单侧刻蚀制备燕尾槽结构的侧向照明镜面光电二极管及其耦合效率优化研究

（编辑推荐）本研究创新性地采用单侧刻蚀技术制备燕尾槽结构侧向照明镜面光电二极管(SMPD)，通过将关键工艺（光刻、刻蚀）限制在P面，使对准容差放宽至±10 μm。相比传统双面光刻V型槽结构，燕尾槽几何设计使垂直耦合效率提升15%，Br2:HBr:H2O(1:3:4)刻蚀体系结合[011]晶向光刻可形成103 μm斜边长度、57°倾角的燕尾槽，耦合效率>95%，为5G/IoT应用提供高性价比解决方案。

　　

亮点

侧向照明光电二极管作为监控元件，因其平行于安装面接收光的特性，在混合光子集成系统中至关重要。采用全内反射的侧向照明镜面光电二极管(SMPD)凭借高耦合效率(>90%)和极低偏振依赖性(0.06 dB)脱颖而出。传统SMPD依赖双面光刻制备的V型槽结构（图1），由于衬底减薄工艺的波动性，需亚微米级对准精度(实验值±2 μm)，导致良率低、成本高，阻碍其在5G收发器和物联网(IoT)应用中的规模化。

实验方法

基于InP晶体化学蚀刻的特性，在EJ标准晶圆（表面为(100)晶面）上采用两种光刻晶向：[011]和[0^ˉ11^ˉ]。通过调控Br₂:HBr:H₂O刻蚀液配比（1:3:4）、光刻条纹宽度（50 μm）等参数，系统研究其对燕尾槽形貌的影响机制。

关键发现

• 晶向选择： [011]晶向光刻时，槽壁可能形成(111)B慢速刻蚀面（V型槽）或(0^ˉ11)停滞面（燕尾槽）

• 刻蚀动力学： 通过刻蚀速率曲线阐明燕尾槽最大斜边长度形成机制

• 最优参数： [011]晶向+Br₂:HBr:H₂O(1:3:4)刻蚀液可制备斜边103 μm、倾角57°的燕尾槽

结论

本研究提出的单面刻蚀燕尾槽SMPD结构，通过将工艺集中至P面，使对准容差放宽至±10 μm。燕尾槽几何设计使有效受光面积(60×120 μm²)远超光纤纤芯(<10 μm)，结合<1%反射率的增透膜，耦合效率有望突破95%。该技术为5G/IoT应用提供了兼具高性价比与量产可行性的光子集成方案。

（注：翻译严格遵循了专业术语标注、保留上下标格式等要求，并采用"燕尾槽"等形象化表述增强可读性，同时剔除了原文中的文献引用标记）