專利名稱:用于超高密度光存儲(chǔ)的集成式微探尖的選擇生長(zhǎng)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于信息技術(shù)領(lǐng)域：
，涉及到超高密度光信息存儲(chǔ)技術(shù)，特別涉及到用于超高密度光信息寫入和讀出的集成式掃描近場(chǎng)光學(xué)顯微術(shù)(SNOM，scanning near-field optical microscopy)微探尖的制作方法。
背景技術(shù)：
SNOM是一種新型納米尺度結(jié)構(gòu)和信息研究的強(qiáng)有力光電子學(xué)工具，它利用局限在物體表面小于一個(gè)光波長(zhǎng)范圍內(nèi)的隱失場(chǎng)提供物體表面結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)，其分辨率可遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)經(jīng)典光學(xué)的衍射極限，達(dá)到納米尺度。SNOM的最重要的潛在應(yīng)用之一是超高密度光信息存儲(chǔ)。用于此目的的結(jié)構(gòu)緊湊、微型化和適于批量生產(chǎn)的集成式SNOM傳感器應(yīng)包括半導(dǎo)體激光器、光探測(cè)器和微探尖三個(gè)基本結(jié)構(gòu)單元。
國(guó)外C.Gorecki等人2001年在《Sensors and Actuators》(Sensors andActuators A 87(2001)113)上提出了一種以垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL，vertical-cavity surface-emitting-laser)、pin探測(cè)器和金字塔狀微探尖三個(gè)基本單元為基礎(chǔ)構(gòu)造的微型單片集成式SNOM傳感器結(jié)構(gòu)。這種SNOM傳感器具有結(jié)構(gòu)小巧緊湊、工作穩(wěn)定性好的突出優(yōu)點(diǎn)。
由于目前國(guó)外及臺(tái)灣的VCSEL制造技術(shù)已成熟，普通商品器件的價(jià)格已降得很低并有多家公司(如美國(guó)的AXT公司等)可根據(jù)客戶要求提供多種類型的VCSEL晶片，因此獲得具有pin探測(cè)器的VCSEL晶片已不成問(wèn)題。需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題是開(kāi)發(fā)與VCSEL制作工藝相容的微探尖的制作技術(shù)。上面提到的C.Gorecki等人提供了一種濕法腐蝕形成微探尖的方法并利用這種方法在GaAs襯底上刻蝕出了金字塔狀的GaAs微探尖，探尖頂?shù)那拾霃叫∮?00nm。但是，由于腐蝕過(guò)程很難精確控制，這種方法不適合大批量生產(chǎn)。
為克服C.Gorecki等人提出的上述方法的不足，本發(fā)明的發(fā)明人曾于2002年在《Journal of Crystal Growth》(Journal of Crystal Growth 240(2002)98)上公開(kāi)發(fā)表了一種自組織(裝)液相外延(self-organized orself-assembled liquid phase epitaxy)生長(zhǎng)方法。這種方法的基本技術(shù)是利用含Al的AlGaAs表面容易部分氧化，從而能自動(dòng)生成外延生長(zhǎng)窗口的原理，在常規(guī)的液相外延系統(tǒng)上，通過(guò)控制生長(zhǎng)條件，僅由一次外延過(guò)程在AlGaAs表面自動(dòng)形成類金字塔狀微探尖。盡管采用自組織液相外延方法生長(zhǎng)微探尖可以克服化學(xué)腐蝕方法帶來(lái)的缺點(diǎn)，有利于實(shí)現(xiàn)SNOM傳感器的批量生產(chǎn)。但采用這種技術(shù)制備的微探尖在晶片表面上的分布規(guī)律無(wú)法控制，從而會(huì)有微探尖與VCSEL的出光窗口對(duì)準(zhǔn)問(wèn)題。此外，就超高密度光存儲(chǔ)應(yīng)用而言，多探尖陣列并行掃描是提高信息記錄速度的必然要求。因此，分布規(guī)律無(wú)法控制的自組織微探尖生長(zhǎng)方法也滿足不了這方面的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種與VCSEL制作工藝相容的集成式SNOM微探尖的制作方法，以解決目前已有的微型集成式SNOM傳感器微探尖制作工藝中腐蝕過(guò)程難以精確控制、微探尖與VCSEL的出光窗口難以對(duì)準(zhǔn)和不適合批量制作等問(wèn)題。
為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提出另外一種新的以選擇生長(zhǎng)為基礎(chǔ)的分布周期和尺寸可控的適合單片式多單元SNOM傳感器微探尖批量制備的方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案是在已經(jīng)外延生長(zhǎng)了pin探測(cè)器和VCSEL結(jié)構(gòu)的晶片表面上沉積一層SiO2或Al2O3等氧化物薄膜，并通過(guò)常規(guī)光刻和腐蝕手段在氧化膜上刻蝕成周期和尺寸一定的方形窗口陣列，然后利用氧化膜對(duì)半導(dǎo)體材料外延生長(zhǎng)的阻斷作用和晶體生長(zhǎng)過(guò)程中的快生長(zhǎng)面消失、慢生長(zhǎng)面長(zhǎng)大原理(閔乃本，晶體生長(zhǎng)的物理基礎(chǔ)，上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1982年第一版，435頁(yè))，在陣列窗口上選擇生長(zhǎng)出與VCSEL出光窗口尺寸匹配并對(duì)準(zhǔn)的金字塔狀微探尖。本發(fā)明還可在InP等其他晶體表面上選擇生長(zhǎng)金字塔狀或類金字塔狀微探尖。
本發(fā)明的效果和益處是可以解決目前已有的微型集成式SNOM傳感器微探尖制作的腐蝕過(guò)程難以精確控制、微探尖與VCSEL的出光窗口難以對(duì)準(zhǔn)和不適合批量制作等問(wèn)題。從而降低集成式SNOM傳感器的制作難度，提高制作效率和成品率。本發(fā)明也廣泛適用于物理、化學(xué)、生物及醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域SNOM微探尖制作。



附圖1是采用本發(fā)明的技術(shù)方案在模擬VCSEL表面的GaAs晶體表面上選擇生長(zhǎng)的金字塔狀GaAs微探尖陣列的掃描電鏡照片。垂直生長(zhǎng)表面方向拍照，放大倍數(shù)為200倍。
附圖2是采用本發(fā)明的技術(shù)方案在模擬VCSEL表面的GaAs晶體表面上選擇生長(zhǎng)的金字塔狀GaAs微探尖陣列的掃描電鏡照片。與生長(zhǎng)表面傾斜一定角度方向拍照，放大倍數(shù)為250倍。
具體實(shí)施方式
以下詳細(xì)敘述本發(fā)明的具體實(shí)施方案。
步驟1在已經(jīng)外延生長(zhǎng)了VCSEL和pin探測(cè)器結(jié)構(gòu)的(100)向晶片表面上采用低溫(40℃)液相沉積(LPD，liquid phase deposition)方法或化學(xué)汽相沉積、磁控濺射等其他方法沉積一層厚度為10～30nm的SiO2或Al2O3薄膜，然后利用常規(guī)光刻和腐蝕方法在氧化物薄膜上刻蝕成尺寸與VCSEL的出光窗口尺寸(通常為20～40μm)匹配的方形窗口陣列。
步驟2將通過(guò)步驟1加工過(guò)的晶片裝入常規(guī)液相外延系統(tǒng)石英反應(yīng)管中的石墨生長(zhǎng)舟中，在純度大于99.9999％、流量為5ml/s的氫氣氛下生長(zhǎng)10～20分鐘(依窗口陣列的尺寸而定)，在陣列窗口中形成與VCSEL出光窗口尺寸匹配并對(duì)準(zhǔn)的金字塔狀GaAs微探尖。
微探尖最佳生長(zhǎng)溫度為810～830℃，降溫速率為1℃/min。若生長(zhǎng)溫度為815℃，生長(zhǎng)源的配方為每1000mg高純(99.9999％)Ga中加入63mg的高純GaAs多晶和14mg的高純Ge多晶。Ge的加入有促進(jìn)金字塔狀微探尖形成作用。
附圖1和附圖2給出的微探尖制作方式除采用GaAs襯底模擬VCSEL晶片表面外，其他制作步驟與上述各步驟相同。
權(quán)利要求
1.一種用于超高密度光存儲(chǔ)的集成式微探尖的選擇生長(zhǎng)方法，是在已經(jīng)外延生長(zhǎng)了pin探測(cè)器和垂直腔表面發(fā)射激光器結(jié)構(gòu)的晶片表面上選擇生長(zhǎng)集成式微探尖，其特征在于首先在晶片表面上沉積一層氧化物薄膜；然后采用常規(guī)光刻和腐蝕手段在氧化物薄膜上刻蝕成尺寸與垂直腔表面發(fā)射激光器的出光窗口匹配的方形窗口陣列；最后利用液相外延生長(zhǎng)過(guò)程中氧化膜對(duì)材料生長(zhǎng)的阻斷作用和晶體生長(zhǎng)過(guò)程中的快生長(zhǎng)面消失、慢生長(zhǎng)面長(zhǎng)大原理，在陣列窗口上形成與垂直腔表面發(fā)射激光器出光窗口對(duì)準(zhǔn)的金字塔狀微探尖。
專利摘要
本發(fā)明屬于信息技術(shù)領(lǐng)域：
。本發(fā)明的目的是提供一種與VCSEL制作工藝相容的集成式微探尖的制作方法，以解決目前SNOM傳感器微探尖制作中腐蝕過(guò)程難以精確控制、微探尖與VCSEL出光窗口難以對(duì)準(zhǔn)和不能批量制作等問(wèn)題。本發(fā)明的技術(shù)特征是在已外延生長(zhǎng)了pin探測(cè)器和VCSEL結(jié)構(gòu)的晶片表面上沉積一層氧化物薄膜并通過(guò)常規(guī)光刻和腐蝕手段在氧化膜上刻蝕成尺寸與VCSEL的出光窗口匹配的方形窗口陣列，然后利用液相外延生長(zhǎng)過(guò)程中氧化膜對(duì)材料生長(zhǎng)的阻斷作用和晶體生長(zhǎng)過(guò)程中的快生長(zhǎng)面消失、慢生長(zhǎng)面長(zhǎng)大原理，在窗口陣列上形成與VCSEL出光窗口對(duì)準(zhǔn)的金字塔狀微探尖。本發(fā)明的效果和益處是降低了微型集成式SNOM傳感器的制作難度，提高了制作效率和成品率。
文檔編號(hào)G01Q60/22GKCN1461012SQ03133404
公開(kāi)日2003年12月10日 申請(qǐng)日期2003年6月4日
發(fā)明者胡禮中, 張紅治, 王志俊, 梁秀萍, 趙宇, 王美田 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan