方法，其特征在于，利用腐蚀液对引导层和外延层的腐蚀速率差异即选择性腐蚀，在ＩｎＧａＡｓＰ外延层上实现具有所需要倾角的楔形结构。其中通过改变腐蚀液的组分配比来达到改变腐蚀液对引导层和外延层材料的速率腐蚀比，从而实现不同倾角的楔形结构。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：任晓敏，王兴妍，黄辉，王琦，黄永清，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]