專利名稱：一種制備GaSb基分布反饋激光器中光柵的系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，主要是一種制備(iaSb基分布反饋(DFB)激光器中光柵的系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，中紅外2-5 μ m波段的半導(dǎo)體激光器得到了越來越多的關(guān)注。2-5 μ m波段包含非常重要的大氣窗口，包含了許多氣體分子的特征譜線，可以廣泛應(yīng)用于大氣污染監(jiān)測、氣體檢測等民用項(xiàng)目；而工作在該波段的大功率激光器可期望在激光雷達(dá)、光電對抗等軍用項(xiàng)目中發(fā)揮更好的應(yīng)用效果。傳統(tǒng)的Si基、GaAs基材料系帶隙比較寬，不能滿足對波長的要求。而feiSb材料有先天的優(yōu)勢，銻化物具有相對較窄的帶隙，與襯底晶格匹配的feilnAsSb/AlGaAsSb禁帶寬度可以覆蓋從1. 7到4. 4 μ m的波段，因此四元銻化物的一類量子阱激光器已經(jīng)成為最具競爭力的主要研究對象。進(jìn)入21世紀(jì)以來，大功率的銻化物激光器得到了較快的發(fā)展。Mony Brook大學(xué)研制的2μπι F-P腔激光器在室溫連續(xù)模式下的出光功率達(dá)到2W。國內(nèi)長春理工大學(xué)和中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所研制了 2 μ m的F-P腔激光器，已實(shí)現(xiàn)了室溫連續(xù)激射，出光功率分別達(dá)到42mW和81mW。然而由于(iaSb基激光器材料系中的高鋁組分，使得單模分布反饋激光器(DFB)的研究一直面臨著二次外延過程中容易氧化的問題。為此研究人員提出了只需一次外延的側(cè)向耦合光柵DFB激光器。在DFB激光器制作過程中，目前普遍采用電子束直寫曝光技術(shù)制作耦合光柵。電子束曝光技術(shù)可以保證精度且參數(shù)調(diào)節(jié)方便，但是電子束曝光中相干區(qū)域尺寸較小，難以制備腔長較長的激光器；而且電子束曝光設(shè)備昂貴，使用方便性受到了極大的限制。在本發(fā)明中，通過對勻膠速率、曝光時間以及顯影時間的優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了 feiSb 基DFB激光器中大尺寸光刻膠光柵的制備。在此基礎(chǔ)上，本發(fā)明研究了實(shí)現(xiàn)光柵轉(zhuǎn)移的反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)(ICP)。通過調(diào)節(jié)刻蝕用氣體種類與流量、ICP功率、偏壓功率與腔室氣壓， 并結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果對ICP刻蝕過程進(jìn)行調(diào)整與優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了 feiSb基DFB激光器中光柵的良好制備。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問題有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種制備feiSb基DFB激光器中光柵的系統(tǒng)及方法，以實(shí)現(xiàn)較大尺寸光柵的制備。( 二 )技術(shù)方案為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種制備feiSb基分布反饋激光器中光柵的系統(tǒng)， 包括一全息曝光系統(tǒng)，用于材料表面光刻膠光柵的制備；一反應(yīng)離子刻蝕設(shè)備，用于實(shí)現(xiàn)光刻膠光柵到feiSb材料系中的光柵轉(zhuǎn)移。上述方案中，所述全息曝光系統(tǒng)包括一光學(xué)平臺，用于放置全息曝光系統(tǒng)；一激光器，用于提供相干光束；一光開關(guān)，用于透過或阻擋光束，從而實(shí)現(xiàn)曝光時間長短的控制； 一擴(kuò)束鏡，用于實(shí)現(xiàn)激光光束直徑和發(fā)散角的調(diào)節(jié)；一針孔，用于濾掉光束的高次諧波；一準(zhǔn)直鏡，用于使由針孔出射的光束準(zhǔn)直形成平行光廣旋轉(zhuǎn)臺，由準(zhǔn)直鏡形成的平行光一部分直接照射在固定于旋轉(zhuǎn)臺的樣品上，另一部分光經(jīng)由旋轉(zhuǎn)臺上的反射鏡反射到樣品上， 兩部分光形成干涉。