[發明專利]長波長微機械可調諧濾波器的結構和制作方法

無效

• 申請號: 200610067135.5
• 申請日: 2006-04-03
• 公開（公告）號: CN101051162A
• 公開（公告）日: 2007-10-10
• 發明（設計）人: 吳旭明;王小東;譚滿清
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: G02F1/21
• 分類號: G02F1/21
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司
• 代理人: 湯保平

技術領域

本發明是一種GaAs基長波長微機械可調諧濾波器的結構。本發明還涉及制造這種結構的制作工藝和方法。

背景技術

隨著人們對信息量需求的急劇增長，光網絡逐漸成為未來信息技術競爭的制高點。目前光纖通信的單信道速率已經高達40Gb/s，再提高的余地已經不大，為了滿足人們日益增長的信息需求，WDM(波分復用)技術應運而生。通過WDM技術，使單根光纖的傳輸容量迅速擴大幾十甚至上百倍，是目前突破Tb/s的超大信息容量傳輸的唯一技術。可調諧濾波器由于其對一定范圍內的特定波長有實時選擇通過的作用，可以獨立對信息流進行控制和處理，被廣泛地運用于WDM系統。微機械可調諧濾波器因其突出的寬調諧、可集成、低成本等特點，已為國際上研究的熱點。

微機械可調諧濾波器的基本原理是基于F-P腔干涉，它主要由上下兩個DBR反射鏡和腔構成。考慮到于與其它半導體光電子器件的集成，目前研究人員主要在InP和GaAs等光電子材料上研制微機械可調諧濾波器。對于微機械可調諧濾波器，DBR反射鏡主要采用InP/Air、InGaAsP/InP、GaAs/AlGaAs、Al₂O₃/GaAs、Si/SiO₂、SiO₂/TiO₂等；腔一般是空氣腔，由選擇腐蝕工藝制出。一些微機械可調諧濾波器采用InP/Air作為上下DBR反射鏡，只需2.5對InP/Air即可達到99.9％的反射率，但是這種結構需要腐蝕5層出空氣層，對材料間的應力控制、選擇腐蝕工藝提出了很高的要求，易出現粘連現象。也有一些微機械可調諧濾波器采用InGaAsP/InP作為下DBR，這種類型的DBR需要40對以上才能達到99.9％的反射率，這對外延生長是一個不小的難題。還有一些微機械可調諧濾波器采用GaAs/AlGaAs作上DBR，這種類型的DBR比較厚，導致調諧電壓較高，調諧系數較小。總之，目前國際上設計的濾波器各有各的特色，但也各存在一些局限，比如材料生長困難、工藝難度大、調諧電壓較高等。

發明內容

本發明的目的在于，提供一種長波長微機械可調諧濾波器的結構和制作方法，具有材料生長容易、工藝簡單、調諧電壓較高的優點。

本發明一種長波長微機械可調諧濾波器的結構，其特征在于，該結構包括：

一襯底，該襯底為n型砷化鎵襯底；

一緩沖層，該緩沖層制作在襯底上；

一下布拉格反射鏡，該下布拉格反射鏡制作在緩沖層上，是濾波器的下反射鏡；

一n型歐姆接觸層，該n型歐姆接觸層制作在下布拉格反射鏡上，用來制作下電極；

一空氣腔，該空氣腔制作在n型歐姆接觸層上，用于調諧波長；

一四臂固支梁，該四臂固支梁制作在空氣腔上；

一上布拉格反射鏡，該上布拉格反射鏡制作在四臂固支梁上，是濾波器的上反射鏡；

一p電極，該p電極制作在四臂固支梁的上面；

一n電極，該n電極制作在n型歐姆接觸層的上面。

其中所述的下布拉格反射鏡由23對組合材料組成，每一對組合材料包括砷化鎵和鋁鎵砷；鋁鎵砷與砷化鎵之間的晶格失配小，在砷化鎵襯底上生長砷化鎵/鋁鎵砷布拉格反射鏡應力小。

其中所述濾波器結構只需要一個空氣腔。

其中所述四臂固支梁厚度小于1微米，這樣使調諧系數高，調諧電壓低。

其中所述上布拉格反射鏡由3對組合材料組成，每一對組合材料包括二氧化硅和硅；二氧化硅和硅有高的反射帶寬，可以覆蓋整個上布拉格反射鏡的帶寬，不會導致上下布拉格反射鏡對不準。

其中所述n型歐姆接觸層是n型，四臂固支梁摻硅成為p型，這樣兩者之間就構成了一個PN結；如果給器件加反偏電壓，那么由于靜電吸引，四臂固支梁的中心就會向下彎曲，縮短空氣腔，從而可以調諧透射波長。

本發明波長微機械可調諧濾波器結構的制造方法，其特征在于，該方法包括如下步驟：

(1)在砷化鎵襯底上依次生長緩沖層、下布拉格反射鏡、n型歐姆接觸層、制作空氣層所需的鋁鎵砷腐蝕犧牲層和四臂固支梁；

(2)通過光刻工藝形成四臂固支梁的初始圖形，用腐蝕液腐蝕出一定深度的臺面；

(3)采用選擇腐蝕液，選擇腐蝕腐蝕犧牲層的鋁鎵砷而不腐蝕砷化鎵，露出底下的n型歐姆接觸層；

(4)在片子表面涂光刻膠，然后利用光刻版在四個支柱上和臺面下的砷化鎵光刻出p電極和n電極所需的窗口；在片子表面蒸鉻金，然后帶膠剝離，形成p電極和n電極；