[发明专利]长波长微机械可调谐滤波器的结构和制作方法

说明书

技术领域

本发明是一种GaAs基长波长微机械可调谐滤波器的结构。本发明还涉及制造这种结构的制作工艺和方法。

背景技术

随着人们对信息量需求的急剧增长，光网络逐渐成为未来信息技术竞争的制高点。目前光纤通信的单信道速率已经高达40Gb/s，再提高的余地已经不大，为了满足人们日益增长的信息需求，WDM(波分复用)技术应运而生。通过WDM技术，使单根光纤的传输容量迅速扩大几十甚至上百倍，是目前突破Tb/s的超大信息容量传输的唯一技术。可调谐滤波器由于其对一定范围内的特定波长有实时选择通过的作用，可以独立对信息流进行控制和处理，被广泛地运用于WDM系统。微机械可调谐滤波器因其突出的宽调谐、可集成、低成本等特点，已为国际上研究的热点。

微机械可调谐滤波器的基本原理是基于F-P腔干涉，它主要由上下两个DBR反射镜和腔构成。考虑到于与其它半导体光电子器件的集成，目前研究人员主要在InP和GaAs等光电子材料上研制微机械可调谐滤波器。对于微机械可调谐滤波器，DBR反射镜主要采用InP/Air、InGaAsP/InP、GaAs/AlGaAs、Al₂O₃/GaAs、Si/SiO₂、SiO₂/TiO₂等；腔一般是空气腔，由选择腐蚀工艺制出。一些微机械可调谐滤波器采用InP/Air作为上下DBR反射镜，只需2.5对InP/Air即可达到99.9％的反射率，但是这种结构需要腐蚀5层出空气层，对材料间的应力控制、选择腐蚀工艺提出了很高的要求，易出现粘连现象。也有一些微机械可调谐滤波器采用InGaAsP/InP作为下DBR，这种类型的DBR需要40对以上才能达到99.9％的反射率，这对外延生长是一个不小的难题。还有一些微机械可调谐滤波器采用GaAs/AlGaAs作上DBR，这种类型的DBR比较厚，导致调谐电压较高，调谐系数较小。总之，目前国际上设计的滤波器各有各的特色，但也各存在一些局限，比如材料生长困难、工艺难度大、调谐电压较高等。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种长波长微机械可调谐滤波器的结构和制作方法，具有材料生长容易、工艺简单、调谐电压较高的优点。

本发明一种长波长微机械可调谐滤波器的结构，其特征在于，该结构包括：

一衬底，该衬底为n型砷化镓衬底；

一缓冲层，该缓冲层制作在衬底上；

一下布拉格反射镜，该下布拉格反射镜制作在缓冲层上，是滤波器的下反射镜；

一n型欧姆接触层，该n型欧姆接触层制作在下布拉格反射镜上，用来制作下电极；

一空气腔，该空气腔制作在n型欧姆接触层上，用于调谐波长；

一四臂固支梁，该四臂固支梁制作在空气腔上；

一上布拉格反射镜，该上布拉格反射镜制作在四臂固支梁上，是滤波器的上反射镜；

一p电极，该p电极制作在四臂固支梁的上面；

一n电极，该n电极制作在n型欧姆接触层的上面。

其中所述的下布拉格反射镜由23对组合材料组成，每一对组合材料包括砷化镓和铝镓砷；铝镓砷与砷化镓之间的晶格失配小，在砷化镓衬底上生长砷化镓/铝镓砷布拉格反射镜应力小。

其中所述滤波器结构只需要一个空气腔。

其中所述四臂固支梁厚度小于1微米，这样使调谐系数高，调谐电压低。

其中所述上布拉格反射镜由3对组合材料组成，每一对组合材料包括二氧化硅和硅；二氧化硅和硅有高的反射带宽，可以覆盖整个上布拉格反射镜的带宽，不会导致上下布拉格反射镜对不准。

其中所述n型欧姆接触层是n型，四臂固支梁掺硅成为p型，这样两者之间就构成了一个PN结；如果给器件加反偏电压，那么由于静电吸引，四臂固支梁的中心就会向下弯曲，缩短空气腔，从而可以调谐透射波长。

本发明波长微机械可调谐滤波器结构的制造方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

(1)在砷化镓衬底上依次生长缓冲层、下布拉格反射镜、n型欧姆接触层、制作空气层所需的铝镓砷腐蚀牺牲层和四臂固支梁；

(2)通过光刻工艺形成四臂固支梁的初始图形，用腐蚀液腐蚀出一定深度的台面；

(3)采用选择腐蚀液，选择腐蚀腐蚀牺牲层的铝镓砷而不腐蚀砷化镓，露出底下的n型欧姆接触层；

(4)在片子表面涂光刻胶，然后利用光刻版在四个支柱上和台面下的砷化镓光刻出p电极和n电极所需的窗口；在片子表面蒸铬金，然后带胶剥离，形成p电极和n电极；