GaAs微探尖的選擇液相外延制備技術(shù)研究.pdf

1、掃描近場(chǎng)光學(xué)顯微術(shù)(SNOM)是一種新型納米尺度結(jié)構(gòu)和信息研究的強(qiáng)有力的光電子學(xué)工具，它打破了傳統(tǒng)光學(xué)衍射極限的限制，分辨率可達(dá)到納米量級(jí)。其重要的應(yīng)用之一是適應(yīng)現(xiàn)代信息社會(huì)發(fā)展的需求，實(shí)現(xiàn)超高密度光存儲(chǔ)。一般來說，用于超高密度光存儲(chǔ)的掃描近場(chǎng)光學(xué)顯微傳感頭由三個(gè)主要部分組成：半導(dǎo)體激光器、光電探測(cè)器和微探尖。這里的微探尖質(zhì)量和性能將直接影響整個(gè)掃描近場(chǎng)光學(xué)顯微系統(tǒng)。因此，如何制備高質(zhì)量的微探尖已經(jīng)成為近年來的研究熱點(diǎn)。 目前國(guó)

2、內(nèi)外制備微探尖的方法有很多種。對(duì)于光纖探尖，主要有熱拉伸法和化學(xué)腐蝕法；對(duì)于介質(zhì)和半導(dǎo)體材料探尖，主要有濕法刻蝕、干法刻蝕、混合法刻蝕、金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積(MOCVD)和自組織液相外延法等等。根據(jù)我們實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的條件，針對(duì)上面幾種方法出現(xiàn)的問題，本論文提出了一種新型的GaAs材料微探尖制各方法--一選擇液相外延方法。這種方法的基本思想是在已經(jīng)外延生長(zhǎng)好的垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)結(jié)構(gòu)表面沉積一層掩膜，然后利用常規(guī)的光刻和濕法刻

3、蝕手段在掩膜上面形成尺寸和周期與激光器出光窗口一致的窗口陣列，最后利用掩膜對(duì)液相外延生長(zhǎng)的阻斷作用在窗口中液相外延生長(zhǎng)出金字塔狀微探尖。這種方法不僅可以將微探尖直接生長(zhǎng)在激光器的出光表面上，省略了探尖轉(zhuǎn)移的步驟，還自動(dòng)解決了微探尖與激光器出光窗口的對(duì)準(zhǔn)問題，并為實(shí)現(xiàn)多探尖并行掃描提供了工藝基礎(chǔ)。 在研究過程中，我們使用GaAs(001)襯底模擬VCSEL外延片表面，采用選擇液相外延方法制備GaAs微探尖陣列，并用掃描電子顯微鏡(

4、SEM)對(duì)微探尖陣列進(jìn)行表征。結(jié)果表明，在合適的條件下，微探尖呈金字塔狀，并具有較好的分布周期性和一致性。 本文詳細(xì)介紹了該種方法的工藝流程，包括掩膜的制備、光刻、濕法刻蝕、液相外延等等。研究了不同掩膜對(duì)微探尖生長(zhǎng)的影響以及不同形狀和不同取向的窗口設(shè)計(jì)對(duì)微探尖生長(zhǎng)的影響，得到了不同窗口中微探尖的生長(zhǎng)過程，優(yōu)化了微探尖制各的液相外延生長(zhǎng)條件。 除此之外，考慮到工藝兼容等問題和拓展選擇液相外延方法制備的微探尖的應(yīng)用范圍，我們

5、還開發(fā)了兩套微探尖的剝離技術(shù)(濃鹽酸選擇腐蝕緩沖層法和氨水選擇腐蝕襯底法)與一套轉(zhuǎn)移技術(shù)，成功地將微探尖從襯底上面剝離并轉(zhuǎn)移到VCSEL的出光窗口表面，實(shí)現(xiàn)了微探尖和激光器的集成。這樣使得選擇液相外延方法制備的微探尖也可以應(yīng)用于其它種類的掃描探針顯微鏡。 最后，本論文介紹了晶體生長(zhǎng)形態(tài)學(xué)中的布拉維法則、BFDH理論和SHAPE晶體生長(zhǎng)形態(tài)模擬軟件，采用這兩種理論和SHAPE軟件對(duì)GaAs晶體生長(zhǎng)形態(tài)進(jìn)行了預(yù)測(cè)和模擬，得到的預(yù)測(cè)結(jié)

6、果和模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合得比較好。 本項(xiàng)研究工作連續(xù)得到了兩項(xiàng)國(guó)家自然科學(xué)基金(《用于超高密度光存儲(chǔ)的集成式SNOM微探尖的選擇生長(zhǎng)研究》N0.60377005和《影響GaAs微探尖陣列選擇外延生長(zhǎng)質(zhì)量的關(guān)鍵技術(shù)研究》No.60777009)、科技部重大基礎(chǔ)研究前期研究專項(xiàng)(《超高密度光存儲(chǔ)》N0.2004CCA03700)和高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)科研基金(《用于SNOM傳感器的GaAs微探尖陣列選擇生長(zhǎng)質(zhì)量改進(jìn)技術(shù)》N0.2