專利名稱：一種制作基于微光機電系統(tǒng)的波長可調(diào)諧濾波器的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于微光機電系統(tǒng)(M0EMS)的波長可調(diào)諧濾波器的制作方法，特 別涉及一種干法刻蝕和濕法腐蝕相結(jié)合的MEMS(微機械)工藝制作的GaAs基波長可調(diào)諧 濾波器(波長在1. 3-1. 6 ii m波段)。
背景技術(shù)：
隨著新一代高容量高速光通訊技術(shù)和全光通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，密集波分復(fù)用 (DW匿)系統(tǒng)已成為長途光信號傳輸?shù)年P(guān)鍵技術(shù)。當(dāng)DW匿系統(tǒng)的通道數(shù)目增加，精確監(jiān)控波 長顯得越來越重要。MOMES波長可調(diào)諧濾波器，MOMES波長可調(diào)諧探測器和MOMES波長可調(diào) 諧垂直腔面發(fā)射激光器等光電子器件，可以對波長進(jìn)行有效的選擇和控制，在高速高容量 光通訊技術(shù)和全光通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中有著廣泛的應(yīng)用前景。 MOMES波長可調(diào)諧濾波器主要有三部分組成可移動的上分布布拉格反射鏡 (DBR)，固定的與襯底相連的下BDR和位于上下DBR之間的空氣腔。上下DBR部分相當(dāng)于 F-P腔的兩個端面。給上下BDR間加上反向偏壓，在靜電力的作用下，上DBR部分被拉向下 DBR部分，改變了空氣隙的厚度，即改變了諧振腔的長度，從而使F-P腔的諧振波長發(fā)生偏 移，實現(xiàn)了波長的可調(diào)諧。

發(fā)明內(nèi)容
( — )要解決的技術(shù)問題 有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種制作基于微光機電系統(tǒng)的波長可調(diào)諧 濾波器的方法，以制作出波長可調(diào)諧的濾波器。
( 二 )技術(shù)方案 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種制作基于微光機電系統(tǒng)的波長可調(diào)諧濾波器 的方法，該可調(diào)諧濾波器從上自下依次由可移動的上反射鏡、AlAs犧牲層、固定的下反射鏡 和襯底構(gòu)成，該方法包括 用分子束外延方法生長用于制作濾波器的外延片； 對該外延片進(jìn)行清洗，并對該外延片進(jìn)行第一次光刻，光刻出單懸臂圖形； 采用電感耦合等離子體刻蝕方法對該具有單懸臂圖形的外延片進(jìn)行干法刻蝕，刻
蝕出垂直臺面； 對該刻蝕出垂直臺面的外延片進(jìn)行第二次光刻，光刻出P、N兩個電極圖案，然后 反型，淀積共面電極，并金屬剝離，形成電極； 對該外延片進(jìn)行選擇性腐蝕，腐蝕出具有空氣隙的單懸臂結(jié)構(gòu)；
停止反應(yīng)，對該單懸臂結(jié)構(gòu)進(jìn)行保護。 上述方案中，所述基于制作濾波器的外延片由可移動的上分布布拉格反射鏡DBR、 固定的與襯底相連的下BDR和位于上下DBR之間的AlAs犧牲層三部分構(gòu)成其中，上DBR 是P型摻雜的，由14. 5對厚度為A 。/4n的GaAs和AlGaAs (Al的摩爾百分比為80% )交替
4生長形成；下DBR是N型摻雜的，由14對厚度為A 。/4n的GaAs和AlAs交替生長，并與一 對287. 7nm厚的GaAs、lllnm厚的AlAs形成；A 。為中心波長，取為1330nm， n為該層材料 在A 。處的折射率，AlAs犧牲層取為A 。/2n。的整數(shù)倍，n。為空氣的折射率。
上述方案中，所述對該外延片進(jìn)行清洗，并對該外延片進(jìn)行第一次光刻，光刻出單 懸臂圖形的步驟，具體包括用MOS級的高純丙酮-三氯乙烯-四氯化碳依次循環(huán)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；然后對該外延片進(jìn)行第一次光 刻，光刻出單懸臂圖形；該單懸臂圖形由方形的大臺面、懸臂梁和頂端的圓形臺面組成。
上述方案中，所述采用電感耦合等離子體刻蝕方法對該具有單懸臂圖形的外延片 進(jìn)行干法刻蝕，刻蝕出垂直臺面的步驟中，干法刻蝕出垂直臺面為非選擇性刻蝕，在腔室中 充入SiCl4/Cl2混合氣體，混合氣體在真空電場中被加速，轟擊在外延片表面；干法刻蝕要 刻蝕掉上DBR部分，截止到AlAs犧牲層，并部分暴露AlAs層的側(cè)面，以便用稀鹽酸進(jìn)行選 擇性腐蝕。 上述方案中，所述對該刻蝕出垂直臺面的外延片進(jìn)行第二次光刻，光刻出P、 N兩 個電極圖案，然后反型，淀積共面電極，并金屬剝離，形成電極的步驟中，淀積的共面電極是 Ti-Au電極，金屬剝離是在超聲波條件下進(jìn)行的。 上述方案中，所述形成電極以后，進(jìn)一步包括對形成的電極進(jìn)行金屬合金化，使 電極更加穩(wěn)固。 上述方案中，所述對該外延片進(jìn)行選擇性腐蝕，腐蝕出具有空氣隙的單懸臂結(jié)構(gòu) 的步驟中，采用稀鹽酸對外延片進(jìn)行選擇性腐蝕，稀鹽酸是由質(zhì)量百分比為37%的鹽酸與 去離子水按照體積比為l : 200的比例配置而成的，在進(jìn)行腐蝕時采用水浴加熱在恒溫條 件下進(jìn)行腐蝕，腐蝕溫度為30攝氏度。 上述方案中，所述停止反應(yīng)，對該單懸臂結(jié)構(gòu)進(jìn)行保護的步驟，具體包括外延片 在稀鹽酸溶液中腐蝕后，置于去離子水中停止反應(yīng)，然后再置于甲醇中清洗，最后置于丙酮 中，待丙酮自然揮發(fā)。
(三)有益效果 從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果 1、本發(fā)明采用了分子束外延的方法生長濾波器的外延片，與其它方法(如MOCVD) 相比，用分子束外延的方法生長的外延片，外延材料的表面形貌好，外延片表面積大均勻性 好，而且生長溫度低，提高了外延層的純度和完整性。 2、本發(fā)明采用了單懸臂的結(jié)構(gòu)，使濾波器的上反射鏡更易于調(diào)諧，大大降低了濾 波器工作時的調(diào)諧電壓，便于與其它器件的系統(tǒng)集成。 3、本發(fā)明采用了電感耦合等離子體刻蝕的方法，大大降低了傳統(tǒng)的濕法腐蝕所造
成的側(cè)蝕現(xiàn)象，縮小了器件的尺寸，更有利于與其它光電的單片集成；采用了電感耦合等離
子體刻蝕的方法，可以對刻蝕的情況實現(xiàn)實時的監(jiān)測，可以獲得理想的截止層。 4、本發(fā)明采用的處理懸臂的方法，利用丙酮溶液張力要小于去離子水的張力來實
現(xiàn)懸臂的保護，大大提高了器件的成品率。


圖1是本發(fā)明提供的制作基于微光機電系統(tǒng)的波長可調(diào)諧濾波器的方法流程5
圖2是本發(fā)明中濾波器的外延結(jié)構(gòu)圖； 圖3是本發(fā)明中臺面腐蝕示意圖； 圖4是本發(fā)明中ICP刻蝕臺面原位監(jiān)控曲線； 圖5是本發(fā)明中ICP刻蝕臺面?zhèn)让鍿EM圖； 圖6是本發(fā)明中濾波器淀積共面電極后的光學(xué)顯微鏡照片； 圖7是本發(fā)明中選擇性腐蝕犧牲層的示意圖； 圖8是本發(fā)明中選擇性側(cè)蝕形成空氣腔后側(cè)面SEM圖； 圖9是本發(fā)明中懸臂釋放后濾波器解理后的光學(xué)顯微鏡照片。
具體實施例方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照 附圖，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。 如圖1所示，圖1是本發(fā)明提供的制作基于微光機電系統(tǒng)的波長可調(diào)諧濾波器的 方法流程圖，該可調(diào)諧濾波器從上自下依次由可移動的上反射鏡、AlAs犧牲層、固定的下反 射鏡和襯底構(gòu)成，該方法包括 步驟101 :用分子束外延方法生長用于制作濾波器的外延片； 步驟102 :對該外延片進(jìn)行清洗，并對該外延片進(jìn)行第一次光刻，光刻出單懸臂圖 形； 步驟103 :采用電感耦合等離子體刻蝕方法對該具有單懸臂圖形的外延片進(jìn)行干 法刻蝕，刻蝕出垂直臺面； 步驟104 :對該刻蝕出垂直臺面的外延片進(jìn)行第二次光刻，光刻出P、N兩個電極圖 案，然后反型，淀積共面電極，并金屬剝離，形成電極； 步驟105 :對該外延片進(jìn)行選擇性腐蝕，腐蝕出具有空氣隙的單懸臂結(jié)構(gòu)；
