专利名称：太赫兹量子级联激光器脊形结构湿法腐蚀的方法
技术领域：
本发明涉及一种太赫兹量子级联激光器脊形结构湿法腐蚀的方法。
背景技术：
太赫兹(THz)量子级联激光器(QCL)是一种单极器件，电子通过在子带间跃迁来辐射 THz光子。THz QCL的有源区为多周期级联结构， 一个周期是一个多量子阱结构，有源区的周 期数目少则几十，多则上百， 一般采用分子束外延技术生长THz QCL级联结构，由于周期数 目多， 一般生长过程耗时长。
在THz QCL的工艺过程之中，很重要的一步就是制作脊形结构， 一般通过湿法腐蚀或者 干法刻蚀来完成，而湿法腐蚀优于干法刻蚀的地方在于1、可重复性好；2、对器件材料表 面几乎无损伤、无污染。但是湿法腐蚀出来的侧壁是斜面，不像干法刻蚀出来的侧壁是垂直 面，这将会导致器件在各个周期的电流密度均匀性不好。对于单面金属波导THzQCL，由于使 用侧面接触，脊形结构的刻蚀一般要从上接触层一直刻蚀到下接触层，即要跨越整个有源区。 这个刻蚀深度大概是10微米左右。刻蚀的精确度一定要把握的非常好才行，因为如果刻蚀不 到位，将会导致寄生电阻的产生；假如刻蚀过度，即刻蚀到下接触层以下，将会导致器件完 全开路。这两种情况都会直接影响到最终的器件成功与否。
因此，如何有效完成对THz QCL的湿法腐蚀实己成为本领域技术人员亟待解决的技术课题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种太赫兹量子级联激光器脊形结构湿法腐蚀的方法。 本发明的另一目的在于提供一种在太赫兹量子级联激光器脊形结构湿法腐蚀的方法，通 过相应夹具以便于操作，提高腐蚀的均匀性。
为了达到上述目的，本发明提供的太赫兹量子级联激光器脊形结构湿法腐蚀的方法包括 步骤1)腐蚀前的准备采用光刻显影制作腐蚀掩膜、坚膜；2)腐蚀之前，先用稀盐酸去 除器件材料表面的氧化膜；3)湿法腐蚀将太赫兹量子级联激光器件材料用夹具固定，放入 盛有硫酸腐蚀液中的烧杯中，采用磁力搅拌器，进行湿法腐蚀；4)腐蚀结束后，迅速将器件 材料从腐蚀液中取出，用过量的去离子水冲洗，然后用高纯氮气吹干；5)去掩膜将器件材
料放入丙酮溶液中浸泡3-5分钟去除表面的光刻胶掩膜；6)将去除掩膜后的器件材料进行台 阶仪测试，确定腐蚀深度。
其中，在腐蚀过程中，所述器件材料正面朝下放入腐蚀液以避免因光刻胶脱落到器件材 料表面而导致腐蚀质量受影响，所述磁力搅拌器的搅拌子采用低于100转每分钟的低速旋转 搅拌以保证腐蚀速率的一致性，所述腐蚀液采用体积比为1: 8: 160的硫酸、双氧水及水的
组合，在腐蚀过程中，腐蚀速率控制在约210纳米/分钟。
用于所述的太赫兹量子级联激光器脊形结构湿法腐蚀的方法中的所述夹具包括支撑件、 一端固定在所述支撑件上，另一端呈开口状的夹持件、及穿置所述夹持件以限制所述夹持件 开口的尺寸的调节件。
所述夹具采用耐酸耐碱的聚四氟乙烯材料，所述支撑件可为支撑杆或支撑柱，所述夹持 件可为分离的两片状物或镊子状物，所述调节件可为螺合件。
综上所述，本发明的太赫兹量子级联激光器脊形结构湿法腐蚀的方法由于釆用了便捷的 夹具，可使腐蚀的均匀性上比现有其他方法将要提高很多，同时由于采用更加稀释的硫酸腐 蚀液，使得腐蚀深度的控制更加精确。
图1为采用本发明的太赫兹量子级联激光器脊形结构湿法腐蚀的方法进行腐蚀得到的脊 形结构的截面形貌图。
图2为本发明的太赫兹量子级联激光器脊形结构湿法腐蚀的方法采用的夹具示意图。 图3为本发明的太赫兹量子级联激光器脊形结构湿法腐蚀的方法腐蚀同一结构的THz QCL 器件材料在不同腐蚀时间得出的腐蚀速率的波动示意图。
具体实施例方式
请参阅图1，本发明的太赫兹量子级联激光器脊形结构湿法腐蚀的方法主要包括以下步
骤
第一步腐蚀前的准备，即采用光刻显影制作腐蚀掩膜、坚膜，例如，先采用S6809光刻胶 作为腐蚀掩膜，使掩膜版的条形边平行于太赫兹量子级联激光器件材料
晶向，其中，衬 底晶向定标可采用欧洲-日本标准(EJ option),接着将太赫兹量子级联激光器件材料在120 。C烘箱中烘烤20-30分钟以完成坚膜。
第二步腐蚀之前，先用稀盐酸去除所述器件材料表面的氧化膜。
第三步湿法腐蚀，即将所述器件材料用夹具固定，放入盛有硫酸腐蚀液中的烧杯中，采用 磁力搅拌器，进行湿法腐蚀，请参见图2，所述夹具采用耐酸耐碱的聚四氟乙烯材料制成，其 包括支撑件4、夹持件2和调节件3，其中，所述支撑件4可为支撑杆或支撑柱，所述夹持件 2—端固定在所述支撑件4上，另一端呈开口状，其可为分离的两片状物或镊子状物，在本实 施方式中，其为两片状物，所述调节件3穿置所述夹持件2以限制所述夹持件2开口的尺寸， 其可为螺合件。当需要对所述器件材料1进行腐蚀时，先用所述夹持件2将所述器件材料1 夹住，然后调节螺合件使所述夹持件2将所述器件材料1夹紧，其中，所述夹持件2夹住器 件材料1的外延边进行固定以保证不会对器件结构有损伤，然后将器件材料1放入盛有硫酸 腐蚀液中的烧杯5中，采用磁力搅拌器进行湿法腐蚀，腐蚀过程中，将器件材料l正面朝下 放入腐蚀液，这样就可以避免部分光刻胶掩膜脱落到器件材料表面而影响腐蚀质量，磁力搅 拌器的搅拌子采用低于100转每分钟的低速进行旋转搅拌，以保证腐蚀速率的一致性，同时 腐蚀液采用体积比为l: 8: 160的硫酸+双氧水+水的组合，并将腐蚀速率控制在210纳米/分 钟左右。
第四步腐蚀结束后，迅速将器件材料1从腐蚀液中取出，用过量的去离子水冲洗，然后用
高纯氮气吹干，如图2所示，图中6为光刻胶掩膜，观察面沿着(01-1)截面，该晶面垂直于 衬底的定位边，从图2可以看出，经由本发明的湿法腐蚀的形貌很理想，没有出现下凹内陷 的侧壁形貌。
第五步去掩膜，即将器件材料1放入丙酮溶液中浸泡3-5分钟去除表面的光刻胶掩膜。 第六步将去除掩膜后的器件材料进行台阶仪测试，确定腐蚀深度，从而确定腐蚀速率。请 参见图3，其为采用本发明腐蚀同一结构的THzQCL器件材料在不同腐蚀时间得出的腐蚀速率 的波动，如图3所示，平均腐蚀速率为3.532纳米/秒，上下波动的范围在±1.5%以内。由 此可见，采用本发明的腐蚀方法可以很精确的控制腐蚀速率，这在深度腐蚀的情况下是特别 重要的。
综上所述，本发明的太赫兹量子级联激光器脊形结构湿法腐蚀的方法主要是利用湿法腐 蚀的方法来制作THz QCL的脊形结构，由于腐蚀装置简单，无需手动搅拌溶液，且采用了自 行设计的特殊夹具，腐蚀的均匀性上比以往其他方法将要提高很多，操作较为方便快捷，同 时采用更加稀释的硫酸腐蚀液，使得腐蚀深度的控制更加精确，特别是在腐蚀深度深，腐蚀 时间长的情况下，其优势显得尤为突出。
权利要求
1.一种太赫兹量子级联激光器脊形结构湿法腐蚀的方法，其特征在于包括步骤1)腐蚀前的准备采用光刻显影制作腐蚀掩膜、坚膜；2)腐蚀之前，先用稀盐酸去除器件材料表面的氧化膜；3)湿法腐蚀将太赫兹量子级联激光器件材料用夹具固定，放入盛有腐蚀液的烧杯中，采用磁力搅拌器，进行湿法腐蚀；4)腐蚀结束后，迅速将器件材料从腐蚀液中取出，用过量的去离子水冲洗，然后用高纯氮气吹干；5)去掩膜将器件材料放入丙酮溶液中浸泡3-5分钟去除表面的光刻胶掩膜；6)将去除掩膜后的器件材料进行台阶仪测试，确定腐蚀深度。
2. 根据权利要求1所述的太赫兹量子级联激光器脊形结构湿法腐蚀的方法，其特征在于在腐蚀过程中，所述器件材料正面朝下放入腐蚀液以避免因光刻胶脱落到器件材 料表面而导致腐蚀质量受影响。
3. 根据权利要求1所述的太赫兹量子级联激光器脊形结构湿法腐蚀的方法，其特征在 于所述磁力搅拌器的搅拌子采用低于100转每分钟的低速旋转搅拌以保证腐蚀速率 的一致性。
4. 根据权利要求1所述的太赫兹量子级联激光器脊形结构湿法腐蚀的方法，其特征在 于所述腐蚀液釆用体积比为1: 8: 160的硫酸、双氧水及水的组合。
5. 根据权利要求1所述的太赫兹量子级联激光器脊形结构湿法腐蚀的方法，其特征在 于在腐蚀过程中，腐蚀速率控制在约210纳米/分钟。
6. 根据权利要求1所述的太赫兹量子级联激光器脊形结构湿法腐蚀的方法，其特征在于 所述夹具包括支撑件、 一端固定在所述支撑件上，另一端呈开口状的夹持件、及穿 置所述夹持件以限制所述夹持件开口的尺寸的调节件。
7. 根据权利要求1或6所述的太赫兹量子级联激光器脊形结构湿法腐蚀的方法，其特征在于所述夹具采用耐酸耐碱的聚四氟乙烯材料。
8. 根据权利要求6所述的太赫兹量子级联激光器脊形结构湿法腐蚀的方法，其特征在于所述支撑件为支撑杆或支撑柱。
9. 根据权利要求6所述的太赫兹量子级联激光器脊形结构湿法腐蚀的方法，其特征在于所述夹持件为分离的两片状物或镊子状物。
10. 根据权利要求6所述的太赫兹量子级联激光器脊形结构湿法腐蚀的方法，其特征在于所述调节件为螺合件。
全文摘要
一种太赫兹量子级联激光器脊形结构湿法腐蚀的方法，首先采用光刻显影制作腐蚀掩膜、坚膜，然后用稀盐酸去除器件材料表面的氧化膜，再将器件材料用相应的夹具固定放入盛有稀释的硫酸腐蚀液的器皿中，并采用磁力搅拌器进行湿法腐蚀，当腐蚀结束后，迅速将器件材料从腐蚀液中取出，用过量的去离子水冲洗，然后用高纯氮气吹干，再将器件材料放入丙酮溶液中去除表面的光刻胶掩膜后，进行台阶仪测试以确定腐蚀深度，如此可使腐蚀方便快捷，且由于腐蚀速率低，可更容易控制腐蚀深度，特别是在腐蚀深度深，腐蚀时间长的情况下，其优势显得格外突出。
文档编号H01S5/00GK101345395SQ20071004382
公开日2009年1月14日 申请日期2007年7月13日 优先权日2007年7月13日
发明者曹俊诚, 韩英军, 华 黎 申请人:中国科学院上海微系统与信息技术研究所