[发明专利]具有非平行腔结构的半导体光波与光电子器件的实现方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种具有非平行腔结构的集成半导体光波与光电子器件的制备方法，特别涉及一种在半导体外延层上制备楔形结构的方法。

技术背景：

目前的各种半导体光电子器件，其结构上的一大特点就是在垂直于其衬底的方向上属于分层结构，并且各层结构之间通常是彼此平行的(且平行于衬底表面)，这是由于半导体外延生长工艺所决定的。多年来半导体器件的发展均承袭了这一结构。近年来，随着光通信、光信息处理技术的飞速发展，楔形结构在光波导互连(如光波模式变换)、解复用接收器件(平行腔间解耦)以及角色散元件(如棱镜)中起着越来越关键的作用。有鉴于此，在光电集成(OEIC)工艺中，如何在外延层上任意区域，制备出特定倾角、表面平坦的楔形结构，同时具有低廉的成本，以满足光电子技术应用领域发展的要求，这是本发明研创动机所在。

目前制备楔形结构所采用的工艺主要有：激光辅助外延技术，选择区域外延(SAG)技术等，但是这些技术需要对生长设备进行改造或需要进行多次外延生长，工艺复杂，成本较高。本发明设计人凭借多年从事半导体研究生产加工等领域的实际经验，在反复研究论证的基础上，终得本发明的产生。

发明内容：

本发明的目的是提供一种在半导体外延层上制备楔形结构的方法，利用腐蚀液对不同材料的腐蚀速率差异即选择性腐蚀来实现楔形结构，具有工艺简单、易于实现等优点，同时可以通过调节腐蚀液的选择性来获得各种不同倾角的楔形结构，并且楔形结构可以在外延层上的任意位置实现。

本发明的目的可按下述方式实现，在外延层表面形成引导层以及掩膜层，在需要形成的楔形结构顶端的相对位置除去掩膜层，然后置于腐蚀液中，实现需要的楔形结构后从腐蚀液中取出，再通过蒸发、外延等方法继续生长其他分层结构。

本发明的腐蚀液选用柠檬酸/H₂O₂，NH₄OH/H₂O₂，NH₄F/HF或HF/CrO₃腐蚀液；本发明优选HF/CrO₃腐蚀液，引导层可以外延生长形成也可以通过蒸发、溅射和涂敷等方式形成。

本发明的原理是引导层的腐蚀速率较快，引导层在侧向腐蚀的同时，逐渐露出相邻的腐蚀速率较慢的外延层，这样在相邻的外延层上就腐蚀出楔形结构的形状。引导层厚度较薄时，腐蚀出的斜面倾角由引导层和外延层的腐蚀速率比决定。

引导层的材料并不限于半导体材料，只要引导层材料与外延层材料的腐蚀速率存在较大的差别就可以腐蚀出斜面，因此引导层可以外延生长形成也可以通过蒸发、涂敷等方式形成。但是为了获得平坦的斜面，必须满足以下的要求：在腐蚀过程中，随着侧向腐蚀深度的增加腐蚀速率保持不变，因此腐蚀机理属于反应速率控制而不是由扩散速率决定；其次，为了使制备的楔形结构有良好的光学特性(如低散射损耗)，腐蚀表面的粗糙度应尽可能小。

下面结合附图进一步阐明本发明实施例。

附图说明：

图1为本发明器件腐蚀前的结构图。

图2为本发明器件腐蚀后的结构图。

1……掩膜层    2……引导层    3……外延层    4……GaAs衬底

具体实现方式：

本发明实施例器件的引导层2和外延层3是在GaAs衬底4上外延生长而成，在引导层2的表面再形成一层掩膜层1，在需要形成的楔形结构顶端的相对位置除去掩膜层，然后置于腐蚀液中，实现需要的楔形结构后从腐蚀液中取出，在本实施例器件中，引导层2和外延层3都为AlGaAs材料，但是引导层2中的Al组分比外延层3中的Al组分高，由于引导层2的腐蚀速率高于外延层3的腐蚀速率，引导层2向侧向腐蚀的同时，逐渐露出相邻的腐蚀速率较慢的外延层3表面，于是在相邻的外延层3上则腐蚀出倾角为θ的楔形结构。