专利名称:用于超高密度光存储的集成式微探尖的选择生长方法
技术领域：
本发明属于信息技术领域：
，涉及到超高密度光信息存储技术，特别涉及到用于超高密度光信息写入和读出的集成式扫描近场光学显微术(SNOM，scanning near-field optical microscopy)微探尖的制作方法。
背景技术：
SNOM是一种新型纳米尺度结构和信息研究的强有力光电子学工具，它利用局限在物体表面小于一个光波长范围内的隐失场提供物体表面结构细节，其分辨率可远远超过经典光学的衍射极限，达到纳米尺度。SNOM的最重要的潜在应用之一是超高密度光信息存储。用于此目的的结构紧凑、微型化和适于批量生产的集成式SNOM传感器应包括半导体激光器、光探测器和微探尖三个基本结构单元。
国外C.Gorecki等人2001年在《Sensors and Actuators》(Sensors andActuators A 87(2001)113)上提出了一种以垂直腔面发射激光器(VCSEL，vertical-cavity surface-emitting-laser)、pin探测器和金字塔状微探尖三个基本单元为基础构造的微型单片集成式SNOM传感器结构。这种SNOM传感器具有结构小巧紧凑、工作稳定性好的突出优点。
由于目前国外及台湾的VCSEL制造技术已成熟，普通商品器件的价格已降得很低并有多家公司(如美国的AXT公司等)可根据客户要求提供多种类型的VCSEL晶片，因此获得具有pin探测器的VCSEL晶片已不成问题。需要解决的关键问题是开发与VCSEL制作工艺相容的微探尖的制作技术。上面提到的C.Gorecki等人提供了一种湿法腐蚀形成微探尖的方法并利用这种方法在GaAs衬底上刻蚀出了金字塔状的GaAs微探尖，探尖顶的曲率半径小于100nm。但是，由于腐蚀过程很难精确控制，这种方法不适合大批量生产。
为克服C.Gorecki等人提出的上述方法的不足，本发明的发明人曾于2002年在《Journal of Crystal Growth》(Journal of Crystal Growth 240(2002)98)上公开发表了一种自组织(装)液相外延(self-organized orself-assembled liquid phase epitaxy)生长方法。这种方法的基本技术是利用含Al的AlGaAs表面容易部分氧化，从而能自动生成外延生长窗口的原理，在常规的液相外延系统上，通过控制生长条件，仅由一次外延过程在AlGaAs表面自动形成类金字塔状微探尖。尽管采用自组织液相外延方法生长微探尖可以克服化学腐蚀方法带来的缺点，有利于实现SNOM传感器的批量生产。但采用这种技术制备的微探尖在晶片表面上的分布规律无法控制，从而会有微探尖与VCSEL的出光窗口对准问题。此外，就超高密度光存储应用而言，多探尖阵列并行扫描是提高信息记录速度的必然要求。因此，分布规律无法控制的自组织微探尖生长方法也满足不了这方面的要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种与VCSEL制作工艺相容的集成式SNOM微探尖的制作方法，以解决目前已有的微型集成式SNOM传感器微探尖制作工艺中腐蚀过程难以精确控制、微探尖与VCSEL的出光窗口难以对准和不适合批量制作等问题。
为解决上述问题，本发明提出另外一种新的以选择生长为基础的分布周期和尺寸可控的适合单片式多单元SNOM传感器微探尖批量制备的方法。
本发明的技术方案是在已经外延生长了pin探测器和VCSEL结构的晶片表面上沉积一层SiO2或Al2O3等氧化物薄膜，并通过常规光刻和腐蚀手段在氧化膜上刻蚀成周期和尺寸一定的方形窗口阵列，然后利用氧化膜对半导体材料外延生长的阻断作用和晶体生长过程中的快生长面消失、慢生长面长大原理(闵乃本，晶体生长的物理基础，上海科学技术出版社，1982年第一版，435页)，在阵列窗口上选择生长出与VCSEL出光窗口尺寸匹配并对准的金字塔状微探尖。本发明还可在InP等其他晶体表面上选择生长金字塔状或类金字塔状微探尖。
本发明的效果和益处是可以解决目前已有的微型集成式SNOM传感器微探尖制作的腐蚀过程难以精确控制、微探尖与VCSEL的出光窗口难以对准和不适合批量制作等问题。从而降低集成式SNOM传感器的制作难度，提高制作效率和成品率。本发明也广泛适用于物理、化学、生物及医学等领域SNOM微探尖制作。
附图1是采用本发明的技术方案在模拟VCSEL表面的GaAs晶体表面上选择生长的金字塔状GaAs微探尖阵列的扫描电镜照片。垂直生长表面方向拍照，放大倍数为200倍。
附图2是采用本发明的技术方案在模拟VCSEL表面的GaAs晶体表面上选择生长的金字塔状GaAs微探尖阵列的扫描电镜照片。与生长表面倾斜一定角度方向拍照，放大倍数为250倍。
具体实施方式
以下详细叙述本发明的具体实施方案。
步骤1在已经外延生长了VCSEL和pin探测器结构的(100)向晶片表面上采用低温(40℃)液相沉积(LPD，liquid phase deposition)方法或化学汽相沉积、磁控溅射等其他方法沉积一层厚度为10～30nm的SiO2或Al2O3薄膜，然后利用常规光刻和腐蚀方法在氧化物薄膜上刻蚀成尺寸与VCSEL的出光窗口尺寸(通常为20～40μm)匹配的方形窗口阵列。
步骤2将通过步骤1加工过的晶片装入常规液相外延系统石英反应管中的石墨生长舟中，在纯度大于99.9999％、流量为5ml/s的氢气氛下生长10～20分钟(依窗口阵列的尺寸而定)，在阵列窗口中形成与VCSEL出光窗口尺寸匹配并对准的金字塔状GaAs微探尖。
微探尖最佳生长温度为810～830℃，降温速率为1℃/min。若生长温度为815℃，生长源的配方为每1000mg高纯(99.9999％)Ga中加入63mg的高纯GaAs多晶和14mg的高纯Ge多晶。Ge的加入有促进金字塔状微探尖形成作用。
附图1和附图2给出的微探尖制作方式除采用GaAs衬底模拟VCSEL晶片表面外，其他制作步骤与上述各步骤相同。
权利要求
1.一种用于超高密度光存储的集成式微探尖的选择生长方法，是在已经外延生长了pin探测器和垂直腔表面发射激光器结构的晶片表面上选择生长集成式微探尖，其特征在于首先在晶片表面上沉积一层氧化物薄膜；然后采用常规光刻和腐蚀手段在氧化物薄膜上刻蚀成尺寸与垂直腔表面发射激光器的出光窗口匹配的方形窗口阵列；最后利用液相外延生长过程中氧化膜对材料生长的阻断作用和晶体生长过程中的快生长面消失、慢生长面长大原理，在阵列窗口上形成与垂直腔表面发射激光器出光窗口对准的金字塔状微探尖。
专利摘要
本发明属于信息技术领域：
。本发明的目的是提供一种与VCSEL制作工艺相容的集成式微探尖的制作方法，以解决目前SNOM传感器微探尖制作中腐蚀过程难以精确控制、微探尖与VCSEL出光窗口难以对准和不能批量制作等问题。本发明的技术特征是在已外延生长了pin探测器和VCSEL结构的晶片表面上沉积一层氧化物薄膜并通过常规光刻和腐蚀手段在氧化膜上刻蚀成尺寸与VCSEL的出光窗口匹配的方形窗口阵列，然后利用液相外延生长过程中氧化膜对材料生长的阻断作用和晶体生长过程中的快生长面消失、慢生长面长大原理，在窗口阵列上形成与VCSEL出光窗口对准的金字塔状微探尖。本发明的效果和益处是降低了微型集成式SNOM传感器的制作难度，提高了制作效率和成品率。
文档编号G01Q60/22GKCN1461012SQ03133404
公开日2003年12月10日 申请日期2003年6月4日
发明者胡礼中, 张红治, 王志俊, 梁秀萍, 赵宇, 王美田 申请人:大连理工大学导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan