專利名稱:用于超高密度光存儲的集成式微探尖的選擇生長方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于信息技術(shù)領(lǐng)域：
，涉及到超高密度光信息存儲技術(shù)，特別涉及到用于超高密度光信息寫入和讀出的集成式掃描近場光學(xué)顯微術(shù)(SNOM，scanning near-field optical microscopy)微探尖的制作方法。
背景技術(shù)：
SNOM是一種新型納米尺度結(jié)構(gòu)和信息研究的強(qiáng)有力光電子學(xué)工具，它利用局限在物體表面小于一個(gè)光波長范圍內(nèi)的隱失場提供物體表面結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)，其分辨率可遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過經(jīng)典光學(xué)的衍射極限，達(dá)到納米尺度。SNOM的最重要的潛在應(yīng)用之一是超高密度光信息存儲。用于此目的的結(jié)構(gòu)緊湊、微型化和適于批量生產(chǎn)的集成式SNOM傳感器應(yīng)包括半導(dǎo)體激光器、光探測器和微探尖三個(gè)基本結(jié)構(gòu)單元。
國外C.Gorecki等人2001年在《Sensors and Actuators》(Sensors andActuators A 87(2001)113)上提出了一種以垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL，vertical-cavity surface-emitting-laser)、pin探測器和金字塔狀微探尖三個(gè)基本單元為基礎(chǔ)構(gòu)造的微型單片集成式SNOM傳感器結(jié)構(gòu)。這種SNOM傳感器具有結(jié)構(gòu)小巧緊湊、工作穩(wěn)定性好的突出優(yōu)點(diǎn)。
由于目前國外及臺灣的VCSEL制造技術(shù)已成熟，普通商品器件的價(jià)格已降得很低并有多家公司(如美國的AXT公司等)可根據(jù)客戶要求提供多種類型的VCSEL晶片，因此獲得具有pin探測器的VCSEL晶片已不成問題。需要解決的關(guān)鍵問題是開發(fā)與VCSEL制作工藝相容的微探尖的制作技術(shù)。上面提到的C.Gorecki等人提供了一種濕法腐蝕形成微探尖的方法并利用這種方法在GaAs襯底上刻蝕出了金字塔狀的GaAs微探尖，探尖頂?shù)那拾霃叫∮?00nm。但是，由于腐蝕過程很難精確控制，這種方法不適合大批量生產(chǎn)。
為克服C.Gorecki等人提出的上述方法的不足，本發(fā)明的發(fā)明人曾于2002年在《Journal of Crystal Growth》(Journal of Crystal Growth 240(2002)98)上公開發(fā)表了一種自組織(裝)液相外延(self-organized orself-assembled liquid phase epitaxy)生長方法。這種方法的基本技術(shù)是利用含Al的AlGaAs表面容易部分氧化，從而能自動生成外延生長窗口的原理，在常規(guī)的液相外延系統(tǒng)上，通過控制生長條件，僅由一次外延過程在AlGaAs表面自動形成類金字塔狀微探尖。盡管采用自組織液相外延方法生長微探尖可以克服化學(xué)腐蝕方法帶來的缺點(diǎn)，有利于實(shí)現(xiàn)SNOM傳感器的批量生產(chǎn)。但采用這種技術(shù)制備的微探尖在晶片表面上的分布規(guī)律無法控制，從而會有微探尖與VCSEL的出光窗口對準(zhǔn)問題。此外，就超高密度光存儲應(yīng)用而言，多探尖陣列并行掃描是提高信息記錄速度的必然要求。因此，分布規(guī)律無法控制的自組織微探尖生長方法也滿足不了這方面的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種與VCSEL制作工藝相容的集成式SNOM微探尖的制作方法，以解決目前已有的微型集成式SNOM傳感器微探尖制作工藝中腐蝕過程難以精確控制、微探尖與VCSEL的出光窗口難以對準(zhǔn)和不適合批量制作等問題。
為解決上述問題，本發(fā)明提出另外一種新的以選擇生長為基礎(chǔ)的分布周期和尺寸可控的適合單片式多單元SNOM傳感器微探尖批量制備的方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案是在已經(jīng)外延生長了pin探測器和VCSEL結(jié)構(gòu)的晶片表面上沉積一層SiO2或Al2O3等氧化物薄膜，并通過常規(guī)光刻和腐蝕手段在氧化膜上刻蝕成周期和尺寸一定的方形窗口陣列，然后利用氧化膜對半導(dǎo)體材料外延生長的阻斷作用和晶體生長過程中的快生長面消失、慢生長面長大原理(閔乃本，晶體生長的物理基礎(chǔ)，上海科學(xué)技術(shù)出版社，1982年第一版，435頁)，在陣列窗口上選擇生長出與VCSEL出光窗口尺寸匹配并對準(zhǔn)的金字塔狀微探尖。本發(fā)明還可在InP等其他晶體表面上選擇生長金字塔狀或類金字塔狀微探尖。
本發(fā)明的效果和益處是可以解決目前已有的微型集成式SNOM傳感器微探尖制作的腐蝕過程難以精確控制、微探尖與VCSEL的出光窗口難以對準(zhǔn)和不適合批量制作等問題。從而降低集成式SNOM傳感器的制作難度，提高制作效率和成品率。本發(fā)明也廣泛適用于物理、化學(xué)、生物及醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域SNOM微探尖制作。



附圖1是采用本發(fā)明的技術(shù)方案在模擬VCSEL表面的GaAs晶體表面上選擇生長的金字塔狀GaAs微探尖陣列的掃描電鏡照片。垂直生長表面方向拍照，放大倍數(shù)為200倍。
附圖2是采用本發(fā)明的技術(shù)方案在模擬VCSEL表面的GaAs晶體表面上選擇生長的金字塔狀GaAs微探尖陣列的掃描電鏡照片。與生長表面傾斜一定角度方向拍照，放大倍數(shù)為250倍。
具體實(shí)施方式
以下詳細(xì)敘述本發(fā)明的具體實(shí)施方案。
步驟1在已經(jīng)外延生長了VCSEL和pin探測器結(jié)構(gòu)的(100)向晶片表面上采用低溫(40℃)液相沉積(LPD，liquid phase deposition)方法或化學(xué)汽相沉積、磁控濺射等其他方法沉積一層厚度為10～30nm的SiO2或Al2O3薄膜，然后利用常規(guī)光刻和腐蝕方法在氧化物薄膜上刻蝕成尺寸與VCSEL的出光窗口尺寸(通常為20～40μm)匹配的方形窗口陣列。
步驟2將通過步驟1加工過的晶片裝入常規(guī)液相外延系統(tǒng)石英反應(yīng)管中的石墨生長舟中，在純度大于99.9999％、流量為5ml/s的氫氣氛下生長10～20分鐘(依窗口陣列的尺寸而定)，在陣列窗口中形成與VCSEL出光窗口尺寸匹配并對準(zhǔn)的金字塔狀GaAs微探尖。
微探尖最佳生長溫度為810～830℃，降溫速率為1℃/min。若生長溫度為815℃，生長源的配方為每1000mg高純(99.9999％)Ga中加入63mg的高純GaAs多晶和14mg的高純Ge多晶。Ge的加入有促進(jìn)金字塔狀微探尖形成作用。
附圖1和附圖2給出的微探尖制作方式除采用GaAs襯底模擬VCSEL晶片表面外，其他制作步驟與上述各步驟相同。
權(quán)利要求
1.一種用于超高密度光存儲的集成式微探尖的選擇生長方法，是在已經(jīng)外延生長了pin探測器和垂直腔表面發(fā)射激光器結(jié)構(gòu)的晶片表面上選擇生長集成式微探尖，其特征在于首先在晶片表面上沉積一層氧化物薄膜；然后采用常規(guī)光刻和腐蝕手段在氧化物薄膜上刻蝕成尺寸與垂直腔表面發(fā)射激光器的出光窗口匹配的方形窗口陣列；最后利用液相外延生長過程中氧化膜對材料生長的阻斷作用和晶體生長過程中的快生長面消失、慢生長面長大原理，在陣列窗口上形成與垂直腔表面發(fā)射激光器出光窗口對準(zhǔn)的金字塔狀微探尖。
專利摘要
本發(fā)明屬于信息技術(shù)領(lǐng)域：
。本發(fā)明的目的是提供一種與VCSEL制作工藝相容的集成式微探尖的制作方法，以解決目前SNOM傳感器微探尖制作中腐蝕過程難以精確控制、微探尖與VCSEL出光窗口難以對準(zhǔn)和不能批量制作等問題。本發(fā)明的技術(shù)特征是在已外延生長了pin探測器和VCSEL結(jié)構(gòu)的晶片表面上沉積一層氧化物薄膜并通過常規(guī)光刻和腐蝕手段在氧化膜上刻蝕成尺寸與VCSEL的出光窗口匹配的方形窗口陣列，然后利用液相外延生長過程中氧化膜對材料生長的阻斷作用和晶體生長過程中的快生長面消失、慢生長面長大原理，在窗口陣列上形成與VCSEL出光窗口對準(zhǔn)的金字塔狀微探尖。本發(fā)明的效果和益處是降低了微型集成式SNOM傳感器的制作難度，提高了制作效率和成品率。
文檔編號G01Q60/22GKCN1461012SQ03133404
公開日2003年12月10日 申請日期2003年6月4日
發(fā)明者胡禮中, 張紅治, 王志俊, 梁秀萍, 趙宇, 王美田 申請人:大連理工大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan