分布反饋激光器中基于納米壓印光柵干法刻蝕的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于半導體激光器技術領域，設計干法刻蝕工藝，具體地說涉及一種分布反饋激光器中基于納米壓印光柵干法刻蝕的方法。
【背景技術】
[0002]普通結構的F-P腔半導體激光器，即使在直流狀態(tài)下能實現單縱模工作，但在高速調制狀態(tài)下就會發(fā)生光譜展寬。實現動態(tài)單縱模工作的最有效的方法之一，就是在半導體激光器內部建立一個布拉格光柵，靠光的反饋來實現縱模選擇。單縱模分布反饋(DFB)激光器的就是這樣一種半導體激光器，其分布反饋的強弱與光柵的級數，光柵形狀、深度，光柵的占空比等因素有關?；诩{米壓印制作的光柵可以小到一般光刻達不到的光柵周期，即利用納米壓印可以得到一般光刻得不到的一級光柵。但是，對壓印光柵的刻蝕又是光柵制作中極其重要的一步，正確的刻蝕方法才能夠保證光柵的深度、形狀等?；瘜W濕法腐蝕技術很早就已應用于各種半導體材料的圖形轉移，然而一般的濕法腐蝕刻制光柵，大面積上的均勻性較差，成品率和重復性不好，光柵深度有限。為了克服濕法腐蝕的缺點，近年來采用的干法刻蝕工藝使激光器的制作成品率和器件性能都得到了提高。
[0003]干法刻蝕又分為物理干法刻蝕和化學干法刻蝕。物理刻蝕具有很好的離子方向性，可刻蝕出垂直的側面形貌。但物理刻蝕過程中掩膜與被刻蝕的材料會同時被刻蝕?；瘜W干法刻蝕也稱為等離子刻蝕(PE)，它具有對基底材料和掩膜刻蝕高選擇比的特點，但同時也有各向同性的缺點。因此，目前最廣泛使用的干法刻蝕是結合物理性離子轟擊和化學反應的干法刻蝕。本次實驗中采用的是三種氣體的混合氣體，使用CH4和H2混合氣體對材料進行反應離子腐蝕，采用Ar作為轟擊離子可以激活樣品表面，刺激揮發(fā)性產生物的形成和吸收，同時這些氣體還可以作為稀釋劑，減少聚合物的沉積。
[0004]刻蝕完成后對殘余光刻膠的清除同樣很重要，如果在外延片中留有膠狀物不僅影響激光器的出光效率還可能會降低器件的光學災變損傷(COD)閾值，使器件的可靠性受到了很大的降低。采用氧等離子體對外延片進行清潔處理，可以有效的去除納米壓印膠和刻蝕過程中生成的聚合物。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種分布反饋激光器中基于納米壓印光柵干法刻蝕的方法，該方法制作出帶有內置光柵的分布反饋激光器，從而使得激光器穩(wěn)定地單縱模工作。
[0006]為了實現上述目的，本發(fā)明提供一種分布反饋激光器中基于納米壓印光柵干法刻蝕的方法，包括如下步驟:
[0007]步驟1:取一外延片；
[0008]步驟2:在該外延片的表面涂覆光刻膠，通過納米壓印工藝，在該外延片表面的光刻膠上制作出光柵圖形；
[0009]步驟3:清潔感應親合等離子體反應室；
[0010]步驟4:將制作有光柵圖形的外延片放入感應耦合等離子體反應室中進行刻蝕，刻蝕出壓印的光柵圖形；
[0011]步驟5:使用氧等離子體對外延片表面進行清潔處理；
[0012]步驟6:把清潔處理后的外延片放入負膠去膜劑中加熱處理，然后再用異丙醇進行清潔，完成制備。
[0013]本發(fā)明的有益效果是良好地制作出分布反饋激光器，保證激光器在高速調制等不同條件下穩(wěn)定地單縱模工作。普通的F-P激光器雖然在直流工作狀態(tài)下能夠獲得單縱模工作，但是其縱模譜寬很寬，隨著溫度、電流等因素的光譜漂移也很大，一定程度上限制了其應用。分布反饋半導體激光器很好的解決了這種問題。
【附圖說明】
[0014]為進一步說明本發(fā)明的技術內容，以下結合實施例及附圖詳細說明如后，其中:
[0015]圖1是本發(fā)明的方法流程圖。
【具體實施方式】
[0016]請參閱圖1所示，本發(fā)明提供一種分布反饋激光器中基于納米壓印光柵干法刻蝕的方法，包括如下步驟:
[0017]步驟1:取一個完成一次外延的GaAs襯底片，其光柵層的材料為GalnP，厚度約為10nm0
[0018]步驟2:在該外延片的表面涂覆光刻膠，通過納米壓印工藝，這里采用的是紫外壓印的方法，在該外延片表面的光刻膠上制作出光柵圖形。
[0019]步驟3:清潔感應耦合等離子體反應室，保證實驗的可重復性，減小外部污染等帶來的不利影響。首先使用02和SF 6的混合氣體處理3分鐘，再使用02處理3分鐘，這種處理方法主要是清除腔室中殘余的有機聚合物等污染物。清潔時使用的射頻功率為100W、感應耦合功率為1500W ；
[0020]步驟4:將制作有光柵圖形的外延片放入已經清潔完畢的感應耦合等離子體反應室中準備刻蝕。
[0021]刻蝕時向感應耦合等離子體反應室中充入的反應氣體為Ar/CH4/H2的混合氣體。Ar氣一般作為輔助氣體，一方面利用其物理轟擊作用減少反應過程中的聚合物的沉積，另一方面，提升刻蝕后的樣品表面平整度。同時加入Ar氣也使工作氣體更容易起輝。但是Ar氣流量太大會造成物理刻蝕嚴重，影響光柵的圖形深度，因此這里選用Ar氣的流量為6sccm0
[0022]調整014和H2的相互比例，可以改善刻蝕過程中的各向異性，通過一系列的實驗，我們采用的CH4的流量為7SCCm、Hd^流量為20sCCm，以達到最佳的刻蝕形狀。
[0023]刻蝕時反應室中的壓強設為60mTorr，射頻功率為150W，感應耦合功率為O。這里僅加射頻功率，是為了保持低的刻蝕速率，以避免對掩膜的快速消耗。
[0024]最后設定刻蝕時間為2min20secs，完成準備工作后，對外延片進行刻蝕。
[0025]步驟5:使用氧等離子體對外延片表面進行清潔處理，這次外延后的清潔主要是為了去除外延片表面生成的聚合物和光刻膠。清潔氣體為O2，其流量為30SCCm，添加的射頻功率為10W，感應耦合功率為O。
[0026]步驟6:把刻蝕好的外延片放入聚四氟容器中，倒入負膠去膜劑，加熱至微沸保持12-15分鐘，以去除殘余的光刻膠。接著清洗負膠去膜劑，首先用去離子水把外延片沖洗干凈，然后用異丙醇清洗，最后用甩膠機甩干，完成二次外延前處理。
[0027]制備好的GaInP材料的光柵周期約為148nm，光柵條寬約為56nm，光柵深度為50nm左右，填充因子約為38%。
[0028]以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種分布反饋激光器中基于納米壓印光柵干法刻蝕的方法，包括如下步驟: 步驟1:取一外延片； 步驟2:在該外延片的表面涂覆光刻膠，通過納米壓印工藝，在該外延片表面的光刻膠上制作出光柵圖形； 步驟3:清潔感應親合等離子體反應室； 步驟4:將制作有光柵圖形的外延片放入感應耦合等離子體反應室中進行刻蝕，刻蝕出壓印的光柵圖形； 步驟5:使用氧等離子體對外延片表面進行清潔處理； 步驟6:把清潔處理后的外延片放入負膠去膜劑中加熱處理，然后再用異丙醇進行清潔，完成制備。2.根據權利要求1所述的分布反饋激光器中基于納米壓印光柵干法刻蝕的方法，其中清潔感應耦合等離子體反應室時，先用02和SF 6的混合氣體處理3分鐘，再使用O 2處理3分鐘，以確保反應室清潔。3.根據權利要求1所述的分布反饋激光器中基于納米壓印光柵干法刻蝕的方法，其中清潔感應耦合等離子體反應室時采用的射頻功率為100W、感應耦合功率為1500W。4.根據權利要求1所述的分布反饋激光器中基于納米壓印光柵干法刻蝕的方法，其中刻蝕時向感應耦合等離子體反應室中充入的反應氣體為Ar/CH4/H2的混合氣體。5.根據權利要求1所述的分布反饋激光器中基于納米壓印光柵干法刻蝕的方法，其中Ar/CH4/H2的混合氣體中Ar的流量為6sccm、CH 4的流量為780011、!12的流量為20sccm。6.根據權利要求1所述的分布反饋激光器中基于納米壓印光柵干法刻蝕的方法，其中刻蝕時反應室中的壓強為50-60mTorr。7.根據權利要求1所述的分布反饋激光器中基于納米壓印光柵干法刻蝕的方法，其中刻蝕時反應室中射頻功率為150W，感應耦合功率為O。8.根據權利要求7所述的分布反饋激光器中基于納米壓印光柵干法刻蝕的方法，其中刻蝕的反應時間是2-3min。9.根據權利要求1所述的分布反饋激光器中基于納米壓印光柵干法刻蝕的方法，其中對外延片表面進行清潔處理時02的流量為20-40SCCm，射頻功率為100W，感應耦合功率為O。10.根據權利要求1所述的分布反饋激光器中基于納米壓印光柵干法刻蝕的方法，其中負膠去膜劑的加熱時間為12-15分鐘。
【專利摘要】一種分布反饋激光器中基于納米壓印光柵干法刻蝕的方法，包括如下步驟：步驟1：取一外延片；步驟2：在該外延片的表面涂覆光刻膠，通過納米壓印工藝，在該外延片表面的光刻膠上制作出光柵圖形；步驟3：清潔感應耦合等離子體反應室；步驟4：將制作有光柵圖形的外延片放入感應耦合等離子體反應室中進行刻蝕，刻蝕出壓印的光柵圖形；步驟5：使用氧等離子體對外延片表面進行清潔處理；步驟6：把清潔處理后的外延片放入負膠去膜劑中加熱處理，然后再用異丙醇進行清潔，完成制備。利用本方法制作出帶有內置光柵的分布反饋激光器，從而使得激光器穩(wěn)定地單縱模工作。
【IPC分類】H01S5/12
【公開號】CN104901160
【申請?zhí)枴緾N201510338379
【發(fā)明人】張奇, 趙懿昊, 董振, 劉素平, 馬驍宇
【申請人】中國科學院半導體研究所
【公開日】2015年9月9日
【申請日】2015年6月17日