專利名稱：長波長微機(jī)械可調(diào)諧濾波器的結(jié)構(gòu)和制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種GaAs基長波長微機(jī)械可調(diào)諧濾波器的結(jié)構(gòu)。本發(fā)明還涉及制造這種結(jié)構(gòu)的制作工藝和方法。
背景技術(shù)：
隨著人們對信息量需求的急劇增長，光網(wǎng)絡(luò)逐漸成為未來信息技術(shù)競爭的制高點(diǎn)。目前光纖通信的單信道速率已經(jīng)高達(dá)40Gb/s，再提高的余地已經(jīng)不大，為了滿足人們?nèi)找嬖鲩L的信息需求，WDM(波分復(fù)用)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。通過WDM技術(shù)，使單根光纖的傳輸容量迅速擴(kuò)大幾十甚至上百倍，是目前突破Tb/s的超大信息容量傳輸?shù)奈ㄒ患夹g(shù)?？烧{(diào)諧濾波器由于其對一定范圍內(nèi)的特定波長有實(shí)時選擇通過的作用，可以獨(dú)立對信息流進(jìn)行控制和處理，被廣泛地運(yùn)用于WDM系統(tǒng)。微機(jī)械可調(diào)諧濾波器因其突出的寬調(diào)諧、可集成、低成本等特點(diǎn)，已為國際上研究的熱點(diǎn)。
微機(jī)械可調(diào)諧濾波器的基本原理是基于F-P腔干涉，它主要由上下兩個DBR反射鏡和腔構(gòu)成?？紤]到于與其它半導(dǎo)體光電子器件的集成，目前研究人員主要在InP和GaAs等光電子材料上研制微機(jī)械可調(diào)諧濾波器。對于微機(jī)械可調(diào)諧濾波器，DBR反射鏡主要采用InP/Air、InGaAsP/InP、GaAs/AlGaAs、Al203/GaAs、Si/SiO2、SiO2/TiO2等；腔一般是空氣腔，由選擇腐蝕工藝制出。一些微機(jī)械可調(diào)諧濾波器采用InP/Air作為上下DBR反射鏡，只需2.5對InP/Air即可達(dá)到99.9％的反射率，但是這種結(jié)構(gòu)需要腐蝕5層出空氣層，對材料間的應(yīng)力控制、選擇腐蝕工藝提出了很高的要求，易出現(xiàn)粘連現(xiàn)象。也有一些微機(jī)械可調(diào)諧濾波器采用InGaAsP/InP作為下DBR，這種類型的DBR需要40對以上才能達(dá)到99.9％的反射率，這對外延生長是一個不小的難題。還有一些微機(jī)械可調(diào)諧濾波器采用GaAs/AlGaAs作上DBR，這種類型的DBR比較厚，導(dǎo)致調(diào)諧電壓較高，調(diào)諧系數(shù)較小?？傊?，目前國際上設(shè)計的濾波器各有各的特色，但也各存在一些局限，比如材料生長困難、工藝難度大、調(diào)諧電壓較高等。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種長波長微機(jī)械可調(diào)諧濾波器的結(jié)構(gòu)和制作方法，具有材料生長容易、工藝簡單、調(diào)諧電壓較高的優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明一種長波長微機(jī)械可調(diào)諧濾波器的結(jié)構(gòu)，其特征在于，該結(jié)構(gòu)包括
一襯底，該襯底為n型砷化鎵襯底；一緩沖層，該緩沖層制作在襯底上；一下布拉格反射鏡，該下布拉格反射鏡制作在緩沖層上，是濾波器的下反射鏡；一n型歐姆接觸層，該n型歐姆接觸層制作在下布拉格反射鏡上，用來制作下電極；一空氣腔，該空氣腔制作在n型歐姆接觸層上，用于可調(diào)諧；一四臂固支梁，該四臂固支梁制作在空氣腔上；一上布拉格反射鏡，該上布拉格反射鏡制作在緩沖層上，是濾波器的上反射鏡；一p電極，該p電極制作在四臂固支梁的上面；一n電極，該n電極制作在n型歐姆接觸層的上面。
其中所述的下布拉格反射鏡由23對組合材料組成，每一對組合材料包括砷化鎵和鋁鎵砷；鋁鎵砷與砷化鎵之間的晶格失配小，在砷化鎵襯底上生長砷化鎵/鋁鎵砷布拉格反射鏡應(yīng)力小。
其中所述濾波器結(jié)構(gòu)只需要一個空氣腔。
其中所述四臂固支梁厚度小于1微米，這樣使調(diào)諧系數(shù)高，調(diào)諧電壓低。
其中所述上布拉格反射鏡由3對組合材料組成，每一對組合材料包括二氧化硅和硅；二氧化硅和硅有高的反射帶寬，可以覆蓋整個上布拉格反射鏡的帶寬，不會導(dǎo)致上下布拉格反射鏡對不準(zhǔn)。
其中所述n型歐姆接觸層是n型，四臂固支梁摻硅成為p型，這樣兩者之間就構(gòu)成了一個PN結(jié)；如果給器件加反偏電壓，那么由于靜電吸引，四臂固支梁的中心就會向下彎曲，縮短空氣腔，從而可以調(diào)諧透射波長。
本發(fā)明一種長波長微機(jī)械可調(diào)諧濾波器結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，該方法包括如下步驟(1)在砷化鎵襯底1上依次生長緩沖層、下布拉格反射鏡、n型歐姆接觸層、制作空氣層所需的腐蝕犧牲層和四臂固支梁；(2)通過光刻工藝形成四臂固支梁的初始圖形，用腐蝕液腐蝕出一定深度的臺面；(3)采用選擇腐蝕液，選擇腐蝕鋁鎵砷而不腐蝕砷化鎵，露出底下的n型歐姆接觸層；(4)在片子表面涂光刻膠，然后利用光刻版在四個支柱上和臺面下的砷化鎵光刻出p電極和n電極所需的窗口；在片子表面蒸鉻金，然后帶膠剝離，形成p電極和n電極；(5)在片子表面涂光刻膠，然后利用光刻版在四臂固支梁中心光刻出上布拉格反射鏡所需的窗口；在片子表面電子束蒸發(fā)介質(zhì)膜，接著帶膠剝離，形成上布拉格反射鏡；
(6)對片子背面進(jìn)行減薄，拋光；(7)采用選擇腐蝕液，選擇腐蝕鋁鎵砷而不腐蝕砷化鎵，最后經(jīng)二氧化碳臨界點(diǎn)干燥儀干燥，從而形成懸空的四臂固支梁。
其中步驟(3)和(7)采用的腐蝕液鹽酸∶水＝2∶1，具有選擇腐蝕性，可以選擇腐蝕鋁鎵砷而不腐蝕砷化鎵。
其中步驟(5)中的上布拉格反射鏡介質(zhì)膜，是帶光刻膠進(jìn)行電子束蒸發(fā)后剝離而成。
其中步驟(7)采用二氧化碳超臨界干燥法干燥，從而形成無粘連的四臂固支梁。
為進(jìn)一步說明本發(fā)明的內(nèi)容及特點(diǎn)，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作一詳細(xì)的描述，其中圖1是本發(fā)明長波長微機(jī)械可調(diào)諧濾波器結(jié)構(gòu)的立體視示意圖；圖2是圖1中上布拉格反射鏡11的結(jié)構(gòu)圖；圖3是本發(fā)明長波長微機(jī)械可調(diào)諧濾波器理論模擬的反射譜；圖4是本發(fā)明長波長微機(jī)械可調(diào)諧濾波器腔長縮短與波長紅移的關(guān)系；
具體實(shí)施例方式
請參閱圖1、圖2所示，本發(fā)明一種長波長微機(jī)械可調(diào)諧濾波器的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括一襯底1，該襯底為n型砷化鎵襯底；一緩沖層2，該緩沖層2制作在襯底1上；一下布拉格反射鏡5，該下布拉格反射鏡5制作在緩沖層2上，是濾波器的下反射鏡，該下布拉格反射鏡5由23對組合材料組成，每一對組合材料包括砷化鎵3和鋁鎵砷4；鋁鎵砷4與砷化鎵3之間的晶格失配小，在砷化鎵襯底1上生長砷化鎵/鋁鎵砷布拉格反射鏡應(yīng)力?。灰籲型歐姆接觸層6，該n型歐姆接觸層6制作在下布拉格反射鏡5上，用來制作下電極；一空氣腔7，該空氣腔7制作在n型歐姆接觸層6上，用于可調(diào)諧；該濾波器結(jié)構(gòu)只需要一個空氣腔7；一四臂固支梁8，該四臂固支梁8制作在空氣腔7上，該四臂固支梁8厚度小于1微米，這樣使調(diào)諧系數(shù)高，調(diào)諧電壓低；一上布拉格反射鏡11，該上布拉格反射鏡11制作在緩沖層2上，是濾波器的上反射鏡，該上布拉格反射鏡11由3對組合材料組成，每一對組合材料包括二氧化硅9和硅10；二氧化硅9和硅10有高的反射帶寬，可以覆蓋整個上布拉格反射鏡11的帶寬，不會導(dǎo)致上下布拉格反射鏡5對不準(zhǔn)；一p電極12，該p電極12制作在四臂固支梁8的上面；一n電極13，該n電極13制作在n型歐姆接觸層6的上面。
其中所述的該n型歐姆接觸層6是n型，四臂固支梁8摻硅成為p型，這樣兩者之間就構(gòu)成了一個PN結(jié)；如果給器件加反偏電壓，那么由于靜電吸引，四臂固支梁8的中心就會向下彎曲，縮短空氣腔7，從而可以調(diào)諧透射波長。
請再參閱圖1、圖2所示，本發(fā)明一種長波長微機(jī)械可調(diào)諧濾波器結(jié)構(gòu)的制造方法，該方法包括如下步驟(1)在砷化鎵襯底1上依次生長緩沖層2、下布拉格反射鏡5、n型歐姆接觸層6、制作空氣層7所需的腐蝕犧牲層(鋁鎵砷)和四臂固支梁8；(2)通過光刻工藝形成四臂固支梁8的初始圖形，用腐蝕液腐蝕出一定深度的臺面；(3)采用選擇腐蝕液，選擇腐蝕(鋁鎵砷)而不腐蝕砷化鎵，露出底下的n型歐姆接觸層6；(4)在片子表面涂光刻膠，然后利用光刻版在四個支柱上和臺面下的砷化鎵光刻出p電極12和n電極13所需的窗口；在片子表面蒸鉻金，然后帶膠剝離，形成p電極12和n電極13；
(5)在片子表面涂光刻膠，然后利用光刻版在四臂固支梁8中心光刻出上布拉格反射鏡11所需的窗口；在片子表面電子束蒸發(fā)介質(zhì)膜，接著帶膠剝離，形成上布拉格反射鏡11；(6)對片子背面進(jìn)行減薄，拋光；(7)采用選擇腐蝕液，選擇腐蝕鋁鎵砷而不腐蝕砷化鎵，最后經(jīng)二氧化碳臨界點(diǎn)干燥儀干燥，從而形成懸空的四臂固支梁8。
其中步驟(3)和(7)采用的腐蝕液鹽酸∶水＝2∶1，具有選擇腐蝕性，可以選擇腐蝕鋁鎵砷而不腐蝕砷化鎵。
其中步驟(5)中的上布拉格反射鏡11介質(zhì)膜，是帶光刻膠進(jìn)行電子束蒸發(fā)后剝離而成。
其中步驟(7)采用二氧化碳超臨界干燥法干燥，從而形成無粘連的四臂固支梁8。
請結(jié)合參閱表1和圖1、圖2長波長微機(jī)械可調(diào)諧濾波器結(jié)構(gòu)的外延結(jié)構(gòu)圖和立體視圖。該結(jié)構(gòu)包括一個n型GaAs襯底1、緩沖層2、下DBR(布拉格反射鏡)5、n型歐姆接觸層6、空氣腔7、四臂固支梁8、上DBR11、p電極12和n電極13。其中下DBR5是由23對GaAs/AlGaAs構(gòu)成；空氣腔7通過選擇腐蝕犧牲層的方法制作出來，犧牲層采用Al0.85Ga0.15As。四臂固支梁8的材料是GaAs；上DBR11由3對SiO2/Si構(gòu)成。p電極12做在四臂固支梁8上，n電極13做在犧牲層下的N型歐姆接觸層6上。
至于長波長微機(jī)械可調(diào)諧濾波器結(jié)構(gòu)的制造方法，主要的工藝過程如下所述。
首先，在GaAs襯底1上依次生長緩沖層2、下DBR5、n型歐姆接觸層6、制作空氣層7所需的腐蝕犧牲層Al0.85Ga0.15As和四臂固支梁8。
第二步，通過光刻工藝形成四臂固支梁8的初始圖形，用CH3OH∶H3PO4∶H202＝3∶1∶1腐蝕液腐蝕出一定深度的臺面，注意不要腐蝕完犧牲層；第三步，采用選擇腐蝕液HCL∶H20＝2∶1，選擇腐蝕Al0.85Ga0.15As而不腐蝕GaAs，露出底下的n型歐姆接觸層6。
