[發明專利]一種制備GaSb基分布反饋激光器中光柵的系統及方法

無效

• 申請號: 201210037646.8
• 申請日: 2012-02-17
• 公開（公告）號: CN102545044A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 王永賓;張晶;徐云;宋國鋒;陳良惠
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: H01S5/12
• 分類號: H01S5/12
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 宋焰琴

技術領域

本發明涉及半導體技術領域，主要是一種制備GaSb基分布反饋(DFB)激光器中光柵的系統及方法。

背景技術

隨著科學技術的發展，中紅外2-5μm波段的半導體激光器得到了越來越多的關注。2-5μm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，可以廣泛應用于大氣污染監測、氣體檢測等民用項目；而工作在該波段的大功率激光器可期望在激光雷達、光電對抗等軍用項目中發揮更好的應用效果。傳統的Si基、GaAs基材料系帶隙比較寬，不能滿足對波長的要求。而GaSb材料有先天的優勢，銻化物具有相對較窄的帶隙，與襯底晶格匹配的GaInAsSb/AlGaAsSb禁帶寬度可以覆蓋從1.7到4.4μm的波段，因此四元銻化物的一類量子阱激光器已經成為最具競爭力的主要研究對象。

進入21世紀以來，大功率的銻化物激光器得到了較快的發展。Stony?Brook大學研制的2μm?F-P腔激光器在室溫連續模式下的出光功率達到2W。國內長春理工大學和中國科學院半導體研究所研制了2μm的F-P腔激光器，已實現了室溫連續激射，出光功率分別達到42mW和81mW。然而由于GaSb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制作耦合光柵。電子束曝光技術可以保證精度且參數調節方便，但是電子束曝光中相干區域尺寸較小，難以制備腔長較長的激光器；而且電子束曝光設備昂貴，使用方便性受到了極大的限制。

在本發明中，通過對勻膠速率、曝光時間以及顯影時間的優化設計，實現了GaSb基DFB激光器中大尺寸光刻膠光柵的制備。在此基礎上，本發明研究了實現光柵轉移的反應離子刻蝕技術(ICP)。通過調節刻蝕用氣體種類與流量、ICP功率、偏壓功率與腔室氣壓，并結合實驗結果對ICP刻蝕過程進行調整與優化，實現了GaSb基DFB激光器中光柵的良好制備。

發明內容

(一)要解決的技術問題

有鑒于此，本發明的主要目的在于提供一種制備GaSb基DFB激光器中光柵的系統及方法，以實現較大尺寸光柵的制備。

(二)技術方案

為達到上述目的，本發明提供了一種制備GaSb基分布反饋激光器中光柵的系統，包括：一全息曝光系統，用于材料表面光刻膠光柵的制備；一反應離子刻蝕設備，用于實現光刻膠光柵到GaSb材料系中的光柵轉移。

上述方案中，所述全息曝光系統包括：一光學平臺，用于放置全息曝光系統；一激光器，用于提供相干光束；一光開關，用于透過或阻擋光束，從而實現曝光時間長短的控制；一擴束鏡，用于實現激光光束直徑和發散角的調節；一針孔，用于濾掉光束的高次諧波；一準直鏡，用于使由針孔出射的光束準直形成平行光；一旋轉臺，由準直鏡形成的平行光一部分直接照射在固定于旋轉臺的樣品上，另一部分光經由旋轉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，所述反應離子刻蝕設備為PlasmaLab?System100型ICP刻蝕系統。

為達到上述目的，本發明還提供了一種制備GaSb基DFB激光器中光柵的方法，包括：步驟1：調節光學平臺，使光學平臺的臺面平行于水平面；步驟2：打開激光器的電源，并預熱；步驟3：調節激光器的出光光束與光學平臺的臺面平行；步驟4：調節旋轉臺，使激光能夠射到旋轉臺上的反射鏡的中心，調節旋轉臺的偏轉角和傾仰角，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：調節準直鏡的高低，其偏轉角和傾仰角使得從準直鏡返回的光束能經過針孔的小孔；步驟6：調節擴束鏡的位置，使擴束鏡與準直鏡的距離為擴束鏡焦距與準直鏡焦距之和；步驟7：調節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GaSb基DFB激光器材料表面用勻膠臺進行勻膠；步驟9：采用全息曝光系統進行相應劑量的曝光，降低空氣擾動與外界震動的影響，以提高曝光的穩定性；步驟10：對經過曝光處理的樣品進行顯影和定影，得到相應的光刻膠光柵形貌；步驟11：對樣品進行后烘，利用等離子體去膠機去除底膠；步驟12：將已后烘的樣品放入反應離子刻蝕設備的反應室內；步驟13：通過氣體質量流量計控制反應氣體的流量、射頻功率及反應氣壓；步驟14：調節刻蝕時間，實現光刻膠光柵到GaSb材料系中的光柵轉移。

(三)有益效果

從上述技術方案可以看出，本發明具有以下有益效果：