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[發明專利]硅基氮化物材料的氧化鉿懸空諧振光子器件及其制備方法有效

專利信息
申請號: 201310672969.9 申請日: 2013-12-12
公開(公告)號: CN103811598A 公開(公告)日: 2014-05-21
發明(設計)人: 王永進;高緒敏;施政;李欣;陳佳佳;白丹 申請(專利權)人: 南京郵電大學
主分類號: H01L33/00 分類號: H01L33/00;H01L33/02;G02B6/122;G02B6/124;B82Y20/00
代理公司: 江蘇愛信律師事務所 32241 代理人: 劉琦
地址: 210023 江蘇省*** 國省代碼: 江蘇;32
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摘要:
搜索關鍵詞: 氮化物 材料 氧化 懸空 諧振 光子 器件 及其 制備 方法
【權利要求書】:

1.一種硅基氮化物材料的氧化鉿懸空諧振光子器件,其特征在于,該光子器件以硅基氮化物晶片為載體,包括硅襯底層(1)、設置在所述硅襯底層(1)上的氮化物層(2)、外延生長在所述氮化物層(2)上側的氧化鉿薄膜層(3),所述氮化物層(2)包括由下至上依次連接的緩沖層(21)、n型氮化鎵層(22)、量子阱層(23)和p型氮化鎵層(24),所述硅襯底層(1)中設置有一個貫穿至氮化物層(2)下表面的長方體空腔,所述氮化物層(2)和氧化鉿薄膜層(3)中均設置有位于所述長方體空腔上方的超薄懸空諧振納米光子器件結構,兩處的納米光子器件結構相同。

2.根據權利要求1所述的硅基氮化物材料的氧化鉿懸空諧振光子器件,其特征在于,所述納米光子器件結構為圓形光柵結構、二維光子晶體結構或線形光柵結構。

3.一種制備權利要求1、2或3所述硅基氮化物材料的氧化鉿懸空諧振光子器件的方法,其特征在于,該方法以上側外延生長有氧化鉿薄膜層的硅基氮化物晶片為載體,包括如下步驟:

(1)在硅基氮化物晶片上側外延生長的氧化鉿薄膜層(3)上表面旋涂一層電子束膠層,采用電子束曝光技術在所述電子束膠層定義納米光子器件結構;

(2)采用離子束轟擊刻蝕技術將所述步驟(1)中定義的納米光子器件結構從電子束膠層轉移到氧化鉿薄膜層(3)上,形成氧化鉿器件層,然后利用氧氣等離子灰化方法去除殘余的電子束膠層,所述的轉移過程中,將氧化鉿薄膜層(3)刻蝕穿透;

(3)在所述氧化鉿器件層上旋涂一層光刻膠層,采用光刻對準技術,在所述光刻膠層上定義隔離槽,采用離子束轟擊刻蝕技術將定義的隔離槽轉移至氧化鉿器件層,然后利用氧氣等離子灰化方法去除殘余光刻膠,所述的轉移過程中,將氧化鉿器件層刻蝕穿透;

(4)在所述氧化鉿器件層的上表面再次旋涂一層光刻膠層,用以保護步驟(2)中轉移到氧化鉿薄膜層(3)上的納米光子器件結構和步驟(3)中轉移到氧化鉿薄膜層(3)上的隔離槽;

(5)在硅基氮化物晶片的硅襯底層(1)下表面旋涂一層光刻膠層,利用背后對準技術,在硅襯底層(1)下表面的光刻膠層上打開一個刻蝕窗口;然后將氮化物層(2)作為刻蝕阻擋層,利用深硅刻蝕技術,通過刻蝕窗口將所述硅襯底層(1)貫穿刻蝕至氮化物層(2)的下表面,在硅襯底層(1)中形成一個位于氮化物層(2)下方的長方體空腔;

(6)通過Ⅲ-Ⅴ族材料感應耦合等離子體刻蝕技術,將氮化物層(2)位于所述長方體空腔上部的懸空部分,從下表面向上進行減薄處理,實現基于硅襯底氮化物材料的超薄懸空諧振光子器件結構,然后采用氧氣等離子體灰化方法去除殘余的光刻膠;

(7)通過Ⅲ-Ⅴ族材料感應耦合等離子體刻蝕技術,利用氧化鉿薄膜層(3)作為掩膜,從氮化物層(2)上表面向下刻蝕,直至刻穿,實現硅基氮化物材料的完全懸空的諧振光子器件。

4.根據權利要求3所述的硅基氮化物材料的氧化鉿懸空諧振光子器件的制備方法,其特征在于,所述步驟(1)中定義的納米光子器件結構為圓形光柵結構、二維光子晶體結構或線形光柵結構。

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