悬空p‑n结量子阱器件和光波导单片集成系统及其制备方法与流程

技术特征：
1.一种制备悬空p-n结量子阱器件和光波导单片集成系统的方法，其特征在于，该系统以硅基氮化物晶片为载体，包括硅衬底层(1)、设置在所述硅衬底层(1)上的外延缓冲层(2)、设置在所述外延缓冲层(2)上的多个p-n结量子阱器件，所述多个p-n结量子阱器件之间设置有隔离槽(15)，两相邻p-n结量子阱器件通过光波导(8)相连；所述p-n结量子阱器件由n-GaN层(3)、n-电极(6)、InGaN/GaN量子阱层(4)、p-GaN层(5)和p-电极(7)构成，在所述n-GaN层(3)上表面有刻蚀出的阶梯状台面，所述阶梯状台面包括下台面和位于下台面上的上台面，所述InGaN/GaN量子阱层(4)、p-GaN层(5)和p-电极(7)从下至上依次连接设置在上台面的上方，所述n-电极(6)设置在下台面上；在所述n-GaN层(3)下方设置有贯穿硅衬底层(1)、外延缓冲层(2)至n-GaN层(3)底面的空腔(14)，p-电极(7)、n-电极(6)和光波导(8)位于所述空腔上方，使得p-n结量子阱器件和光波导(8)悬空，该方法包括以下步骤：步骤(1)在硅基氮化物晶片背后对硅衬底层(1)进行减薄抛光；步骤(2)在硅基氮化物晶片上表面均匀涂上一层光刻胶，采用光刻对准技术在光刻胶层上定义出n-GaN台阶区域、光波导区域、波导隔离槽区域，所述n-GaN台阶区域包括下台面和上台面；步骤(3)采用反应离子束刻蚀n-GaN台阶区域、光波导区域、波导隔离槽区域，去除残余光刻胶，得到阶梯状台面、位于上台面的p-n结量子阱器件的InGaN/GaN量子阱层和p-GaN层、光波导区域的InGaN/GaN量子阱层和p-GaN层、波导隔离槽(16)，从而得到光波导(8)；步骤(4)在硅基氮化物晶片上表面均匀涂上一层光刻胶，采用光刻对准技术定义出位于p-GaN层(5)上的p-电极窗口区域、位于n-GaN层(3)下台面的n-电极窗口区域；步骤(5)在所述p-电极窗口区域与n-电极窗口区域分别蒸镀Ni/Au，形成欧姆接触，实现p-电极(7)与n-电极(6)，去除残余光刻胶后，即得到p-n结量子阱器件；步骤(6)在硅基氮化物晶片上表面均匀涂上一层光刻胶，采用光刻对准技术定义器件隔离槽区域；步骤(7)采用反应离子束从上向下刻蚀氮化物层，刻蚀深度2.5-3微米，形成位于p-n结量子阱器件之间的器件隔离槽(15)；步骤(8)在硅基氮化物晶片顶层涂胶保护，防止刻蚀过程中损伤表面器件，在硅基氮化物晶片的硅衬底层(1)下表面旋涂一层光刻胶层，利用背后对准技术，定义出一个对准并覆盖p-电极区(9)、p-电极导电区(10)、n-电极导电区(12)和光波导(8)的背后刻蚀窗口；步骤(9)将外延缓冲层(2)作为刻蚀阻挡层，利用背后深硅刻蚀技术，通过背后刻蚀窗口将所述硅衬底层(1)贯穿刻蚀至外延缓冲层(2)的下表面；步骤(10)采用氮化物背后减薄刻蚀技术，从下往上对外延缓冲层(2)和n-GaN层(3)进行氮化物减薄处理，形成一个使光波导(8)完全悬空的空腔(14)；步骤(11)去除残余光刻胶，即获得悬空p-n结量子阱器件和光波导单片集成系统。2.根据权利要求1所述的制备悬空p-n结量子阱器件和光波导单片集成系统的方法，其特征在于，所述步骤(5)中的蒸镀Ni/Au，采用剥离工艺和温度控制在500±5℃的氮气退火技术实现。3.根据权利要求1所述的制备悬空p-n结量子阱器件和光波导单片集成系统的方法，其特征在于，所述步骤(10)中，所述氮化物背后减薄刻蚀技术为离子束轰击或反应离子束刻蚀技术。4.根据权利要求1、2或3所述的制备悬空p-n结量子阱器件和光波导单片集成系统的方法，其特征在于，所述步骤(5)中定义的p-电极窗口区域包括依次连接的悬空p-电极区窗口、p-电极导电区窗口和p-电极引线区窗口，所述n-电极窗口区域包括相互连接的n-电极导电区窗口和n-电极引线区窗口。5.根据权利要求1、2或3所述的制备悬空p-n结量子阱器件和光波导单片集成系统的方法，其特征在于，所述p-电极(7)由依次连接的p-电极区(9)、p-电极导电区(10)和p-电极引线区(11)组成，所述p-电极区(9)和p-电极导电区(10)悬空在空腔上方；所述n-电极(6)由相互连接的n-电极导电区(12)和n-电极引线区(13)组成。6.根据权利要求1、2或3所述的制备悬空p-n结量子阱器件和光波导单片集成系统的方法，其特征在于，所述光波导(8)为完全悬空的矩形光波导结构。7.根据权利要求1、2或3所述的制备悬空p-n结量子阱器件和光波导单片集成系统的方法，其特征在于，所述光波导(8)上设置有将其分割为两部分的波导隔离槽(16)，所述波导隔离槽(16)从p-GaN层(5)从上往下刻蚀深度至n-GaN层(3)下台面。8.根据权利要求1、2或3所述的制备悬空p-n结量子阱器件和光波导单片集成系统的方法，其特征在于，所述p-电极(7)和n-电极(6)均为Ni/Au电极，即沉积的金属材料为Ni/Au。