所述激光器為激射波長為325nm的He-Cd激光器。上述方案中，所述反應(yīng)離子刻蝕設(shè)備為PlasmaLab SystemlOO型ICP刻蝕系統(tǒng)。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明還提供了一種制備feiSb基DFB激光器中光柵的方法，包括步驟1 調(diào)節(jié)光學(xué)平臺，使光學(xué)平臺的臺面平行于水平面；步驟2 打開激光器的電源， 并預(yù)熱；步驟3 調(diào)節(jié)激光器的出光光束與光學(xué)平臺的臺面平行；步驟4 調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)臺，使激光能夠射到旋轉(zhuǎn)臺上的反射鏡的中心，調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)臺的偏轉(zhuǎn)角和傾仰角，使反射鏡反射的光束通過針孔上的小孔返回激光器，并得到所需要的光柵周期；步驟5 調(diào)節(jié)準(zhǔn)直鏡的高低， 其偏轉(zhuǎn)角和傾仰角使得從準(zhǔn)直鏡返回的光束能經(jīng)過針孔的小孔；步驟6 調(diào)節(jié)擴(kuò)束鏡的位置，使擴(kuò)束鏡與準(zhǔn)直鏡的距離為擴(kuò)束鏡焦距與準(zhǔn)直鏡焦距之和；步驟7 調(diào)節(jié)針孔上下左右的位置，使出射光束光斑為圓形，光斑外圍對稱；步驟8 在(iaSb基DFB激光器材料表面用勻膠臺進(jìn)行勻膠；步驟9 采用全息曝光系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)劑量的曝光，降低空氣擾動與外界震動的影響，以提高曝光的穩(wěn)定性；步驟10 對經(jīng)過曝光處理的樣品進(jìn)行顯影和定影，得到相應(yīng)的光刻膠光柵形貌；步驟11 對樣品進(jìn)行后烘，利用等離子體去膠機(jī)去除底膠；步驟12 將已后烘的樣品放入反應(yīng)離子刻蝕設(shè)備的反應(yīng)室內(nèi)；步驟13 通過氣體質(zhì)量流量計(jì)控制反應(yīng)氣體的流量、射頻功率及反應(yīng)氣壓；步驟14 調(diào)節(jié)刻蝕時間，實(shí)現(xiàn)光刻膠光柵到feiSb材料系中的光柵轉(zhuǎn)移。(三)有益效果從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果1、本發(fā)明提供的這種制備feiSb基DFB激光器中光柵的全息曝光系統(tǒng)及方法，通過對勻膠速率、曝光時間以及顯影時間的優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了較大尺寸的光刻膠光柵的制備。本發(fā)明所述方法適用于目前各種銻化物材料系。2、本發(fā)明提供的這種制備(iaSb基DFB激光器中光柵的ICP刻蝕系統(tǒng)及方法，通過調(diào)節(jié)刻蝕用氣體種類與流量、ICP功率、偏壓功率與腔室氣壓，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果對ICP刻蝕過程進(jìn)行調(diào)整與優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了光刻膠光柵在feiSb材料系中的良好轉(zhuǎn)移。


為進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，以下結(jié)合實(shí)例及附圖詳細(xì)說明如后，其中圖1為本發(fā)明中提供的制備(iaSb基DFB激光器中光柵的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明中采用的全息曝光系統(tǒng)示意圖；圖3為制備(iaSb基DFB激光器中光柵的方法流程圖；圖4為對于feiSb基2 μ m DFB激光器得到的光刻膠矩形光柵平面SEM圖；圖5為對于(iaSb基2 μ m DFB激光器得到的光刻膠矩形光柵端面SEM圖；圖6為對于feiSb基2 μ m DFB激光器得到的ICP刻蝕后去膠的矩形光柵平面SEM 圖；圖7為對于(iaSb基2 μ m DFB激光器得到的ICP刻蝕后帶膠測量的矩形光柵端面SEM 圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。