步驟106 :停止反應(yīng)，對該單懸臂結(jié)構(gòu)進(jìn)行保護。 基于圖1所示制作基于微光機電系統(tǒng)的波長可調(diào)諧濾波器的方法流程圖，下面結(jié) 合具體實施例和附圖，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。 a、用分子束外延(MBE)方法生長用于制作濾波器的外延片。如圖2所示，該外延 片由可移動的上分布布拉格反射鏡(DBR)、固定的與襯底相連的下BDR和位于上下DBR之 間的厚的AlAs犧牲層三部分構(gòu)成其中，上DBR是P型摻雜的，由14. 5對厚度為A 。/4n的 GaAs和AlGaAs (Al摩爾百分比為80%)交替生長形成；下DBR是N型摻雜的，由14對厚度 為入。/4n的GaAs和AlAs交替生長，并與一對287. 7nm厚的GaAs、lllnm厚的AlAs形成; 入。為中心波長，取為1330nm，n為該層材料在A 。處的折射率，AlAs犧牲層取為A 。/2n。的 整數(shù)倍，n。為空氣的折射率。 b、用丙酮等清洗樣片的具體步驟用高純(MOS級)丙酮-三氯乙烯-四氯化碳依 次循環(huán)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；然后對該外延片進(jìn) 行第一次光刻，光刻出單懸臂圖形；該單懸臂圖形由方形的大臺面、懸臂梁和頂端的圓形臺 面組成。 c、采用電感耦合等離子體刻蝕(ICP)干法刻蝕出垂直臺面。如圖3所示，4為一次 光刻形成懸臂圖形的光刻膠。光刻膠用以保護懸臂圖形部分不被刻蝕掉。干法刻蝕垂直臺
6面為非選擇性刻蝕。在腔室中充入SiCl4/Cl2混合氣體，混合氣體在真空電場中被加速，轟 擊在樣片表面。圖3所示，干法刻蝕要刻蝕掉上DBR部分3，截止到厚的AlAs犧牲層2，并 部分暴露AlAs層的側(cè)面，以便用稀鹽酸進(jìn)行選擇性腐蝕；圖4所示，采用ICP原位監(jiān)控系統(tǒng) 可以準(zhǔn)確的截止到AlAs犧牲層。 d、淀積共面電極的具體步驟1)第二次光刻P、 N兩個電極的圖案，然后反型；2) 淀積Ti-Au電極；3)在超聲波條件下，進(jìn)行金屬剝離，形成電極；4)金屬合金化，使其更加 穩(wěn)固。 e、采用稀鹽酸對外延片進(jìn)行選擇性腐蝕，稀鹽酸是由質(zhì)量百分比為37X的鹽酸與 去離子水按照體積比為l : 200的比例配置而成的，在進(jìn)行腐蝕時采用水浴加熱在恒溫條 件下進(jìn)行腐蝕，腐蝕溫度為30攝氏度。圖7所示。在此條件下，稀鹽酸溶液選擇腐蝕AlAs 的速率約為1. 5iim/min，對AlGaAs(Al的摩爾百分比為80% )幾乎不腐蝕。
f、外延片在稀鹽酸溶液中腐蝕后，置于去離子水中停止反應(yīng)，然后再置于甲醇中 清洗，最后置于丙酮中，待丙酮自然揮發(fā)。 圖9所示為本發(fā)明中懸臂釋放后濾波器的結(jié)構(gòu)。對外延片解理后發(fā)現(xiàn)，厚的AlAs 層被選擇性腐蝕掉，形成空氣隙。上Dm 部分，即單懸臂結(jié)構(gòu)由圖7中2(未被腐蝕掉的AlAs 部分)部分支撐。 以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳 細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡 在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保 護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種制作基于微光機電系統(tǒng)的波長可調(diào)諧濾波器的方法，該可調(diào)諧濾波器從上自下依次由可移動的上反射鏡、AlAs犧牲層、固定的下反射鏡和襯底構(gòu)成，其特征在于，該方法包括用分子束外延方法生長用于制作濾波器的外延片；對該外延片進(jìn)行清洗，并對該外延片進(jìn)行第一次光刻，光刻出單懸臂圖形；采用電感耦合等離子體刻蝕方法對該具有單懸臂圖形的外延片進(jìn)行干法刻蝕，刻蝕出垂直臺面；對該刻蝕出垂直臺面的外延片進(jìn)行第二次光刻，光刻出P、N兩個電極圖案，然后反型，淀積共面電極，并金屬剝離，形成電極；對該外延片進(jìn)行選擇性腐蝕，腐蝕出具有空氣隙的單懸臂結(jié)構(gòu)；停止反應(yīng)，對該單懸臂結(jié)構(gòu)進(jìn)行保護。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作基于微光機電系統(tǒng)的波長可調(diào)諧濾波器的方法，其特征 在于，所述用于制作濾波器的外延片由可移動的上分布布拉格反射鏡DBR、固定的與襯底相 連的下BDR和位于上下DBR之間的AlAs犧牲層三部分構(gòu)成其中，上DBR是P型摻雜的，由 14. 5對厚度為A 。/4n的GaAs和AlGaAs交替生長形成，AlGaAs中Al的摩爾百分比為80%; 下DBR是N型摻雜的，由14對厚度為A 。/4n的GaAs和AlAs交替生長，并與一對287. 7nm 厚的GaAs、lllnm厚的AlAs形成；A。為中心波長，取為1330nm，n為該層材料在A 。處的折 射率，AlAs犧牲層取為A 。/2n。的整數(shù)倍，n。為空氣的折射率。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作基于微光機電系統(tǒng)的波長可調(diào)諧濾波器的方法，其特 征在于，所述對該外延片進(jìn)行清洗，并對該外延片進(jìn)行第一次光刻，光刻出單懸臂圖形的步 驟，具體包括用MOS級的高純丙酮_三氯乙烯_四氯化碳依次循環(huán)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；然后對該外延片進(jìn)行第一次光刻，光刻出單懸臂圖形；該 單懸臂圖形由方形的大臺面、懸臂梁和頂端的圓形臺面組成。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作基于微光機電系統(tǒng)的波長可調(diào)諧濾波器的方法，其特征 在于，所述采用電感耦合等離子體刻蝕方法對該具有單懸臂圖形的外延片進(jìn)行干法刻蝕， 刻蝕出垂直臺面的步驟中，干法刻蝕出垂直臺面為非選擇性刻蝕，在腔室中充入SiCl"Cl2 混合氣體，混合氣體在真空電場中被加速，轟擊在外延片表面；干法刻蝕要刻蝕掉上DBR部 分，截止到AlAs犧牲層，并部分暴露AlAs層的側(cè)面，以便用稀鹽酸進(jìn)行選擇性腐蝕。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作基于微光機電系統(tǒng)的波長可調(diào)諧濾波器的方法，其特征 在于，所述對該刻蝕出垂直臺面的外延片進(jìn)行第二次光刻，光刻出P、 N兩個電極圖案，然后 反型，淀積共面電極，并金屬剝離，形成電極的步驟中，淀積的共面電極是Ti-Au電極，金屬 剝離是在超聲波條件下進(jìn)行的。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的制作基于微光機電系統(tǒng)的波長可調(diào)諧濾波器的方法，其 特征在于，所述形成電極以后，進(jìn)一步包括對形成的電極進(jìn)行金屬合金化，使電極更加穩(wěn) 固。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作基于微光機電系統(tǒng)的波長可調(diào)諧濾波器的方法，其特征 在于，所述對該外延片進(jìn)行選擇性腐蝕，腐蝕出具有空氣隙的單懸臂結(jié)構(gòu)的步驟中，采用稀 鹽酸對外延片進(jìn)行選擇性腐蝕，稀鹽酸是由質(zhì)量百分比為37%的鹽酸與去離子水按照體積比為1 :200的比例配置而成的，在進(jìn)行腐蝕時采用水浴加熱在恒溫條件下進(jìn)行腐蝕，腐蝕溫度為30攝氏度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作基于微光機電系統(tǒng)的波長可調(diào)諧濾波器的方法，其特征在于，所述停止反應(yīng)，對該單懸臂結(jié)構(gòu)進(jìn)行保護的步驟，具體包括外延片在稀鹽酸溶液中腐蝕后，置于去離子水中停止反應(yīng)，然后再置于甲醇中清洗，最 后置于丙酮中，待丙酮自然揮發(fā)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種制作基于微光機電系統(tǒng)的波長可調(diào)諧濾波器的方法，該方法包括用分子束外延方法生長用于制作濾波器的外延片；對該外延片進(jìn)行清洗，并對該外延片進(jìn)行第一次光刻，光刻出單懸臂圖形；采用電感耦合等離子體刻蝕方法對該具有單懸臂圖形的外延片進(jìn)行干法刻蝕，刻蝕出垂直臺面；對該刻蝕出垂直臺面的外延片進(jìn)行第二次光刻，光刻出P、N兩個電極圖案，然后反型，淀積共面電極，并金屬剝離，形成電極；對該外延片進(jìn)行選擇性腐蝕，腐蝕出具有空氣隙的單懸臂結(jié)構(gòu)；停止反應(yīng)，對該單懸臂結(jié)構(gòu)進(jìn)行保護。利用本發(fā)明，制作出了波長可調(diào)諧的濾波器。
文檔編號G02B26/08GK101738722SQ20081022578
公開日2010年6月16日 申請日期2008年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月12日
發(fā)明者朱彬, 李文兵, 楊曉紅, 秦龍, 鞠研玲, 韓勤 申請人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所