第四步，在片子表面涂光刻膠，然后利用光刻版在四個支柱上和臺面下的GaAs光刻出窗口。在片子表面蒸發(fā)電極CrAu，然后帶膠剝離，形成p電極12和n電極13；第五步，在片子表面涂光刻膠，然后利用光刻版在四臂固支梁8中心光刻出窗口。在片子表面電子束蒸發(fā)SiO2/Si介質(zhì)膜，接著帶膠剝離，形成上DBR11；第六步，對片子背面進(jìn)行減薄，拋光；第七步，采用選擇腐蝕液HCL∶H20＝2∶1，選擇腐蝕Al0.85Ga0.15As而不腐蝕GaAs，最后經(jīng)二氧化碳臨界點(diǎn)干燥儀干燥，從而形成懸空的四臂固支梁8；至此，完成整個器件的工藝制作。
該長波長微機(jī)械可調(diào)諧濾波器的上下兩個反射鏡有高的反射率，所以它有很窄的透射帶寬。圖3給出了該長波長微機(jī)械可調(diào)諧濾波器的放射譜，從放射譜中可以看出，其透射帶寬小于0.8nm，滿足32波波分復(fù)用技術(shù)的要求。
該長波長微機(jī)械可調(diào)諧濾波器的簡化模型是四臂固支梁8。當(dāng)四臂固支梁8加反偏電壓時，那么由于靜電吸引，四臂固支梁8就會向下彎曲，空氣腔7隨之縮短。圖4模擬出該長波長微機(jī)械可調(diào)諧濾波器的透射波長隨空氣腔7厚度變化的關(guān)系。從圖4可以看出其調(diào)諧范圍較寬，可以覆蓋波分復(fù)用技術(shù)中的多個工作波長范圍。
請參閱表1，表1為長波長微機(jī)械可調(diào)諧濾波器的結(jié)構(gòu)表。
表1
權(quán)利要求
1.一種長波長微機(jī)械可調(diào)諧濾波器的結(jié)構(gòu)，其特征在于，該結(jié)構(gòu)包括一襯底，該襯底為n型砷化鎵襯底；一緩沖層，該緩沖層制作在襯底上；一下布拉格反射鏡，該下布拉格反射鏡制作在緩沖層上，是濾波器的下反射鏡；一n型歐姆接觸層，該n型歐姆接觸層制作在下布拉格反射鏡上，用來制作下電極；一空氣腔，該空氣腔制作在n型歐姆接觸層上，用于可調(diào)諧；一四臂固支梁，該四臂固支梁制作在空氣腔上；一上布拉格反射鏡，該上布拉格反射鏡制作在緩沖層上，是濾波器的上反射鏡；一p電極，該p電極制作在四臂固支梁的上面；一n電極，該n電極制作在n型歐姆接觸層的上面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的長波長微機(jī)械可調(diào)諧濾波器的結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中所述的下布拉格反射鏡由23對組合材料組成，每一對組合材料包括砷化鎵和鋁鎵砷；鋁鎵砷與砷化鎵之間的晶格失配小，在砷化鎵襯底上生長砷化鎵/鋁鎵砷布拉格反射鏡應(yīng)力小。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的長波長微機(jī)械可調(diào)諧濾波器的結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中所述濾波器結(jié)構(gòu)只需要一個空氣腔。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的長波長微機(jī)械可調(diào)諧濾波器的結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中所述四臂固支梁厚度小于1微米，這樣使調(diào)諧系數(shù)高，調(diào)諧電壓低。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的長波長微機(jī)械可調(diào)諧濾波器的結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中所述上布拉格反射鏡由3對組合材料組成，每一對組合材料包括二氧化硅和硅；二氧化硅和硅有高的反射帶寬，可以覆蓋整個上布拉格反射鏡的帶寬，不會導(dǎo)致上下布拉格反射鏡對不準(zhǔn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的長波長微機(jī)械可調(diào)諧濾波器的結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中所述n型歐姆接觸層是n型，四臂固支梁摻硅成為p型，這樣兩者之間就構(gòu)成了一個PN結(jié)；如果給器件加反偏電壓，那么由于靜電吸引，四臂固支梁的中心就會向下彎曲，縮短空氣腔，從而可以調(diào)諧透射波長。
7.一種長波長微機(jī)械可調(diào)諧濾波器結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，該方法包括如下步驟(1)在砷化鎵襯底1上依次生長緩沖層、下布拉格反射鏡、n型歐姆接觸層、制作空氣層所需的腐蝕犧牲層和四臂固支梁；(2)通過光刻工藝形成四臂固支梁的初始圖形，用腐蝕液腐蝕出一定深度的臺面；(3)采用選擇腐蝕液，選擇腐蝕鋁鎵砷而不腐蝕砷化鎵，露出底下的n型歐姆接觸層；(4)在片子表面涂光刻膠，然后利用光刻版在四個支柱上和臺面下的砷化鎵光刻出p電極和n電極所需的窗口；在片子表面蒸鉻金，然后帶膠剝離，形成p電極和n電極；(5)在片子表面涂光刻膠，然后利用光刻版在四臂固支梁中心光刻出上布拉格反射鏡所需的窗口；在片子表面電子束蒸發(fā)介質(zhì)膜，接著帶膠剝離，形成上布拉格反射鏡；(6)對片子背面進(jìn)行減薄，拋光；(7)采用選擇腐蝕液，選擇腐蝕鋁鎵砷而不腐蝕砷化鎵，最后經(jīng)二氧化碳臨界點(diǎn)干燥儀干燥，從而形成懸空的四臂固支梁。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的長波長微機(jī)械可調(diào)諧濾波器的制作方法，其特征在于，其中步驟(3)和(7)采用的腐蝕液鹽酸∶水＝2∶1，具有選擇腐蝕性，可以選擇腐蝕鋁鎵砷而不腐蝕砷化鎵。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的長波長微機(jī)械可調(diào)諧濾波器的制作方法，其特征在于，其中步驟(5)中的上布拉格反射鏡介質(zhì)膜，是帶光刻膠進(jìn)行電子束蒸發(fā)后剝離而成。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的長波長微機(jī)械可調(diào)諧濾波器的制作方法，其特征在于，其中步驟(7)采用二氧化碳超臨界干燥法干燥，從而形成無粘連的四臂固支梁。
全文摘要
一種長波長微機(jī)械可調(diào)諧濾波器的結(jié)構(gòu)，包括一n型砷化鎵襯底；一緩沖層，該緩沖層制作在襯底上；一下布拉格反射鏡，該下布拉格反射鏡制作在緩沖層上，是濾波器的下反射鏡；一n型歐姆接觸層，該n型歐姆接觸層制作在下布拉格反射鏡上，用來制作下電極；一空氣腔，該空氣腔制作在n型歐姆接觸層上，用于可調(diào)諧；一四臂固支梁，該四臂固支梁制作在空氣腔上；一上布拉格反射鏡，該上布拉格反射鏡制作在緩沖層上，是濾波器的上反射鏡；一p電極，該p電極制作在四臂固支梁的上面；一n電極，該n電極制作在n型歐姆接觸層的上面。
文檔編號G02F1/01GK101051162SQ20061006713
公開日2007年10月10日 申請日期2006年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月3日
發(fā)明者吳旭明, 王小東, 譚滿清 申請人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所