一種硅基微環(huán)濾波器與磷化銦基光探測器異質(zhì)集成單片制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于集成微波光子器件領(lǐng)域，尤其是一種硅基光子器件與磷化銦基光子器件異質(zhì)集成單片制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]作為光子技術(shù)與射頻微波技術(shù)的交叉技術(shù)領(lǐng)域，微波光子技術(shù)以其獨(dú)有的低損耗、大帶寬、抗干擾能力強(qiáng)等特征，在近年得到快速發(fā)展。通過將射頻微波信號(hào)調(diào)制在激光上，便可在光頻上實(shí)現(xiàn)信號(hào)信號(hào)產(chǎn)生、調(diào)制、濾波、長距離低損耗傳輸?shù)裙δ?，是引領(lǐng)未來通信行業(yè)及雷達(dá)、電子戰(zhàn)等軍用領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)。作為微波光子通信鏈路的接收端，一般需要實(shí)現(xiàn)微波濾波、光電轉(zhuǎn)換功能。微環(huán)濾波器是一種利用微環(huán)諧振腔對(duì)光頻進(jìn)行精確選模從而實(shí)現(xiàn)光載微波信號(hào)濾波的新型波導(dǎo)型器件，采用絕緣體上硅制作微環(huán)濾波器可利用硅基材料低損耗，便于與CMOS工藝集成的優(yōu)勢，已成為業(yè)界趨勢。而磷化銦材料體系屬于直接帶隙半導(dǎo)體，并具有較高的電子迀移率，因此采用磷化銦襯底外延材料制作光探測器，可實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換功能，將光載微波信號(hào)解調(diào)回射頻微波信號(hào)，并具有高響應(yīng)、大帶寬的優(yōu)勢。
[0003]目前的微波光子通信鏈路中，微環(huán)濾波器與光探測器通常采用獨(dú)立封裝，并用光纖鏈路連接，導(dǎo)致封裝成本上升、端口耦合損耗增加、微波光子系統(tǒng)體積龐大等問題，限制了微波光子技術(shù)向集成化發(fā)展。因此，傳統(tǒng)的制作分立式微環(huán)濾波器與光探測器的方法存在一定的缺點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提出的是一種硅基微環(huán)濾波器與磷化銦基光探測器異質(zhì)集成單片制作方法，其目的旨在克服傳統(tǒng)分立式微環(huán)濾波器與光探測器在封裝成本、耦合損耗、系統(tǒng)體積等方面的缺陷，將硅基微環(huán)濾波器與磷化銦基光探測器單片異質(zhì)集成，在異質(zhì)集成單片上同時(shí)實(shí)現(xiàn)光載微波信號(hào)濾波與光電轉(zhuǎn)換功能，為集成化微波光子系統(tǒng)提供器件基礎(chǔ)。
[0005]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明可采用如下技術(shù)方案:
[0006]—種硅基微環(huán)濾波器與磷化銦基光探測器異質(zhì)集成單片制作方法，包括以下步驟:
[0007]I)使用絕緣體上硅材料制作硅基微環(huán)濾波器；
[0008]2)在硅基微環(huán)濾波器上制作鍵合材料；
[0009]3)將用于制作光探測器的磷化銦襯底外延材料正面與硅基微環(huán)濾波器正面鍵合；
[0010]4)將磷化銦襯底減薄至只留下磷化銦基外延材料；
[0011]5)在磷化銦基外延材料上制作出光探測器波導(dǎo)、耦合波導(dǎo)、電極接觸結(jié)構(gòu)；
[0012]6)在集成單片正面制作電隔離結(jié)構(gòu)，并制作光探測器電極。
[0013]而為達(dá)到上述目的，本發(fā)明還可采用如下技術(shù)方案:
[0014]—種硅基微環(huán)濾波器與磷化銦基光探測器異質(zhì)集成單片制作方法，包括以下步驟:
[0015]I)使用絕緣體上娃材料制作娃基微環(huán)濾波器;并在磷化銦襯底外延材料上制作波導(dǎo)型光探測器；
[0016]2)在硅基微環(huán)濾波器上制作鍵合材料；
[0017]3)將磷化銦襯底外延材料正面與硅基微環(huán)濾波器正面鍵合，使將微環(huán)濾波器及波導(dǎo)型光探測器鍵合；
[0018]4)將磷化銦襯底減薄至只留下磷化銦基外延材料；
[0019]5)在磷化銦基外延材料上制作出光探測器波導(dǎo)、耦合波導(dǎo)、電極接觸結(jié)構(gòu)；
[0020]6)在集成單片正面制作電隔離結(jié)構(gòu)，并制作光探測器電極。
[0021 ]該技術(shù)方案與第一種技術(shù)方案相比，先分別在絕緣體上硅及磷化銦襯底外延材料制作微環(huán)濾波器及波導(dǎo)型光探測器，再采用苯并環(huán)丁烯材料作為鍵合層將兩個(gè)芯片鍵合。
[0022]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明能夠結(jié)合硅基光子器件低損耗、集成化優(yōu)勢與磷化銦基光子器件高響應(yīng)大帶寬優(yōu)勢，采用硅基微環(huán)濾波器與磷化銦基光探測器單片異質(zhì)集成的方法，在異質(zhì)集成單片上同時(shí)實(shí)現(xiàn)光載微波信號(hào)濾波與光電轉(zhuǎn)換功能，為集成化微波光子系統(tǒng)提供器件基礎(chǔ)。
【附圖說明】
[0023]圖1是在絕緣體上硅材料制作完硅基微環(huán)濾波器的正面俯視圖；
[0024]圖2是硅基微環(huán)濾波器的輸出端波導(dǎo)剖面圖；
[0025]圖3是在硅基微環(huán)濾波器正面制作完苯并環(huán)丁烯薄膜后輸出端波導(dǎo)剖面圖；
[0026]圖4是在磷化銦外延材料正面與硅基微環(huán)濾波器正面鍵合后硅基微環(huán)濾波器輸出端波導(dǎo)剖面圖；
[0027]圖5是對(duì)InP襯底減薄后硅基微環(huán)濾波器輸出端波導(dǎo)剖面圖；
[0028]圖6是制作出光探測器波導(dǎo)、耦合波導(dǎo)、電極接觸結(jié)構(gòu)后的異質(zhì)集成單片俯視圖；
[0029]圖7是制作出光探測器波導(dǎo)、耦合波導(dǎo)、電極接觸結(jié)構(gòu)后的異質(zhì)集成單片光探測器波導(dǎo)剖面圖；
[0030]圖8是完成硅基微環(huán)濾波器與磷化銦基光探測器異質(zhì)集成單片正面俯視圖；
[0031 ]圖9是完成硅基微環(huán)濾波器與磷化銦基光探測器異質(zhì)集成單片光探測器剖面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]下面結(jié)合附圖進(jìn)一步描述本發(fā)明的技術(shù)方案；
[0033]具體方法如下:
[0034]I)在絕緣體上硅材料上光刻定義出微環(huán)濾波器圖形，并采用干法刻蝕設(shè)備或濕法腐蝕手段將表層硅材料刻蝕，去除光刻膠后完成硅基微環(huán)濾波器制作。其中微環(huán)內(nèi)徑范圍為10微米到I毫米，微環(huán)波導(dǎo)寬度范圍為0.1微米到10微米，輸入端與輸出端波導(dǎo)寬度范圍為0.1微米到10微米，輸入端與輸出端波導(dǎo)與微環(huán)波導(dǎo)與微環(huán)間距范圍在0.05微米到I微米，表層硅材料厚度范圍在0.05微米到5微米，氧化硅材料厚度范圍在0.05微米到50微米。制作完硅基微環(huán)濾波器的正面俯視圖如圖1所示。其輸出波導(dǎo)剖面圖如圖2所示。
[0035]2)在硅基微環(huán)濾波器上旋涂膠厚的的苯并環(huán)丁烯薄膜，厚度范圍在0.5微米到5微米，并用刻蝕工藝將苯并環(huán)丁烯薄膜減薄到一定厚度，保證輸出端波導(dǎo)上方仍有厚度范圍從0.0l微米到I微米的苯并環(huán)丁烯薄膜。此時(shí)輸出波導(dǎo)剖面圖如圖3所示。在該步驟中，也可在其他實(shí)施方式中采用直接將硅基微環(huán)濾波器與磷化銦(InP)層進(jìn)行鍵合，或者采用金屬、ITO等材料替換苯并環(huán)丁烯薄膜作為鍵合層材料。然而針對(duì)本實(shí)施方式中，優(yōu)選采用苯并環(huán)丁烯薄膜作鍵合層可對(duì)下層硅波導(dǎo)起到平坦化的作用，不易形成間隙，更適合于圓片整體鍵合。
[0036]3)利用鍵合機(jī)將用于制作光探測器的磷化銦(InP)襯底外延材料正面與硅基微環(huán)濾波器正面鍵合，鍵合溫度范圍為100 °C到2500C，鍵合時(shí)間范圍為10分鐘到2小時(shí)。完成后微環(huán)濾波器輸出端波導(dǎo)剖面圖如圖4所示。
[0037]4)先通過減薄、拋光設(shè)備將磷化銦襯底減薄至5微米到100微米，再使用濕法腐蝕液將剩余磷化銦襯底腐蝕完，剩下磷化銦基外延材料留在苯并環(huán)丁烯薄膜上。此時(shí)微環(huán)濾波器輸出端波導(dǎo)剖面圖如圖5所示。磷化銦