专利名称：一种集成解复用光接收器件及制备方法
技术领域：
本发明涉及一种光电子器件，特别涉及一种具有非平行腔结构的集成半导体光波与光电子器件形成的集成解复用光接收器件及制备方法。
背景技术：
目前的各种半导体光电子器件如光电探测器及半导体激光器等，其结构上的一大特点就是在垂直于其衬底的方向上属于分层结构，并且各层结构之间通常是彼此平行的(且平行于衬底表面)，这是由其生长工艺条件所决定的。多年来半导体器件的发展均承袭了这一结构。近年来，由于新的应用的需要，在半导体波导结构光电子器件(其中的光波行进方向平行于衬底平面)中对这一结构作出了一些改进，如DFB激光器就是在器件分层结构的某一特定层中腐蚀出光栅结构，但是在垂直腔结构的半导体光电子器件(其中光波行进方向垂直于衬底平面)中，这一结构特点却始终没有改变，近年来光波分复用通信技术(此种技术是将光通信的可用光谱划分为一个一个独立的互不重叠的波长信道，例如将1550nm附近的30nm宽度的光谱划分为1534.25nm，1535.04nm，……，1560.61nm等32个波长信道)的迅速发展对半导体光电子器件的性能提出了新的要求，例如对于半导体光探测器，它不仅要求此类器件具有高的响应度，高的响应速度，而且要求此类器件具有细锐的波长选择功能，以从波分复用的多个波长信道中选择出所需的波长信道进行接收。例如从前面提到的32个波长信道中选择出位于1560.61nm的波长信道，并且滤除其它波长信道的信号以防止各信道信号之间的干扰，这就要求光探测器的响应光谱的中心波长位于1 560.61nm处，且其半峰值光谱宽度小于1nm。目前的半导体光电子器件结构尚无法同时满足上述多方面的要求。
发明内容
有鉴于此，如何改进半导体光电子器件的结构，使其具有前所未有的良好性能，同时具有低廉的成本，以满足日益发展的光波分复用通信及其他各种光电子技术应用领域发展的要求，这是本发明研创的动机所在。
本发明设计人凭借多年从事各类电子学和半导体技术研究生产加工等领域的实际经验，在反复研究论证的基础上做全新设计构成，终得本发明的产生。
本发明的目的是提供一类具有非平行腔结构的半导体光波与光电子器件形成的集成解复用光接收器件，其内部分层结构中特定的相邻界面之间可以人为控制形成一个特定的夹角的楔形结构，使得器件在某些重要性能上得以突破，以满足上述日益增加的应用需要。
本发明的另一个目的在于提供一种在半导体外延层上制备楔形结构的方法，此楔形结构可以处于外延层上任意区域，制备出楔形结构具有特定倾角、表面平坦，是实现具有非平行腔结构的集成半导体光波与光电子器件的关键。
本发明的目的可按下述方式实现，一种集成解复用光接收器件制备方法，其特征在于在外延层表面形成引导层以及掩膜层，在需要形成的楔形结构顶端的位置除去掩膜层，然后置于腐蚀液中，引导层的腐蚀速率较快，引导层在侧向腐蚀的同时，逐渐露出相邻的腐蚀速率较慢的外延层，这样在相邻的外延层上就腐蚀出楔形结构。引导层厚度较薄时，腐蚀出的楔形结构的倾角θ由引导层和外延层的腐蚀速率比决定。
本发明的腐蚀液选用柠檬酸/H2O2，NH4OH/H2O2，NH4F/HF或HF/CrO3腐蚀液；本发明优选HF/CrO3腐蚀液，引导层可以外延生长形成也可以通过蒸发、溅射和涂敷等方式形成。在制备了楔形结构的外延层上可以通过蒸发、外延等方法继续生长其他结构。
本发明有关器件结构的目的可按下述方式实现，一种集成解复用光接收器件，其特征在于半导体光波与光电子器件中具有楔形结构，楔形结构可以具有多个，楔形结构形成腔的夹角θ角具有0°＜θ＜90°，楔形结构的外延层的材料是与衬底的材料晶格匹配或不匹配的半导体材料，楔形结构的外延层的材料可以是非单晶材料。
本发明是利用利用腐蚀液对不同材料的腐蚀速率差异即选择性腐蚀来实现楔形结构的，具有工艺简单、易于实现等优点，同时可以通过调节腐蚀液对引导层和外延层的腐蚀速率比来获得各种不同倾角的楔形结构，并且楔形结构可以在外延层上的任意位置实现。
下面结合附图进一步阐明本发明实施例。
图1为本发明在半导体器件外延层上制备楔形结构前的结构示意图。
图2为本发明在半导体器件外延层上制备楔形结构后的结构示意图。
图3为本发明的结构图。
1...掩膜层 2......引导层3......外延层 4......楔形腔5......顶镜6......上电极7......吸收层 8......下电极9......中镜10......底镜 11......平行腔12......衬底具体实现方式半导体光电子器件具有多层结构叠设，参见图1和2，在需要形成的楔形结构顶端的位置除去一块掩膜层1，然后置于腐蚀液中，引导层2的腐蚀速率较快，引导层从除去表面掩膜层的部分处向两侧向腐蚀，逐渐露出相邻的腐蚀速率较慢的外延层3，这样在相邻的外延层3上随着逐渐外露而由表及里就腐蚀出楔形结构的形状。腐蚀出的斜面倾角θ由引导层2和外延层3的腐蚀速率比决定，控制二者的腐蚀速率比就能控制斜面倾角。在本实施例中引导层2和外延层3是在GaAs衬底12上外延生长而成，都为AlGaAs材料，但是引导层2和外延层3中的A1组分不同，因此引导层的腐蚀速率高于外延层的腐蚀速率。本实施例选用的腐蚀液为柠檬酸/H2O2，NH4OH/H2O2，NH4F/HF或HF/CrO3腐蚀液；本发明优选HF/CrO3腐蚀液。
参见图3本发明实施例器件具有三个高反射镜，顶镜5、中镜9和底镜10。顶镜5与中镜9之间有一角度θ的夹角，它们构成了一个楔形腔4，在楔形腔4中有一较薄的吸收层7。中镜9与底镜10互相平行，它们构成了一个平行的法布里一帕罗(F—P)光滤波腔11。
平行的多层结构可以通过外延生长、蒸发、溅射或涂敷等技术形成，楔形结构以上的分层结构仍可以通过外延生长、蒸发、溅射或涂敷等技术形成，以实现各种光电性能。
经过衬底12的光波垂直于入射平行腔11滤波后，形成具有特定中心波长的窄谱光波。这一窄谱光波经吸收层一次吸收后到达顶镜5，并被其反射；此反射光波再经吸收层二次吸收后，又回到第器件结构中的F—P光滤波腔的上表面，由于此时入射光与F—P光滤波腔的法线不平行且具有夹角θ，只要适当的选择θ，对于入射光此时F—P光滤波腔将等同于一高反镜，因而此时这一窄谱光波将在F—P腔光滤波器的上表面和顶镜构成的非平行腔中多次来回反射，并多次被吸收层吸收，只要反射的次数足够多，器件就可以获得高的响应度。同时由于器件的吸收层较薄，产生的电子可以很快的逸出，转化成光电流。从而使器件的响应时间减少，也就是说器件可以获得高的响应速度。此外，适当选择的夹角θ，保证了F—P腔光滤波器的参数设计可以独立于吸收层所处的吸收腔的设计而进行，因而该滤波器的精细度可以做得很高，从而使得器件只对某一特定的极窄光谱范围内的光波进行响应，因而也就使得器件具有了细锐的波长选择能力。这一新型器件满足了当前光波分复用通信技术对半导体光探测器件的要求。
科学技术的发展历史告诉我们，一个基本的新结构的引入往往可以带来器件与系统性能上质的变化与飞跃。本发明所提出的集成非平行腔半导体光波与光电子器件结构将成为半导体器件的一种新的基本结构，其作用就如同光元件中的光栅与棱镜结构或电路系统中的电容与电感一样。上面所述的新型半导体光探测器即为其实际应用之一。因此，本发明势将对今后光波与光电子器件的发展产生重要而久远的影响。
综上所述，本发明通过简单的结构设计，使得本发明能解决许多现存光电子器件不能解决的问题，并为今后的光电子器件及其在光波分复用通信等领域中的应用提供了一类新型器件。以上所述乃本发明的具体实例及所运用的技术原理，依本发明的构想所做的等效变换，其所产生的功能作用仍未超出说明书及附图所涵盖的精神时，均应在本发明的范围内，特此说明。
权利要求
1.一种集成解复用光接收器件制备方法，其特征在于在外延层表面形成引导层以及掩膜层，在需要形成的楔形结构的引导层顶端位置除去掩膜层，然后置于腐蚀液中，引导层的腐蚀速率较快，引导层在侧向腐蚀的同时，逐渐露出相邻的腐蚀速率较慢的外延层，在相邻的外延层上就腐蚀出楔形结构。
2.一种集成解复用光接收器件，其特征在于半导体光波与光电子器件中具有楔形结构。
3.根据权利要求1所述的集成解复用光接收器件制备方法，其特征在于腐蚀液选用柠檬酸/H2O2，NH4OH/H2O2，NH4F/HF或HF/CrO3腐蚀液。
4.根据权利要求3所述的集成解复用光接收器件制备方法，其特征在于优选HF/CrO3腐蚀液。
5.根据权利要求2所述的集成解复用光接收器件，其特征在于半导体光波与光电子器件中具有楔形结构形成腔的夹角θ角具有0°＜θ＜90°。
6.根据权利要求2所述的集成解复用光接收器件，其特征在于楔形结构的外延层的材料是与衬底的材料晶格匹配或不匹配的半导体材料。
7.根据权利要求2所述的集成解复用光接收器件，其特征在于楔形结构的外延层的材料是非单晶材料。
8.根据权利要求1所述的集成解复用光接收器件制备方法，其特征在于引导层是通过外延生长形成或通过蒸发、溅射和涂敷方式形成。
全文摘要
本发明涉及一种光电子器件,特别涉及一种具有非平行腔结构的集成解复用光电子器件及制备方法。本发明其特征在于在需要形成楔形结构的外延层表面形成引导层以及掩膜层,在需要形成的楔形结构顶端的位置除去掩膜层,然后置于腐蚀液中,引导层的腐蚀速率较快,引导层在侧向腐蚀的同时,逐渐露出相邻的腐蚀速率较慢的外延层,在相邻的外延层上就腐蚀出楔形结构,使得腔之间形成一个θ角,其中0°<θ<90°。本发明所提出集成的解复用光接收器件,势将对今后光通信与光电子器件的发展产生重要而深远的影响。
文档编号H01L27/15GK1328390SQ0112007
公开日2001年12月26日 申请日期2001年7月11日 优先权日2001年7月11日
发明者任晓敏, 黄永清, 黄辉 申请人:北京邮电大学