[发明专利]太赫兹量子级联激光器脊形结构湿法腐蚀的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种太赫兹量子级联激光器脊形结构湿法腐蚀的方法。

背景技术

太赫兹(THz)量子级联激光器(QCL)是一种单极器件，电子通过在子带间跃迁来辐射THz光子。THz QCL的有源区为多周期级联结构，一个周期是一个多量子阱结构，有源区的周期数目少则几十，多则上百，一般采用分子束外延技术生长THz QCL级联结构，由于周期数目多，一般生长过程耗时长。

在THz QCL的工艺过程之中，很重要的一步就是制作脊形结构，一般通过湿法腐蚀或者干法刻蚀来完成，而湿法腐蚀优于干法刻蚀的地方在于：1、可重复性好；2、对器件材料表面几乎无损伤、无污染。但是湿法腐蚀出来的侧壁是斜面，不像干法刻蚀出来的侧壁是垂直面，这将会导致器件在各个周期的电流密度均匀性不好。对于单面金属波导THz QCL，由于使用侧面接触，脊形结构的刻蚀一般要从上接触层一直刻蚀到下接触层，即要跨越整个有源区。这个刻蚀深度大概是10微米左右。刻蚀的精确度一定要把握的非常好才行，因为如果刻蚀不到位，将会导致寄生电阻的产生；假如刻蚀过度，即刻蚀到下接触层以下，将会导致器件完全开路。这两种情况都会直接影响到最终的器件成功与否。

因此，如何有效完成对THz QCL的湿法腐蚀实已成为本领域技术人员亟待解决的技术课题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种太赫兹量子级联激光器脊形结构湿法腐蚀的方法。

本发明的另一目的在于提供一种在太赫兹量子级联激光器脊形结构湿法腐蚀的方法，通过相应夹具以便于操作，提高腐蚀的均匀性。

为了达到上述目的，本发明提供的太赫兹量子级联激光器脊形结构湿法腐蚀的方法包括步骤：1)腐蚀前的准备：采用光刻显影制作腐蚀掩膜、坚膜；2)腐蚀之前，先用稀盐酸去除器件材料表面的氧化膜；3)湿法腐蚀：将太赫兹量子级联激光器件材料用夹具固定，放入盛有硫酸腐蚀液中的烧杯中，采用磁力搅拌器，进行湿法腐蚀；4)腐蚀结束后，迅速将器件材料从腐蚀液中取出，用过量的去离子水冲洗，然后用高纯氮气吹干；5)去掩膜：将器件材料放入丙酮溶液中浸泡3-5分钟去除表面的光刻胶掩膜；6)将去除掩膜后的器件材料进行台阶仪测试，确定腐蚀深度。

其中，在腐蚀过程中，所述器件材料正面朝下放入腐蚀液以避免因光刻胶脱落到器件材料表面而导致腐蚀质量受影响，所述磁力搅拌器的搅拌子采用低于100转每分钟的低速旋转搅拌以保证腐蚀速率的一致性，所述腐蚀液采用体积比为1∶8∶160的硫酸、双氧水及水的组合，在腐蚀过程中，腐蚀速率控制在约210纳米/分钟。

用于所述的太赫兹量子级联激光器脊形结构湿法腐蚀的方法中的所述夹具包括：支撑件、一端固定在所述支撑件上，另一端呈开口状的夹持件、及穿置所述夹持件以限制所述夹持件开口的尺寸的调节件。

所述夹具采用耐酸耐碱的聚四氟乙烯材料，所述支撑件可为支撑杆或支撑柱，所述夹持件可为分离的两片状物或镊子状物，所述调节件可为螺合件。

综上所述，本发明的太赫兹量子级联激光器脊形结构湿法腐蚀的方法由于采用了便捷的夹具，可使腐蚀的均匀性上比现有其他方法将要提高很多，同时由于采用更加稀释的硫酸腐蚀液，使得腐蚀深度的控制更加精确。

附图说明

图1为采用本发明的太赫兹量子级联激光器脊形结构湿法腐蚀的方法进行腐蚀得到的脊形结构的截面形貌图。

图2为本发明的太赫兹量子级联激光器脊形结构湿法腐蚀的方法采用的夹具示意图。

图3为本发明的太赫兹量子级联激光器脊形结构湿法腐蚀的方法腐蚀同一结构的THz QCL器件材料在不同腐蚀时间得出的腐蚀速率的波动示意图。

具体实施方式

请参阅图1，本发明的太赫兹量子级联激光器脊形结构湿法腐蚀的方法主要包括以下步骤：

第一步：腐蚀前的准备，即采用光刻显影制作腐蚀掩膜、坚膜，例如，先采用S6809光刻胶作为腐蚀掩膜，使掩膜版的条形边平行于太赫兹量子级联激光器件材料[011]晶向，其中，衬底晶向定标可采用欧洲-日本标准(EJ option)，接着将太赫兹量子级联激光器件材料在120℃烘箱中烘烤20-30分钟以完成坚膜。

第二步：腐蚀之前，先用稀盐酸去除所述器件材料表面的氧化膜。