[发明专利]一种利用稀盐酸选择腐蚀砷化铝制作空气隙结构的方法

说明书

技术领域

本发明涉及微机械加工技术领域，是一种利用稀盐酸溶液对含铝量不同的砷化镓铝系列材料腐蚀速率的差异，实现对砷化铝牺牲层的选择腐蚀，从而制作空气隙结构的方法。本发明可以用于制作MEMS(微机械系统)波长可调谐垂直腔光滤波器，MEMS波长可调谐垂直腔面发射激光器，以及MEMS波长可调谐谐振腔增强型光电探测器等砷化镓基的光电子器件。

背景技术

随着新一代高容量高速光通讯系统的发展，密波分复用技术已经在光通讯中扮演着越来越重要的角色。随着波分复用系统中不同波长的信道数目的增加，对不同波长的信道的管理及对光网络信息的快速重构，已经显得非常的重要。MEMS波长可调谐滤波器，MEMS波长可调谐垂直腔面发射激光器，以及MEMS波长可调谐谐振腔增强型光电探测器等砷化镓基的光电子器件，可以对波长进行有效的选择和控制，在波分复用系统及全光网络中有着广泛的应用前景。

而这些MEMS可调谐光电器件的可调谐部分都由三部分组成：一个可以移动的分布布拉格反射镜(N型掺杂或P型掺杂)，一个固定的与衬底相连的分布布拉格反射镜(与前者掺杂类型相反)，分布于两个分布布拉格反射镜之间的厚度为半波长整数倍的空气隙。器件工作时，通过加在两个反射镜之间的反向电压，改变空气隙的厚度，使法布理波罗腔的谐振峰发生移动，从而实现波长的调谐。

制作这些器件的一个关键工艺是，在两个反射镜之间生长一层牺牲层，然后将牺牲层选择腐蚀掉，并释放形成空气隙结构。在这个过程中，选择一种适宜的高选择性腐蚀剂，腐蚀牺牲层的同时，不损伤其他结构，是器件制作的关键。目前国际上有用干法选择刻蚀砷化镓牺牲层的报道，也有利用氢氟酸选择腐蚀氧化铝牺牲层的报道。干法对被刻蚀物质同时具备物理的和化学的作用，物理作用即利用三氯化硼，氯气，和氦气等刻蚀气体分解成的离子对被刻蚀物质进行高速轰击而达到刻蚀的目的，化学作用则是利用刻蚀气体与被刻蚀物质之间的化学反应达到刻蚀的目的。由于物理的作用，干法刻蚀具有很强的方向性，即在垂直于外延片的方向刻蚀速率很快，而侧向刻蚀的速率则很慢。而牺牲层的选择性刻蚀，是靠侧向刻蚀来完成的，因此用干法来刻蚀砷化镓牺牲层时，刻蚀速率过慢，所需时间太长，而且必须用很厚的掩膜来保护台面使之不被垂直刻蚀掉。用氢氟酸溶液选择腐蚀砷化铝牺牲层，会在衬底的上表面上留下不易除去的反应残留物，影响表面的光学性能，采用将两个反射镜之间的砷化铝牺牲层完全氧化为氧化铝后再进行选择性腐蚀的方法则使工艺变得更加复杂。本发明利用稀盐酸溶液对含铝量不同的砷化镓铝系列材料腐蚀速率的差异，实现对砷化铝牺牲层的选择腐蚀，制作空气隙结构，可以保证良好的光学性能，是一种简单可行的新方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制作空气隙结构的新方法，可用于制作MEMS波长可调谐光电器件。这种配比的稀盐酸对铝含量不同的砷化镓铝系列材料的腐蚀速率差别很大，本发明正是利用这个特性，对砷化铝牺牲层进行选择腐蚀。腐蚀停止在砷化镓表面，其表面非常光滑，适宜于制作法布理波罗腔的反射镜面。

本发明的一种利用稀盐酸选择腐蚀砷化铝牺牲层制作空气隙结构的方法，其步骤有，

1)用分子外延技术或金属化学气相沉积法在晶向为001的砷化镓衬底上生长带有砷化铝牺牲层的结构，砷化铝牺牲层上是由厚度为四分之一中心波长的砷化镓和砷化镓铝构成的分布布拉格反射镜，砷化铝牺牲层的厚度为800nm～2000nm；

2)清洗生长的晶片，并在晶片表面光刻出所需图形，图形为圆形，正方形，矩形或它们的组合图形；

3)用湿法或干法在晶片表面非选择性的垂直腐蚀出台面，将砷化铝牺牲层的侧壁暴露出来；

4)配制一定浓度的稀盐酸，在恒温水浴缸中用所配稀盐酸选择腐蚀晶片上的砷化铝牺牲层，控制温度和时间，是腐蚀不损伤牺牲层以外的其他结构；

5)用特制的聚瓷氟漏勺将选择腐蚀完毕的晶片转移到盛有甲醇或丙酮的烧杯中，清洗晶片，勿使晶片露出液面；

6)将盛有甲醇或丙酮中的烧杯静置于一恒温的环境之中，直到甲醇或丙酮完全挥发，取出晶片；

7)用光学显微镜或扫描电镜观察晶片，测量盐稀酸侧蚀砷化铝的深度，估算稀盐酸侧蚀砷化铝的平均速率；

8)以测得的侧蚀速率作为参考，选择腐蚀光刻有特定图形的含有相同砷化铝牺牲层的晶片，重复1)～7)的过程，调整腐蚀时间，直到准确得到所需几何尺寸的空气隙结构。

进一步，所述步骤1)构成分布布拉格反射镜的砷化镓和砷化镓铝的厚度为中心波长1000nm～1600nm的四分之一，砷化镓铝中铝的含量低于或等于90％。