一种制作基于微光机电系统的波长可调谐滤波器的方法技术方案

本发明专利技术公开了一种制作基于微光机电系统的波长可调谐滤波器的方法，该方法包括：用分子束外延方法生长用于制作滤波器的外延片；对该外延片进行清洗，并对该外延片进行第一次光刻，光刻出单悬臂图形；采用电感耦合等离子体刻蚀方法对该具有单悬臂图形的外延片进行干法刻蚀，刻蚀出垂直台面；对该刻蚀出垂直台面的外延片进行第二次光刻，光刻出Ｐ、Ｎ两个电极图案，然后反型，淀积共面电极，并金属剥离，形成电极；对该外延片进行选择性腐蚀，腐蚀出具有空气隙的单悬臂结构；停止反应，对该单悬臂结构进行保护。利用本发明专利技术，制作出了波长可调谐的滤波器。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于微光机电系统(M0EMS)的波长可调谐滤波器的制作方法，特 别涉及一种干法刻蚀和湿法腐蚀相结合的MEMS(微机械)工艺制作的GaAs基波长可调谐 滤波器(波长在1. 3-1. 6 ii m波段)。
技术介绍
随着新一代高容量高速光通讯技术和全光通讯网络技术的发展，密集波分复用 (DW匿)系统已成为长途光信号传输的关键技术。当DW匿系统的通道数目增加，精确监控波 长显得越来越重要。MOMES波长可调谐滤波器，MOMES波长可调谐探测器和MOMES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。 MOMES波长可调谐滤波器主要有三部分组成可移动的上分布布拉格反射镜 (DBR)，固定的与衬底相连的下BDR和位于上下DBR之间的空气腔。上下DBR部分相当于 F-P腔的两个端面。给上下BDR间加上反向偏压，在静电力的作用下，上DBR部分被拉向下 DBR部分，改变了空气隙的厚度，即改变了谐振腔的长度，从而使F-P腔的谐振波长发生偏 移，实现了波长的可调谐。
技术实现思路
( — )要解决的技术问题 有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供一种制作基于微光机电系统的波长可调谐 滤波器的方法，以制作出波长可调谐的滤波器。 ( 二 )技术方案 为达到上述目的，本专利技术提供了一种制作基于微光机电系统的波长可调谐滤波器 的方法，该可调谐滤波器从上自下依次由可移动的上反射镜、AlAs牺牲层、固定的下反射镜 和衬底构成，该方法包括 用分子束外延方法生长用于制作滤波器的外延片； 对该外延片进行清洗，并对该外延片进行第一次光刻，光刻出单悬臂图形； 采用电感耦合等离子体刻蚀方法对该具有单悬臂图形的外延片进行干法刻蚀，刻蚀出垂直台面； 对该刻蚀出垂直台面的外延片进行第二次光刻，光刻出P、N两个电极图案，然后 反型，淀积共面电极，并金属剥离，形成电极； 对该外延片进行选择性腐蚀，腐蚀出具有空气隙的单悬臂结构； 停止反应，对该单悬臂结构进行保护。 上述方案中，所述基于制作滤波器的外延片由可移动的上分布布拉格反射镜DBR、 固定的与衬底相连的下BDR和位于上下DBR之间的AlAs牺牲层三部分构成其中，上DBR 是P型掺杂的，由14. 5对厚度为A 。/4n的GaAs和AlGaAs (Al的摩尔百分比为80% )交替4生长形成；下DBR是N型掺杂的，由14对厚度为A 。/4n的GaAs和AlAs交替生长，并与一 对287. 7nm厚的GaAs、lllnm厚的AlAs形成；A 。为中心波长，取为1330nm， n为该层材料 在A 。处的折射率，AlAs牺牲层取为A 。/2n。的整数倍，n。为空气的折射率。 上述方案中，所述对该外延片进行清洗，并对该外延片进行第一次光刻，光刻出单 悬臂图形的步骤，具体包括用MOS级的高纯丙酮-三氯乙烯-四氯化碳依次循环煮沸三 次，最后在丙酮中煮沸一次，以清除外延片表面的污染物；然后对该外延片进行第一次光 刻，光刻出单悬臂图形；该单悬臂图形由方形的大台面、悬臂梁和顶端的圆形台面组成。 上述方案中，所述采用电感耦合等离子体刻蚀方法对该具有单悬臂图形的外延片 进行干法刻蚀，刻蚀出垂直台面的步骤中，干法刻蚀出垂直台面为非选择性刻蚀，在腔室中 充入SiCl4/Cl2混合气体，混合气体在真空电场中被加速，轰击在外延片表面；干法刻蚀要 刻蚀掉上DBR部分，截止到AlAs牺牲层，并部分暴露AlAs层的侧面，以便用稀盐酸进行选 择性腐蚀。 上述方案中，所述对该刻蚀出垂直台面的外延片进行第二次光刻，光刻出P、 N两 个电极图案，然后反型，淀积共面电极，并金属剥离，形成电极的步骤中，淀积的共面电极是 Ti-Au电极，金属剥离是在超声波条件下进行的。 上述方案中，所述形成电极以后，进一步包括对形成的电极进行金属合金化，使 电极更加稳固。 上述方案中，所述对该外延片进行选择性腐蚀，腐蚀出具有空气隙的单悬臂结构 的步骤中，采用稀盐酸对外延片进行选择性腐蚀，稀盐酸是由质量百分比为37%的盐酸与 去离子水按照体积比为l : 200的比例配置而成的，在进行腐蚀时采用水浴加热在恒温条 件下进行腐蚀，腐蚀温度为30摄氏度。 上述方案中，所述停止反应，对该单悬臂结构进行保护的步骤，具体包括外延片 在稀盐酸溶液中腐蚀后，置于去离子水中停止反应，然后再置于甲醇中清洗，最后置于丙酮 中，待丙酮自然挥发。 (三)有益效果 从上述技术方案可以看出，本专利技术具有以下有益效果 1、本专利技术采用了分子束外延的方法生长滤波器的外延片，与其它方法(如MOCVD) 相比，用分子束外延的方法生长的外延片，外延材料的表面形貌好，外延片表面积大均匀性 好，而且生长温度低，提高了外延层的纯度和完整性。 2、本专利技术采用了单悬臂的结构，使滤波器的上反射镜更易于调谐，大大降低了滤 波器工作时的调谐电压，便于与其它器件的系统集成。 3、本专利技术采用了电感耦合等离子体刻蚀的方法，大大降低了传统的湿法腐蚀所造成的侧蚀现象，縮小了器件的尺寸，更有利于与其它光电的单片集成；采用了电感耦合等离子体刻蚀的方法，可以对刻蚀的情况实现实时的监测，可以获得理想的截止层。 4、本专利技术采用的处理悬臂的方法，利用丙酮溶液张力要小于去离子水的张力来实现悬臂的保护，大大提高了器件的成品率。附图说明 图1是本专利技术提供的制作基于微光机电系统的波长可调谐滤波器的方法流程5 图2是本专利技术中滤波器的外延结构图； 图3是本专利技术中台面腐蚀示意图； 图4是本专利技术中ICP刻蚀台面原位监控曲线； 图5是本专利技术中ICP刻蚀台面侧面SEM图； 图6是本专利技术中滤波器淀积共面电极后的光学显微镜照片； 图7是本专利技术中选择性腐蚀牺牲层的示意图； 图8是本专利技术中选择性侧蚀形成空气腔后侧面SEM图； 图9是本专利技术中悬臂释放后滤波器解理后的光学显微镜照片。具体实施例方式为使本专利技术的目的、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，对本专利技术进一步详细说明。 如图1所示，图1是本专利技术提供的制作基于微光机电系统的波长可调谐滤波器的 方法流程图，该可调谐滤波器从上自下依次由可移动的上反射镜、AlAs牺牲层、固定的下反 射镜和衬底构成，该方法包括 步骤101 :用分子束外延方法生长用于制作滤波器的外延片； 步骤102 :对该外延片进行清洗，并对该外延片进行第一次光刻，光刻出单悬臂图 形； 步骤103 :采用电感耦合等离子体刻蚀方法对该具有单悬臂图形的外延片进行干 法刻蚀，刻蚀出垂直台面； 步骤104 :对该刻蚀出垂直台面的外延片进行第二次光刻，光刻出P、N两个电极图 案，然后反型，淀积共面电极，并金属剥离，形成电极； 步骤105 :对该外延片进行选择性腐蚀，腐蚀出具有空气隙的单悬臂结构； 步骤106 :停止反应，对该单悬臂结构进行保护。 基于图1所示制作基于微光机电系统的波长可调谐滤波器的方法流程图，下面结 合具体实施例和附图，对本专利技术进一步详细说明。 a、用分子束外延(MBE)方法生长用于制作滤波器的外延片。如图2所示，该外延 片由可移动的上分布布拉格反射镜(DBR)、固定的与衬底相连的下BDR和位于上下DBR之 间的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制作基于微光机电系统的波长可调谐滤波器的方法，该可调谐滤波器从上自下依次由可移动的上反射镜、ＡｌＡｓ牺牲层、固定的下反射镜和衬底构成，其特征在于，该方法包括：用分子束外延方法生长用于制作滤波器的外延片；对该外延片进行清洗，并对该外延片进行第一次光刻，光刻出单悬臂图形；采用电感耦合等离子体刻蚀方法对该具有单悬臂图形的外延片进行干法刻蚀，刻蚀出垂直台面；对该刻蚀出垂直台面的外延片进行第二次光刻，光刻出Ｐ、Ｎ两个电极图案，然后反型，淀积共面电极，并金属剥离，形成电极；对该外延片进行选择性腐蚀，腐蚀出具有空气隙的单悬臂结构；停止反应，对该单悬臂结构进行保护。

【技术特征摘要】
一种制作基于微光机电系统的波长可调谐滤波器的方法，该可调谐滤波器从上自下依次由可移动的上反射镜、AlAs牺牲层、固定的下反射镜和衬底构成，其特征在于，该方法包括用分子束外延方法生长用于制作滤波器的外延片；对该外延片进行清洗，并对该外延片进行第一次光刻，光刻出单悬臂图形；采用电感耦合等离子体刻蚀方法对该具有单悬臂图形的外延片进行干法刻蚀，刻蚀出垂直台面；对该刻蚀出垂直台面的外延片进行第二次光刻，光刻出P、N两个电极图案，然后反型，淀积共面电极，并金属剥离，形成电极；对该外延片进行选择性腐蚀，腐蚀出具有空气隙的单悬臂结构；停止反应，对该单悬臂结构进行保护。2. 根据权利要求1所述的制作基于微光机电系统的波长可调谐滤波器的方法，其特征 在于，所述用于制作滤波器的外延片由可移动的上分布布拉格反射镜DBR、固定的与衬底相 连的下BDR和位于上下DBR之间的AlAs牺牲层三部分构成其中，上DBR是P型掺杂的，由 14. 5对厚度为A 。/4n的GaAs和AlGaAs交替生长形成，AlGaAs中Al的摩尔百分比为80%; 下DBR是N型掺杂的，由14对厚度为A 。/4n的GaAs和AlAs交替生长，并与一对287. 7nm 厚的GaAs、lllnm厚的AlAs形成；A。为中心波长，取为1330nm，n为该层材料在A 。处的折 射率，AlAs牺牲层取为A 。/2n。的整数倍，n。为空气的折射率。3. 根据权利要求1所述的制作基于微光机电系统的波长可调谐滤波器的方法，其特 征在于，所述对该外延片进行清洗，并对该外延片进行第一次光刻，光刻出单悬臂图形的步 骤，具体包括用MOS级的高纯丙酮_三氯乙烯_四氯化碳依次循环煮沸三次，最后在丙酮中煮沸一 次，以清除外延片表面的污染物；然后对该外延片进行第一次光刻，光刻出...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦龙，韩勤，杨晓红，朱彬，鞠研玲，李文兵，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]