[發明專利]基于硅襯底氮化物的光學微機電器件及其制備方法

無效

• 申請號: 201110441613.5
• 申請日: 2011-12-26
• 公開（公告）號: CN102602878A
• 公開（公告）日: 2012-07-25
• 發明（設計）人: 王永進;朱洪波
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: B81B7/00
• 分類號: B81B7/00;B81C1/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 許方

技術領域

本發明涉及一種基于硅襯底氮化物的光學微機電器件及其制備方法，屬于信息材料與器件領域。

背景技術

從材料角度來講，寬帶隙氮化物材料特別是氮化鎵具備極其優異的機械、化學和光學性能，可以實現薄膜LED光源和微機電技術的良好兼容，為制作新穎的微機電光學器件奠定了基礎。隨著氮化物材料加工技術的不斷突破，硅襯底氮化物材料可以和成熟的硅加工技術結合起來，實現懸空氮化物微鏡、光柵以及驅動器等器件結構。這些器件結構具備了空間上的自由度，可以制備微機電驅動氮化物光學器件。從加工技術上看，利用背后對準技術，采用雙面制備工藝，可以有效減低由于殘余應力造成的氮化物微納米器件結構的損傷問題，實現小型化、高密度的氮化物微機電光學器件，氮化物器件的快速發展。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種小型化、高密度的基于硅襯底氮化物微機電光學器件與能夠有效減低由于殘余應力造成的氮化物微納米器件結構的損傷問題的制備方法。

本發明為解決上述技術問題采用以下技術方案：本發明設計了一種基于硅襯底氮化物的光學微機電器件，實現載體為硅襯底III族氮化物晶片，包括硅襯底層，以及設置在硅襯底層上的頂層氮化物器件層，其中：

所述硅襯底層具有硅結構；

所述頂層氮化物器件層位于硅結構正上方的部分具有微納米器件結構。

作為本發明的一種優化結構，所述微納米器件結構為納米光學器件結構以及微機電驅動器結構。

本發明還公開了一種基于硅襯底氮化物的光學微機電器件的制備方法，選擇硅襯底III族氮化物晶片為實現載體，包括硅襯底層，以及設置在硅襯底層上的頂層氮化物器件層，包括如下步驟：

步驟（1）：利用電子束蒸發技術在所述硅襯底III族氮化物晶片的頂層氮化物器件層上表面沉淀一層刻蝕掩模層；

步驟（2）：在所述刻蝕掩模層的上表面以及硅襯底層的下表面各旋涂一層光刻膠層；

步驟（3）：利用曝光技術在所述硅襯底層下表面的電子束光刻膠層上定義硅結構；

步驟（4）：通過背后對準技術、雙面加工工藝和深硅刻蝕技術按照步驟（3）中定義的硅結構剝離硅襯底層，形成多個貫穿至所述頂層氮化物器件層下表面的空腔；

步驟（5）：利用曝光技術，在所述頂層氮化物器件層上表面的光刻膠層上定義微納米器件結構；

步驟（6）：利用離子束轟擊技術，將步驟（5）中定義的微納米器件結構傳遞至所述刻蝕掩模層；

步驟（7）：利用氮化物刻蝕技術，將頂層氮化物器件層按照步驟（5）中所述的微納米器件結構刻蝕穿透。

作為本發明的一種優化方法，還包括如下操作：

步驟（8）：利用氧氣等離子體灰化工藝去除殘余的光刻膠；

步驟（9）：利用BHF或Vapor?HF工藝去除殘余的刻蝕掩模層。

作為本發明的一種優化方法：所述微納米器件結構為納米光學器件結構以及微機電驅動器結構。

作為本發明的一種優化方法：所述刻蝕掩模層為氧化鉿薄膜層或二氧化硅薄膜層。

本發明采用以上技術方案與現有技術相比，具有以下技術效果：

1.本發明通過引入背后對準以及雙面加工技術，有效地降低了殘余應力對于氮化物微結構的損傷，可以獲得大面積的氮化物薄膜光學器件。

2.引入氧化鉿或二化硅作為刻蝕掩模層，可以進一步補償殘余應力和優化氮化物的刻蝕工藝。

3.本發明利用高阻硅襯底，在不引入額外絕緣層的情況下，可以實現氮化物靜電微機械驅動器。

4.本發明通過微驅動器改變器件的結構參數，實現對氮化物光學器件的性能調控，獲得了新穎的氮化物光學微機電器件。

5.同時，進一步的利用寬帶隙氮化物半導體的特性，實現微機電可控的LED光源或其他氮化物有源器件。

附圖說明

圖1是本發明所設計的基于硅襯底氮化物的光學微機電器件的結構簡圖。

圖2是基于硅襯底氮化物的光學微機電器件的制備流程圖。

圖3是在頂層氮化物器件層上定義的微機電可調光柵結構。

圖4是在頂層氮化物器件層上定義的微機電可調微鏡結構。

圖5是頂層氮化物器件層上定義的硅襯底氮化物微機電可調微鏡。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的技術方案做進一步的詳細說明：

如圖1所示,?本發明設計了一種基于硅襯底氮化物的光學微機電器件，實現載體為硅襯底III族氮化物晶片，包括硅襯底層，以及設置在硅襯底層上的頂層氮化物器件層，其中：

所述硅襯底層具有硅結構；