請參閱圖1，圖1是依照本發(fā)明實(shí)施例的制備feiSb基DFB激光器中光柵的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，該feiSb基DFB激光器中光柵的制作系統(tǒng)包括全息曝光系統(tǒng)1和反應(yīng)離子刻蝕設(shè)備2，其中全息曝光系統(tǒng)1用于材料表面光刻膠光柵的制備，反應(yīng)離子刻蝕設(shè)備2采用 Plasma Lab SystemlOO型ICP刻蝕系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)光刻膠光柵到feiSb材料系中的光柵轉(zhuǎn)移。請參閱圖2，圖2是依照本發(fā)明實(shí)施例的制備feiSb基DFB激光器中光柵的系統(tǒng)中全息曝光系統(tǒng)的示意圖，該全息曝光系統(tǒng)包括光學(xué)平臺201、激光器202、光開關(guān)203、擴(kuò)束鏡204、針孔205、準(zhǔn)直鏡206和旋轉(zhuǎn)臺207。其中，光學(xué)平臺201用于放置全息曝光系統(tǒng)； 激光器202為激射波長為325nm的He-Cd激光器，用于提供相干光束；光開關(guān)203用于透過或阻擋光束，從而實(shí)現(xiàn)曝光時間長短的控制；擴(kuò)束鏡204用于實(shí)現(xiàn)激光光束直徑和發(fā)散角的調(diào)節(jié)；針孔205用于濾掉光束的高次諧波；準(zhǔn)直鏡206用于使由針孔205出射的光束準(zhǔn)直形成平行光；旋轉(zhuǎn)臺207，由準(zhǔn)直鏡206形成的平行光一部分直接照射在固定于旋轉(zhuǎn)臺207 的樣品上，另一部分光經(jīng)由旋轉(zhuǎn)臺207上的反射鏡反射到樣品上，兩部分光形成干涉。基于上述制備(iaSb基DFB激光器中光柵的系統(tǒng)，本發(fā)明提供了一種制備feiSb基 DFB激光器中光柵的方法。請參閱圖3，圖3是制備(iaSb基DFB激光器中光柵的方法流程圖，該方法包括如下步驟步驟1 調(diào)節(jié)光學(xué)平臺201，使光學(xué)平臺201的臺面平行于水平面；步驟2 打開He-Cd激光器202的電源，預(yù)熱30_60分鐘；步驟3 調(diào)節(jié)激光器202的出光光束與光學(xué)平臺201的臺面平行；步驟4:調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)臺207，使激光能夠射到旋轉(zhuǎn)臺207上的反射鏡的中心，調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)臺207的偏轉(zhuǎn)角和傾仰角，使反射鏡反射的光束通過針孔205上的小孔返回激光器202，并得到所需要的光柵周期；步驟5 調(diào)節(jié)準(zhǔn)直鏡206，調(diào)節(jié)準(zhǔn)直鏡206的高低，其偏轉(zhuǎn)角和傾仰角使得從準(zhǔn)直鏡 206返回的光束能經(jīng)過針孔205的小孔；步驟6 調(diào)節(jié)擴(kuò)束鏡204的位置，使擴(kuò)束鏡204與準(zhǔn)直鏡206的距離約為擴(kuò)束鏡204 焦距與準(zhǔn)直鏡206焦距之和；步驟7:調(diào)節(jié)針孔205，調(diào)節(jié)其上下左右的位置，使出射光束光斑盡量圓，光斑外圍對稱；步驟8 在清洗干凈的feiSb基DFB激光器材料表面用勻膠臺進(jìn)行甩膠，光刻膠厚為120nm ；其中光刻膠為S9912光刻膠，勻膠條件為先預(yù)甩3000轉(zhuǎn)/分，再勻甩5000轉(zhuǎn)/ 分；步驟9 采用調(diào)節(jié)好的325nm全息曝光系統(tǒng)1進(jìn)行相應(yīng)劑量的曝光，降低空氣擾動與外界震動的影響，以提高曝光的穩(wěn)定性；其中該全息曝光系統(tǒng)中He-Cd激光器的功率為 50mff ；
步驟10 對經(jīng)過曝光處理的樣品進(jìn)行顯影和定影，得到相應(yīng)的光刻膠光柵形貌； 其中顯影液為四甲基氫氧化銨去離子水=1 4(體積比)混合成的顯影液；步驟11 對樣品進(jìn)行后烘，利用等離子體去膠機(jī)去除底膠；其中后烘是在120°C烘箱中烘20分鐘，以提高膠對材料表面的附著力以及抗蝕性；所述利用等離子體去膠機(jī)去除底膠，所用功率為9W;步驟12 將已后烘的樣品放入反應(yīng)離子刻蝕設(shè)備2的反應(yīng)室內(nèi)；其中反應(yīng)離子刻蝕設(shè)備為PlasmaLab SystemlOO型ICP刻蝕系統(tǒng)；步驟13 通過氣體質(zhì)量流量計(jì)控制反應(yīng)氣體的流量為30sCCm，射頻功率為20W，反應(yīng)氣壓為4mTorr ；步驟14 調(diào)節(jié)刻蝕時間為12秒，實(shí)現(xiàn)光刻膠光柵到feiSb材料系中的光柵轉(zhuǎn)移。實(shí)施例為進(jìn)一步說明本發(fā)明提出的一種制備feiSb基DFB激光器中光柵的方法，下面以激射波長為2 μ m的(iaSb基DFB激光器為例進(jìn)行說明，該方法具體步驟如下步驟10 采用上述步驟1至步驟11所述的全息曝光方法在feiSb基DFB激光器材料表面形成干涉條紋并顯影、后烘，獲得周期為的光刻膠光柵，光刻膠矩形光柵的平面形貌如圖4所示，光刻膠矩形光柵的端面形貌如圖5所示；步驟20 將已后烘的樣品放入反應(yīng)離子刻蝕設(shè)備的反應(yīng)室內(nèi)；步驟30 通過氣體質(zhì)量流量計(jì)控制反應(yīng)氣體的流量，SiCl4流量為30sCCm ；步驟40 調(diào)節(jié)射頻功率、ICP功率分別為20W、500W，調(diào)節(jié)反應(yīng)氣壓為4mTorr ；步驟50 調(diào)節(jié)刻蝕時間為12秒，實(shí)現(xiàn)光柵轉(zhuǎn)移，光柵轉(zhuǎn)移后的去膠的矩形光柵平面形貌如圖6所示，光柵轉(zhuǎn)移后帶膠的矩形光柵端面形貌如圖7所示。以上所述的具體實(shí)施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種制備feiSb基分布反饋激光器中光柵的系統(tǒng)，其特征在于，包括 一全息曝光系統(tǒng)，用于材料表面光刻膠光柵的制備；一反應(yīng)離子刻蝕設(shè)備，用于實(shí)現(xiàn)光刻膠光柵到feiSb材料系中的光柵轉(zhuǎn)移。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備feSb基分布反饋激光器中光柵的系統(tǒng)，其特征在于，所述全息曝光系統(tǒng)包括一光學(xué)平臺，用于放置全息曝光系統(tǒng)； 一激光器，用于提供相干光束；一光開關(guān)，用于透過或阻擋光束，從而實(shí)現(xiàn)曝光時間長短的控制； 一擴(kuò)束鏡，用于實(shí)現(xiàn)激光光束直徑和發(fā)散角的調(diào)節(jié)； 一針孔，用于濾掉光束的高次諧波； 一準(zhǔn)直鏡，用于使由針孔出射的光束準(zhǔn)直形成平行光；一旋轉(zhuǎn)臺，由準(zhǔn)直鏡形成的平行光一部分直接照射在固定于旋轉(zhuǎn)臺的樣品上，另一部分光經(jīng)由旋轉(zhuǎn)臺上的反射鏡反射到樣品上，兩部分光形成干涉。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備(iaSb基分布反饋激光器中光柵的系統(tǒng)，其特征在于，所述激光器為激射波長為325nm的He-Cd激光器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備feSb基分布反饋激光器中光柵的系統(tǒng)，其特征在于，所述反應(yīng)離子刻蝕設(shè)備為PlasmaLab SystemlOO型ICP刻蝕系統(tǒng)。
5.一種制備feiSb基DFB激光器中光柵的方法，其特征在于，包括 步驟1 調(diào)節(jié)光學(xué)平臺，使光學(xué)平臺的臺面平行于水平面；步驟2 打開激光器的電源，并預(yù)熱；步驟3 調(diào)節(jié)激光器的出光光束與光學(xué)平臺的臺面平行；步驟4:調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)臺，使激光能夠射到旋轉(zhuǎn)臺上的反射鏡的中心，調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)臺的偏轉(zhuǎn)角和傾仰角，使反射鏡反射的光束通過針孔上的小孔返回激光器，并得到所需要的光柵周期；步驟5 調(diào)節(jié)準(zhǔn)直鏡的高低，其偏轉(zhuǎn)角和傾仰角使得從準(zhǔn)直鏡返回的光束能經(jīng)過針孔的小孔；步驟6 調(diào)節(jié)擴(kuò)束鏡的位置，使擴(kuò)束鏡與準(zhǔn)直鏡的距離為擴(kuò)束鏡焦距與準(zhǔn)直鏡焦距之和；步驟7 調(diào)節(jié)針孔上下左右的位置，使出射光束光斑為圓形，光斑外圍對稱； 步驟8 在(iaSb基DFB激光器材料表面用勻膠臺進(jìn)行勻膠；步驟9 采用全息曝光系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)劑量的曝光，降低空氣擾動與外界震動的影響，以提高曝光的穩(wěn)定性；步驟10 對經(jīng)過曝光處理的樣品進(jìn)行顯影和定影，得到相應(yīng)的光刻膠光柵形貌； 步驟11 對樣品進(jìn)行后烘，利用等離子體去膠機(jī)去除底膠； 步驟12 將已后烘的樣品放入反應(yīng)離子刻蝕設(shè)備的反應(yīng)室內(nèi)； 步驟13 通過氣體質(zhì)量流量計(jì)控制反應(yīng)氣體的流量、射頻功率及反應(yīng)氣壓； 步驟14 調(diào)節(jié)刻蝕時間，實(shí)現(xiàn)光刻膠光柵到feiSb材料系中的光柵轉(zhuǎn)移。