中，所述ρ-電極7由依次連接的懸空P-電極區(qū)9、ρ-電極導(dǎo)電區(qū)10和ρ-電極引線區(qū)11組成；所述η-電極4由相互連接的η-電極導(dǎo)電區(qū)12和η-電極引線區(qū)13組成，所述空腔處于光波導(dǎo)8和兩個懸空ρ-電極區(qū)9的下方。
[0036]本發(fā)明的懸空LED光波導(dǎo)光電探測器單片集成器件，所述的InGaN/GaN量子阱5中，銦氮化鎵InGaN與氮化鎵GaN間隔沉積形成量子阱層。
[0037]本發(fā)明的懸空LED光波導(dǎo)光電探測器單片集成器件，所述LED器件、光波導(dǎo)和光電探測器均在硅基氮化物晶片的氮化物層上實現(xiàn)，光波導(dǎo)與LED及光電探測器均連接。
[0038]本發(fā)明的懸空LED光波導(dǎo)光電探測器單片集成器件，所述隔離槽是光波導(dǎo)8從P-GaN層6向下刻蝕至η-GaN層3形成的，被斷開的光波導(dǎo)8分別與LED和光電探測器相連。
[0039]本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例中，LED器件的ρ-電極和η-電極均為Ni/Au電極，即沉積的金屬材料為鎳-金合金Ni/Au。
[0040]本發(fā)明的制備上述硅襯底懸空LED、光波導(dǎo)和光電探測器單片集成器件的方法，包括以下步驟:
[0041]1)在硅基氮化物晶片背后對硅襯底層1進(jìn)行減薄拋光；
[0042]2)在硅基氮化物晶片上表面均勻涂上一層光刻膠，采用曝光技術(shù)在光刻膠層上定義出光波導(dǎo)區(qū)域和η-GaN臺階區(qū)域，所述η-GaN臺階區(qū)域包括下臺面和上臺面；
[0043]3)采用反應(yīng)離子束刻蝕η-GaN臺階區(qū)域和光波導(dǎo)區(qū)域；
[0044]4)去除殘余光刻膠，得到階梯狀臺面、光波導(dǎo)8、位于上臺面的LED器件的ρ-GaN層6、光電探測器的ρ-GaN層6、LED器件的InGaN/GaN量子阱5和光電探測器的InGaN/GaN量子講5 ；
[0045]5)在硅基氮化物晶片上表面均勻涂上一層光刻膠，光刻定義出位于上臺面的LED器件的P-電極窗口區(qū)域和光電探測器的P-電極窗口區(qū)域、位于下臺面的LED器件的η-電極窗口區(qū)域和光電探測器的η-電極窗口區(qū)域，然后在所述ρ-電極窗口區(qū)域與η-電極窗口區(qū)域分別蒸鍍Ni/Au，形成歐姆接觸，實現(xiàn)ρ-電極7與η-電極4，去除殘余光刻膠后，即得到LED器件和光電探測器；
[0046]6)在硅基氮化物晶片上表面均勻涂上一層光刻膠，在光波導(dǎo)區(qū)域光刻定義出位于LED器件和光電探測器之間、并將光波導(dǎo)區(qū)域分割的隔離槽窗口區(qū)域；
[0047]7)采用反應(yīng)離子束從上向下刻蝕氮化物層至η-GaN層3，得到隔離槽；
[0048]8)在硅基氮化物晶片頂層涂膠保護(hù)，防止刻蝕過程中損傷表面器件，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(zhǔn)技術(shù)，定義出一個對準(zhǔn)并覆蓋光波導(dǎo)8、LED器件的懸空ρ-電極區(qū)9和光電探測器的懸空ρ-電極區(qū)9的背后刻蝕窗P ;
[0049]9)將外延緩沖層2作為刻蝕阻擋層，利用背后深硅刻蝕技術(shù)，通過背后刻蝕窗口將所述硅襯底層1貫穿刻蝕至外延緩沖層2的下表面，形成一個空腔；
[0050]10)采用氮化物背后減薄刻蝕技術(shù)，從下往上對外延緩沖層2和η-GaN層3進(jìn)行氮化物減薄處理；
[0051]11)去除殘余光刻膠，即獲得硅襯底懸空LED、光波導(dǎo)和光電探測器單片集成器件。
[0052]上述實施例僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出:對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和等同替換，這些對本發(fā)明權(quán)利要求進(jìn)行改進(jìn)和等同替換后的技術(shù)方案，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項】
1.一種懸空LED光波導(dǎo)光電探測器單片集成器件，其特征在于，該器件以硅基氮化物晶片為載體，包括硅襯底層(1)、設(shè)置在所述硅襯底層(1)上的外延緩沖層(2)、設(shè)置在所述外延緩沖層(2)上的LED器件和光電探測器，所述LED器件和光電探測器之間通過光波導(dǎo)(8)相連；所述LED器件和光電探測器均由p-n結(jié)、ρ-電極(7)和η-電極⑷組成，所述ρ-η結(jié)包括從下至上依次連接設(shè)置的n-GaN層(3)、InGaN/GaN量子阱(5)和ρ-GaN層(6)，所述P-電極(7)設(shè)置在p-GaN層(6)上，在所述n_GaN層(3)上表面有刻蝕出的階梯狀臺面，所述階梯狀臺面包括下臺面和位于下臺面上的上臺面，所述上臺面與InGaN/GaN量子阱(5)的底面連接，所述η-電極(4)設(shè)置在下臺面上； 在所述光波導(dǎo)(8)上設(shè)置有一個將其分割為兩部分的隔離槽，一部分與LED器件連接，另一部分與光電探測器連接，在所述n-GaN層(3)下方設(shè)置有與p_電極(7)、η-電極(4)和光波導(dǎo)(8)的位置正對且貫穿硅襯底層(1)、外延緩沖層(2)至n-GaN層(3)底面的空腔，使得LED器件、光電探測器和光波導(dǎo)(8)懸空。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的懸空LED光波導(dǎo)光電探測器單片集成器件，其特征在于，所述P-電極(7)由依次連接的懸空ρ-電極區(qū)(9)、ρ-電極導(dǎo)電區(qū)(10)和ρ-電極引線區(qū)(11)組成；所述11-電極⑷由相互連接的η-電極導(dǎo)電區(qū)(12)和η-電極引線區(qū)(13)組成，所述空腔處于光波導(dǎo)⑶和兩個懸空Ρ-電極區(qū)(9)的下方。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的懸空LED光波導(dǎo)光電探測器單片集成器件，其特征在于，所述LED器件、光波導(dǎo)(8)和光電探測器均在硅基氮化物晶片的氮化物層上實現(xiàn)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的懸空LED光波導(dǎo)光電探測器單片集成器件，其特征在于，所述隔離槽是將光波導(dǎo)⑶從P-GaN層(6)向下刻蝕至n-GaN層(3)形成的。5.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的懸空LED光波導(dǎo)光電探測器單片集成器件，其特征在于，所述ρ-電極(7)和η-電極⑷均為Ni/Au電極，即沉積的金屬材料為Ni/Au。6.一種制備權(quán)利要求1至5所述懸空LED光波導(dǎo)光電探測器單片集成器件的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟: 步驟(1)在硅基氮化物晶片背后對硅襯底層(1)進(jìn)行減薄拋光； 步驟(2)在硅基氮化物晶片上表面均勻涂上一層光刻膠，采用曝光技術(shù)在光刻膠層上定義出光波導(dǎo)區(qū)域和n-GaN臺階區(qū)域，所述n_GaN臺階區(qū)域包括下臺面和上臺面； 步驟(3)采用反應(yīng)離子束刻蝕n-GaN臺階區(qū)域和光波導(dǎo)區(qū)域； 步驟(4)去除殘余光刻膠，得到階梯狀臺面、光波導(dǎo)(8)、位于上臺面的LED器件的p-GaN層(6)、光電探測器的p-GaN層(6)、LED器件的InGaN/GaN量子阱(5)和光電探測器的 InGaN/GaN 量子阱(5)； 步驟(5)在硅基氮化物晶片上表面均勻涂上一層光刻膠，光刻定義出位于上臺面的LED器件的ρ-電極窗口區(qū)域和光電探測器的ρ-電極窗口區(qū)域、位于下臺面的LED器件的η-電極窗口區(qū)域和光電探測器的η-電極窗口區(qū)域，然后在所述ρ-電極窗口區(qū)域與η-電極窗口區(qū)域分別蒸鍍Ni/Au，形成歐姆接觸，實現(xiàn)ρ-電極(7)與η-電極(4)，去除殘余光刻膠后，即得到LED器件和光電探測器； 步驟(6)在硅基氮化物晶片上表面均勻涂上一層光刻膠，在光波導(dǎo)區(qū)域光刻定義出位于LED器件和光電探測器之間、并將光波導(dǎo)區(qū)域分割的隔離槽窗口區(qū)域； 步驟(7)采用反應(yīng)離子束從上向下刻蝕氮化物層至n-GaN層(3)，得到隔離槽； 步驟(8)在硅基氮化物晶片頂層涂膠保護(hù)，防止刻蝕過程中損傷表面器件，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(zhǔn)技術(shù)，定義出一個對準(zhǔn)并覆蓋光波導(dǎo)(8)、LED器件的懸空ρ-電極區(qū)(9)和光電探測器的懸空ρ-電極區(qū)(9)的背后刻蝕窗口； 步驟(9)將外延緩沖層(2)作為刻蝕阻擋層，利用背后深硅刻蝕技術(shù)，通過背后刻蝕窗口將所述硅襯底層(1)貫穿刻蝕至外延緩沖層(2)的下表面，形成一個空腔； 步驟(10)采用氮化物背后減薄刻蝕技術(shù)，從下往上對外延緩沖層(2)和n-GaN層(3)進(jìn)行氮化物減薄處理； 步驟(11)去除殘余光刻膠，即獲得懸空LED光波導(dǎo)光電探測器單片集成器件。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備懸空LED光波導(dǎo)光電探測器單片集成器件的方法，其特征在于，所述步驟(5)中的蒸鍍Ni/Au，采用剝離工藝和溫度控制在500±5°C的氮氣退火技術(shù)實現(xiàn)。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備懸空LED光波導(dǎo)光電探測器單片集成器件的方法，其特征在于，所述步驟(10)中，所述氮化物背后減薄刻蝕技術(shù)為離子束轟擊或反應(yīng)離子束刻蝕技術(shù)。9.根據(jù)權(quán)利要求6、7或8所述的制備懸空LED光波導(dǎo)光電探測器單片集成器件的方法，其特征在于，所述步驟(5)中定義的ρ-電極窗口區(qū)域包括依次連接的懸空ρ-電極區(qū)窗口、P-電極導(dǎo)電區(qū)窗口和P-電極引線區(qū)窗口，所述η-電極窗口區(qū)域包括相互連接的η-電極導(dǎo)電區(qū)窗口和η-電極引線區(qū)窗口。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種懸空LED光波導(dǎo)光電探測器單片集成器件及其制備方法，該器件利用各向異性硅刻蝕技術(shù)，剝離去除器件結(jié)構(gòu)下硅襯底層，得到懸空氮化物薄膜LED光波導(dǎo)探測器單片集成器件，進(jìn)一步采用氮化物背后減薄刻蝕技術(shù)，獲得超薄的硅襯底懸空LED光波導(dǎo)探測器單片集成器件。本發(fā)明器件將光源、光波導(dǎo)和光電探測器集成在同一芯片上，LED器件發(fā)出的光，側(cè)向耦合進(jìn)光波導(dǎo)，通過光波導(dǎo)傳輸，在波導(dǎo)另一端被光電探測器檢測到，實現(xiàn)平面光子單片集成器件，應(yīng)用于光通信和光傳感領(lǐng)域。
【IPC分類】H01L27/04, H01L21/762, H01L21/822
【公開號】CN105428305
【申請?zhí)枴緾N201510816501
【發(fā)明人】王永進(jìn), 朱桂遐, 白丹, 袁佳磊, 許銀
【申請人】南京郵電大學(xué)
【公開日】2016年3月23日
【申請日】2015年11月20日