專利名稱：砷化鎵/空氣型可調(diào)諧濾波器及制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種可調(diào)諧濾波器及制作方法，特別是指一種砷化鎵/空氣型可調(diào)諧濾波器及制作方法。
背景技術(shù)：
隨著人們對(duì)信息量需求的急劇增長(zhǎng)，光網(wǎng)絡(luò)逐漸成為未來(lái)信息技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)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(zhǎng)的信息需求，波分復(fù)用(WDM)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。通過(guò)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(duì)一定范圍內(nèi)的特定波長(zhǎng)有實(shí)時(shí)選擇通過(guò)的作用，可以獨(dú)立對(duì)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(guó)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法布里-珀羅腔(F-P)干涉，它主要由上下兩個(gè)分布布拉格反射鏡(DBR)和腔構(gòu)成?？紤]到與其它半導(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(duì)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、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(duì)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(duì)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(duì)以上才能達(dá)到99.9％的反射率，這對(duì)外延生長(zhǎng)是一個(gè)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(guó)際上設(shè)計(jì)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(zhǎng)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，提供一種砷化鎵/空氣型可調(diào)諧濾波器及制作方法，具有材料生長(zhǎng)容易、工藝難度小、調(diào)諧電壓較低的優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明一種砷化鎵/空氣型可調(diào)諧濾波器，其特征在于，包括
一襯底，該襯底為砷化鎵襯底；一緩沖層，該緩沖層制作在襯底上；一下分布布拉格反射鏡，該下布拉格反射鏡制作在緩沖層上，是濾波器的下反射鏡；一空氣腔，該空氣腔制作在下布拉格反射鏡上，用于可調(diào)諧；一上分布布拉格反射鏡，該上分布布拉格反射鏡制作在空氣腔上，是濾波器的上反射鏡；一p電極，該p電極制作在上分布布拉格反射鏡的上面；一n電極，該電極制作在n型砷化鎵襯底的下面。
其中所述的下布拉格反射鏡由2.5對(duì)組合材料組成，每一對(duì)組合材料包括砷化鎵層和空氣層，該下布拉格反射鏡的最上面一層為砷化鎵層。
其中所述的上布拉格反射鏡由2.5對(duì)組合材料組成，每一對(duì)組合材料包括砷化鎵層和空氣層，該上布拉格反射鏡的最上面一層為砷化鎵層。
其中所述上布拉格反射鏡厚度小于2微米，這樣使調(diào)諧系數(shù)高，調(diào)諧電壓低。
其中所述的上分布布拉格反射鏡和下布拉格反射鏡的總和為5對(duì)砷化鎵層/空氣層。
其中所述的襯底、緩沖層、下分布布拉格反射鏡的材料通過(guò)摻雜全部做成n型半導(dǎo)體，下布拉格反射鏡的材料通過(guò)摻雜全部做成p型半導(dǎo)體，制作空氣腔所需的材料鋁鎵砷本身不摻雜，是i型，這樣器件本身就構(gòu)成一個(gè)pin結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明一種砷化鎵/空氣型可調(diào)諧濾波器的制作方法，其特征在于，包括如下步驟(1)在砷化鎵襯底上依次生長(zhǎng)砷化鎵緩沖層、制作下分布布拉格反射鏡所需的材料、制作空氣腔所需的材料和制作上分布布拉格反射鏡所需的材料；(2)在外延片的表面通過(guò)光刻工藝形成一圖形；(3)腐蝕，形成一個(gè)臺(tái)面；(4)在臺(tái)面兩端的上面制作p型電極；(5)將砷化鎵襯底減薄，拋光；(6)在砷化鎵襯底的下面制作n型電極；(7)采用選擇腐蝕液，選擇腐蝕下分布布拉格反射鏡、上分布布拉格反射鏡和空氣腔中的部分材料；(8)干燥，形成砷化鎵/空氣型可調(diào)諧濾波器。
其中所述的下布拉格反射鏡由2.5對(duì)組合材料組成，每一對(duì)組合材料包括砷化鎵層和空氣層，該下布拉格反射鏡的最上面一層為砷化鎵層。
其中所述的上布拉格反射鏡由2.5對(duì)組合材料組成，每一對(duì)組合材料包括砷化鎵層和空氣層，該上布拉格反射鏡的最上面一層為砷化鎵層。
其中所述上布拉格反射鏡厚度小于2微米，這樣使調(diào)諧系數(shù)高，調(diào)諧電壓低。
其中所述的上分布布拉格反射鏡和下布拉格反射鏡的總和為5對(duì)砷化鎵層/空氣層。
其中所述的襯底、緩沖層、下分布布拉格反射鏡的材料通過(guò)摻雜全部做成n型半導(dǎo)體，下布拉格反射鏡的材料通過(guò)摻雜全部做成p型半導(dǎo)體，制作空氣腔所需的材料鋁鎵砷本身不摻雜，是i型，這樣器件本身就構(gòu)成一個(gè)pin結(jié)構(gòu)。
其中步驟(7)采用的腐蝕液是鹽酸∶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，這樣一步工藝就同時(shí)制作出下分布布拉格反射鏡、空氣腔和上分布布拉格反射鏡。
其中步驟(8)的干燥是采用二氧化碳超臨界干燥法干燥，從而形成無(wú)粘連的下分布布拉格反射鏡、空氣腔和上分布布拉格反射鏡。
為進(jìn)一步說(shuō)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(duì)本發(fā)明作一詳細(xì)的描述，其中圖1是本發(fā)明GaAs/空氣型可調(diào)諧濾波器結(jié)構(gòu)的截面圖；
圖2是本發(fā)明GaAs/空氣型可調(diào)諧濾波器結(jié)構(gòu)的俯視圖；圖3是本發(fā)明GaAs/空氣型可調(diào)諧濾波器理論計(jì)算的反射譜圖；圖4是本發(fā)明GaAs/空氣型可調(diào)諧濾波器腔長(zhǎng)縮短與波長(zhǎng)紅移的關(guān)系圖。
具體實(shí)施例方式
請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明一種砷化鎵/空氣型可調(diào)諧濾波器，包括一襯底2，該襯底為砷化鎵襯底；一緩沖層3，該緩沖層制作在襯底2上；一下分布布拉格反射鏡4，該下布拉格反射鏡4制作在緩沖層3上，是濾波器的下反射鏡；其中所述的下布拉格反射鏡4由2.5對(duì)組合材料組成，每一對(duì)組合材料包括砷化鎵層41和空氣層42，該下布拉格反射鏡4的最上面一層為砷化鎵層41；一空氣腔5，該空氣腔5制作在下布拉格反射鏡4上，用于可調(diào)諧；一上分布布拉格反射鏡6，該上分布布拉格反射鏡6制作在空氣腔5上，是濾波器的上反射鏡；其中所述的上布拉格反射鏡6由2.5對(duì)組合材料組成，每一對(duì)組合材料包括砷化鎵層61和空氣層62，該上布拉格反射鏡6的最上面一層為砷化鎵層61；該上布拉格反射鏡6厚度小于2微米，這樣使調(diào)諧系數(shù)高，調(diào)諧電壓低；一p電極7，該p電極7制作在上分布布拉格反射鏡6的上面；一n電極1，該電極制作在n型砷化鎵襯底2的下面。
其中所述的上分布布拉格反射鏡4和下布拉格反射鏡6的總和為5對(duì)砷化鎵層/空氣層。
其中所述的襯底2、緩沖層3、下分布布拉格反射鏡4的材料通過(guò)摻雜全部做成n型半導(dǎo)體，下布拉格反射鏡6的材料通過(guò)摻雜全部做成p型半導(dǎo)體，制作空氣腔5所需的材料鋁鎵砷本身不摻雜，是i型，這樣器件本身就構(gòu)成一個(gè)pin結(jié)構(gòu)。
請(qǐng)?jiān)賲㈤唸D1，本發(fā)明一種砷化鎵/空氣型可調(diào)諧濾波器的制作方法，包括如下步驟(1)在砷化鎵襯底2上依次生長(zhǎng)砷化鎵緩沖層3、制作下分布布拉格反射鏡4所需的材料、制作空氣腔5所需的材料和制作上分布布拉格反射鏡6所需的材料；其中所述的下布拉格反射鏡4由2.5對(duì)組合材料組成，每一對(duì)組合材料包括砷化鎵層41和空氣層42，該下布拉格反射鏡4的最上面一層為砷化鎵層41；其中所述的上布拉格反射鏡6由2.5對(duì)組合材料組成，每一對(duì)組合材料包括砷化鎵層61和空氣層62，該上布拉格反射鏡6的最上面一層為砷化鎵層61，該上布拉格反射鏡6厚度小于2微米，這樣使調(diào)諧系數(shù)高，調(diào)諧電壓低；(2)在外延片的表面通過(guò)光刻工藝形成一圖形；(3)腐蝕，形成一個(gè)臺(tái)面；(4)在臺(tái)面兩端的上面制作p型電極7；(5)將砷化鎵襯底2減薄，拋光；(6)在砷化鎵襯底2的下面制作n型電極1；(7)采用選擇腐蝕液，選擇腐蝕下分布布拉格反射鏡4、上分布布拉格反射鏡6和空氣腔5中的部分材料；其中采用的腐蝕液是鹽酸∶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，這樣一步工藝就同時(shí)制作出下分布布拉格反射鏡4、空氣腔5和上分布布拉格反射鏡6；(8)干燥，是采用二氧化碳超臨界干燥法干燥，從而形成無(wú)粘連的下分布布拉格反射鏡4、空氣腔5和上分布布拉格反射鏡6，形成砷化鎵/空氣型可調(diào)諧濾波器。
其中所述的上分布布拉格反射鏡4和下布拉格反射鏡6的總和為5對(duì)砷化鎵層/空氣層。
其中所述的襯底2、緩沖層3、下分布布拉格反射鏡4的材料通過(guò)摻雜全部做成n型半導(dǎo)體，下布拉格反射鏡6的材料通過(guò)摻雜全部做成p型半導(dǎo)體，制作空氣腔5所需的材料鋁鎵砷本身不摻雜，是i型，這樣器件本身就構(gòu)成一個(gè)pin結(jié)構(gòu)。
請(qǐng)?jiān)俳Y(jié)合參閱圖1的砷化鎵/空氣型可調(diào)諧濾波器的示意圖。該結(jié)構(gòu)包括一個(gè)n型電極1、襯底2、緩沖層3、下布拉格反射鏡(DBR)4、空氣腔5、上布拉格反射鏡(DBR)6、p型電極7。其中下DBR4是由GaAs層41和空氣層42兩種材料構(gòu)成，具體結(jié)構(gòu)為GaAs層41/空氣層42/GaAs層41/空氣層42/GaAs層41?？諝馇?通過(guò)選擇腐蝕犧牲層的方法制作出來(lái)，犧牲層采用AlGaAs。上DBR6由GaAs層61和空氣層62兩種材料構(gòu)成，具體結(jié)構(gòu)為GaAs層61/空氣層62/GaAs層61/空氣層62/GaAs層61。
圖2是本發(fā)明GaAs/空氣型可調(diào)諧濾波器結(jié)構(gòu)的俯視圖，其中濾波器兩個(gè)支柱8之間為一通光孔10，通光孔10的中間為一懸梁9。
至于砷化鎵/空氣型可調(diào)諧濾波器的制造方法，主要的工藝過(guò)程如下所述(結(jié)合參閱圖1)。
首先，在襯底2上依次生長(zhǎng)緩沖層3、制作下DBR4所需的材料(GaAs/AlGaAs/GaAs/AlGaAs/GaAs)、制作空氣腔5所需的材料AlGaAs和制作上DBR6所需的材料(GaAs/AlGaAs/GaAs/AlGaAs/GaAs)，空氣腔5以下的材料通過(guò)摻雜全部做成n型半導(dǎo)體，空氣腔5以上的材料通過(guò)摻雜全部做成p型半導(dǎo)體，制作空氣腔5所需的材料AlGaAs本身不摻雜，是i型。
第二步，通過(guò)光刻工藝形成圖2所示的圖形，圖形上有光刻膠，圖形外沒(méi)有膠。
第三步，把片子放入腐蝕液CH3OH∶H3PO4∶H2O2＝3∶1∶1里腐蝕一定的時(shí)間，然后取出去膠，這時(shí)在片子表面就形成了一個(gè)臺(tái)面。
第四步，在片子表面涂光刻膠，然后利用光刻工藝使圖2所示的臺(tái)面上有膠，但在兩個(gè)支柱8上留出兩個(gè)無(wú)膠窗口。然后，在片子表面蒸發(fā)電極，接著帶膠剝離，形成p型電極7；第五步，對(duì)片子背面進(jìn)行減薄，拋光。
第六步，制作n型電極1。
第七步，采用選擇腐蝕液HCL∶H2O＝2∶1，選擇腐蝕各層AlGaAs而不腐蝕GaAs，從而一步工藝就同時(shí)制作出下分布布拉格反射鏡4、空氣腔5和上分布布拉格反射鏡6。
第八步，采用二氧化碳臨界點(diǎn)干燥儀對(duì)濾波器進(jìn)行干燥，形成懸空的GaAs/空氣型可調(diào)諧濾波器。
至此，完成整個(gè)器件的工藝制作。
分布布拉格反射鏡中的兩種組成材料(GaAs和空氣)有高的反射率差，所以少數(shù)幾對(duì)GaAs和空氣組成的DBR就有高的反射率，兩個(gè)高反射率的DBR組成的濾波器也有窄的透射帶寬。圖3給出了該砷化鎵/空氣型可調(diào)諧濾波器的模擬反射譜，模擬中采用的中心波長(zhǎng)和腔長(zhǎng)皆為1550nm。從模擬結(jié)果可知，其透射帶寬小于0.8nm，滿足密集波分復(fù)用技術(shù)的要求。
該砷化鎵/空氣型可調(diào)諧濾波器是一個(gè)簡(jiǎn)單的pin結(jié)構(gòu)。當(dāng)砷化鎵/空氣型可調(diào)諧濾波器加反偏電壓時(shí)，那么由于靜電吸引，下分布布拉格反射鏡4和上分布布拉格反射鏡6就會(huì)相互靠近，空氣腔5隨之縮短。圖4模擬出該砷化鎵/空氣可調(diào)諧濾波器的透射波長(zhǎng)隨空氣腔5厚度變化的關(guān)系，模擬中采用的中心波長(zhǎng)和原始腔長(zhǎng)皆為1550nm和1550nm。從圖中可以看出其調(diào)諧范圍大于400nm，可以覆蓋波分復(fù)用技術(shù)中的整個(gè)工作波長(zhǎng)范圍。
盡管參照其特定的實(shí)施例詳細(xì)地展示和描述了本發(fā)明，但還應(yīng)該指出，對(duì)于本專業(yè)領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，可對(duì)其形式和細(xì)節(jié)進(jìn)行各種改變，而不脫離所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種砷化鎵/空氣型可調(diào)諧濾波器，其特征在于，包括一襯底，該襯底為砷化鎵襯底；一緩沖層，該緩沖層制作在襯底上；一下分布布拉格反射鏡，該下布拉格反射鏡制作在緩沖層上，是濾波器的下反射鏡；一空氣腔，該空氣腔制作在下布拉格反射鏡上，用于可調(diào)諧；一上分布布拉格反射鏡，該上分布布拉格反射鏡制作在空氣腔上，是濾波器的上反射鏡；一p電極，該p電極制作在上分布布拉格反射鏡的上面；一n電極，該電極制作在n型砷化鎵襯底的下面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的砷化鎵/空氣型可調(diào)諧濾波器，其特征在于，其中所述的下布拉格反射鏡由2.5對(duì)組合材料組成，每一對(duì)組合材料包括砷化鎵層和空氣層，該下布拉格反射鏡的最上面一層為砷化鎵層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的砷化鎵/空氣型可調(diào)諧濾波器，其特征在于，其中所述的上布拉格反射鏡由2.5對(duì)組合材料組成，每一對(duì)組合材料包括砷化鎵層和空氣層，該上布拉格反射鏡的最上面一層為砷化鎵層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的砷化鎵/空氣型可調(diào)諧濾波器，其特征在于，其中所述上布拉格反射鏡厚度小于2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所述的砷化鎵/空氣型可調(diào)諧濾波器，其特征在于，其中所述的上分布布拉格反射鏡和下布拉格反射鏡的總和為5對(duì)砷化鎵層/空氣層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的砷化鎵/空氣型可調(diào)諧濾波器，其特征在于，其中所述的襯底、緩沖層、下分布布拉格反射鏡的材料通過(guò)摻雜全部做成n型半導(dǎo)體，下布拉格反射鏡的材料通過(guò)摻雜全部做成p型半導(dǎo)體，制作空氣腔所需的材料鋁鎵砷本身不摻雜，是i型，這樣器件本身就構(gòu)成一個(gè)pin結(jié)構(gòu)。
7.一種砷化鎵/空氣型可調(diào)諧濾波器的制作方法，其特征在于，包括如下步驟(1)在砷化鎵襯底上依次生長(zhǎng)砷化鎵緩沖層、制作下分布布拉格反射鏡所需的材料、制作空氣腔所需的材料和制作上分布布拉格反射鏡所需的材料；(2)在外延片的表面通過(guò)光刻工藝形成一圖形；(3)腐蝕，形成一個(gè)臺(tái)面；(4)在臺(tái)面兩端的上面制作p型電極；(5)將砷化鎵襯底減薄，拋光；(6)在砷化鎵襯底的下面制作n型電極；(7)采用選擇腐蝕液，選擇腐蝕下分布布拉格反射鏡、上分布布拉格反射鏡和空氣腔中的部分材料；(8)干燥，形成砷化鎵/空氣型可調(diào)諧濾波器。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的砷化鎵/空氣型可調(diào)諧濾波器的制作方法，其特征在于，其中所述的下布拉格反射鏡由2.5對(duì)組合材料組成，每一對(duì)組合材料包括砷化鎵層和空氣層，該下布拉格反射鏡的最上面一層為砷化鎵層。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的砷化鎵/空氣型可調(diào)諧濾波器的制作方法，其特征在于，其中所述的上布拉格反射鏡由2.5對(duì)組合材料組成，每一對(duì)組合材料包括砷化鎵層和空氣層，該上布拉格反射鏡的最上面一層為砷化鎵層。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的砷化鎵/空氣型可調(diào)諧濾波器的制作方法，其特征在于，其中所述上布拉格反射鏡厚度小于2微米，這樣使調(diào)諧系數(shù)高，調(diào)諧電壓低。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的砷化鎵/空氣型可調(diào)諧濾波器的制作方法，其特征在于，其中所述的上分布布拉格反射鏡和下布拉格反射鏡的總和為5對(duì)砷化鎵層/空氣層。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的砷化鎵/空氣型可調(diào)諧濾波器的制作方法，其特征在于，其中所述的襯底、緩沖層、下分布布拉格反射鏡的材料通過(guò)摻雜全部做成n型半導(dǎo)體，下布拉格反射鏡的材料通過(guò)摻雜全部做成p型半導(dǎo)體，制作空氣腔所需的材料鋁鎵砷本身不摻雜，是i型，這樣器件本身就構(gòu)成一個(gè)pin結(jié)構(gòu)。
13.根據(jù)權(quán)利要求7所述的砷化鎵/空氣型可調(diào)諧濾波器的制作方法，其特征在于，其中步驟(7)采用的腐蝕液是鹽酸∶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，這樣一步工藝就同時(shí)制作出下分布布拉格反射鏡、空氣腔和上分布布拉格反射鏡。
14.根據(jù)權(quán)利要求7所述的砷化鎵/空氣型可調(diào)諧濾波器的制作方法，其特征在于，其中步驟(8)的干燥是采用二氧化碳超臨界干燥法干燥，從而形成無(wú)粘連的下分布布拉格反射鏡、空氣腔和上分布布拉格反射鏡。
全文摘要
一種砷化鎵/空氣型可調(diào)諧濾波器，其特征在于，包括一襯底，該襯底為砷化鎵襯底；一緩沖層，該緩沖層制作在襯底上；一下分布布拉格反射鏡，該下布拉格反射鏡制作在緩沖層上，是濾波器的下反射鏡；一空氣腔，該空氣腔制作在下布拉格反射鏡上，用于可調(diào)諧；一上分布布拉格反射鏡，該上分布布拉格反射鏡制作在空氣腔上，是濾波器的上反射鏡；一p電極，該p電極制作在上分布布拉格反射鏡的上面；一n電極，該電極制作在n型砷化鎵襯底的下面。
文檔編號(hào)G02F1/21GK101093265SQ200610089348
公開日2007年12月26日 申請(qǐng)日期2006年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月21日
發(fā)明者吳旭明, 王小東, 譚滿清 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所