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備(iaSb基分布反饋激光器中光柵的方法，其特征在于，步驟2中所述預(yù)熱，時間為30-60分鐘。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備(iaSb基分布反饋激光器中光柵的方法，其特征在于，步驟8中所述勻膠，是先預(yù)甩3000轉(zhuǎn)/分，再勻甩5000轉(zhuǎn)/分，光刻膠為S9912光刻膠，光刻膠厚為120nm。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備(iaSb基分布反饋激光器中光柵的方法，其特征在于，步驟9中所述全息曝光系統(tǒng)是325nm全息曝光系統(tǒng)，且該全息曝光系統(tǒng)中He-Cd激光器的功率為50mW。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備(iaSb基分布反饋激光器中光柵的方法，其特征在于，步驟10中所述對經(jīng)過曝光處理的樣品進(jìn)行顯影和定影，顯影液為四甲基氫氧化銨去離子水=1 4(體積比)混合成的顯影液。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備(iaSb基分布反饋激光器中光柵的方法，其特征在于，步驟11中所述后烘是在120°C烘箱中烘20分鐘；所述利用等離子體去膠機(jī)去除底膠，所用功率為9W。
11.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備(iaSb基分布反饋激光器中光柵的方法，其特征在于，步驟12中所述反應(yīng)離子刻蝕設(shè)備為PlasmaLab SystemlOO型ICP刻蝕系統(tǒng)。
12.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備(iaSb基分布反饋激光器中光柵的方法，其特征在于，步驟13中所述反應(yīng)氣體的流量為30SCCm，射頻功率為20W，反應(yīng)氣壓為4mTorr。
13.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備(iaSb基分布反饋激光器中光柵的方法，其特征在于，步驟14中所述調(diào)節(jié)刻蝕時間為12秒。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種制備GaSb基分布反饋激光器中光柵的系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)包括一全息曝光系統(tǒng)，用于材料表面光刻膠光柵的制備；一反應(yīng)離子刻蝕設(shè)備，用于實(shí)現(xiàn)光刻膠光柵到GaSb材料系中的光柵轉(zhuǎn)移。本發(fā)明提供的這種制備GaSb基DFB激光器中光柵的ICP刻蝕系統(tǒng)及方法，通過調(diào)節(jié)刻蝕用氣體種類與流量、ICP功率、偏壓功率與腔室氣壓，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果對ICP刻蝕過程進(jìn)行調(diào)整與優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了光刻膠光柵在GaSb材料系中的良好轉(zhuǎn)移。
文檔編號H01S5/12GK102545044SQ20121003764
公開日2012年7月4日 申請日期2012年2月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月17日
發(fā)明者宋國鋒, 張晶, 徐云, 王永賓, 陳良惠 申請人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所