[發(fā)明專利]利用半導(dǎo)體激光器實(shí)現(xiàn)全息光刻的裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202211042313.4
• 申請(qǐng)日: 2022-08-29
• 公開（公告）號(hào): CN115373229A
• 公開（公告）日: 2022-11-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 尚向軍;牛智川;倪海橋;蘇向斌;王國(guó)偉;劉汗青;李叔倫;戴德琰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所
• 主分類號(hào): G03F7/20
• 分類號(hào): G03F7/20
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 張博

本發(fā)明公開了一種利用半導(dǎo)體激光器實(shí)現(xiàn)全息光刻的裝置，可以應(yīng)用于半導(dǎo)體光電器件技術(shù)領(lǐng)域。該裝置包括：激光發(fā)射組件，檢測(cè)組件和干涉裝置。激光發(fā)射組件包括：藍(lán)光激光二極管，準(zhǔn)直透鏡，驅(qū)動(dòng)/溫控模塊，光柵構(gòu)成光柵外腔結(jié)構(gòu)，用于產(chǎn)生并輸出單縱模藍(lán)光激光；檢測(cè)組件，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)單縱模藍(lán)光激光的光譜和光強(qiáng)；干涉裝置，用于利用單縱模藍(lán)光激光對(duì)實(shí)驗(yàn)樣片執(zhí)行全息光刻工藝。本發(fā)明通過光柵外腔結(jié)構(gòu)產(chǎn)生與輸出單縱模藍(lán)光激光，并實(shí)現(xiàn)了單縱模藍(lán)光激光應(yīng)用到全息光刻技術(shù)，其裝置簡(jiǎn)便，可進(jìn)行小區(qū)域的布拉格光柵制備，適用于分布式反饋激光器研制，促進(jìn)其產(chǎn)業(yè)應(yīng)用，同時(shí)也促進(jìn)藍(lán)紫光至紫外光半導(dǎo)體激光二極管的研發(fā)和應(yīng)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體光電器件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用半導(dǎo)體激光器實(shí)現(xiàn)全息光刻的裝置。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)脊波導(dǎo)邊發(fā)射半導(dǎo)體激光器可集成分布式反饋Bragg(布拉格)光柵結(jié)構(gòu)(DFB)實(shí)現(xiàn)單縱模激光，其線寬窄、可調(diào)諧、易攜帶，是光電信息領(lǐng)域一類重要器件。

Bragg光柵周期通常為200～300nm，傳統(tǒng)光刻很難實(shí)現(xiàn)，為設(shè)計(jì)出該范圍的光柵周期，通常要用電子束光刻逐點(diǎn)掃描制備，從而引入加工慢、成本高和寫場(chǎng)拼接問題。激光全息光刻技術(shù)可實(shí)現(xiàn)Bragg光柵的簡(jiǎn)便制備，但需要用功率高、相干性好的325nm HeCr激光器；為保持較高的空間相干性，該類激光器還需要用針孔進(jìn)行空間濾波，且針孔距離樣片很遠(yuǎn)，因此激光功率使用率低。在半導(dǎo)體激光器中，近年來出現(xiàn)一種集成體Bragg光柵進(jìn)行選模和穩(wěn)頻的單頻激光器，相干長(zhǎng)度達(dá)1米，但其整體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于上述問題，本發(fā)明提供了一種利用半導(dǎo)體激光器實(shí)現(xiàn)全息光刻的裝置，利用光柵構(gòu)造外腔結(jié)構(gòu)以產(chǎn)生單縱模激光，降低光纖模式色散導(dǎo)致的相干性，采用干涉裝置實(shí)現(xiàn)小區(qū)域激光全息光刻。

根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施例，提供一種利用半導(dǎo)體激光器實(shí)現(xiàn)全息光刻的裝置，包括：

激光發(fā)射組件，包括：

藍(lán)光激光二極管，適用于產(chǎn)生激光光束；

準(zhǔn)直透鏡，適用于將上述激光光束轉(zhuǎn)為第一準(zhǔn)平行光束，還適用于將外腔激光光束轉(zhuǎn)為第二準(zhǔn)平行光束；

驅(qū)動(dòng)/溫控模塊，適用于對(duì)上述藍(lán)光激光二極管產(chǎn)生大小可調(diào)的驅(qū)動(dòng)電流，并通過半導(dǎo)體熱電制冷部件和風(fēng)扇/散熱片散熱部件進(jìn)行溫度控制，使上述藍(lán)光激光二極管穩(wěn)定工作；同時(shí)提供上述藍(lán)光激光二極管和上述準(zhǔn)直透鏡的同軸安裝基座；

光柵，其構(gòu)造為反射式周期刻線光柵，適用于對(duì)上述第一準(zhǔn)平行光束產(chǎn)生多階衍射，包括負(fù)一階衍射、零階衍射、以及正一階衍射；上述負(fù)一階衍射再次入射到上述藍(lán)光激光二極管中，以對(duì)上述藍(lán)光激光二極管提供光反饋形成光柵外腔結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生上述外腔激光光束；上述負(fù)一階衍射還適用于利用模式競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制在上述光柵外腔結(jié)構(gòu)內(nèi)進(jìn)行選模，以使得上述第二準(zhǔn)平行光束被分立為單縱模藍(lán)光激光，上述零階衍射適用于輸出上述單縱模藍(lán)光激光；

成像光譜儀，適用于基于上述正一階衍射實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)上述單縱模藍(lán)光激光的光譜以及光強(qiáng)；以及

干涉裝置，適用于利用來自于上述激光發(fā)射組件的單縱模藍(lán)光激光對(duì)實(shí)驗(yàn)樣片執(zhí)行全息光刻工藝。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，上述光柵是通過在平面鏡上制備單層金屬鋁層，并利用光柵母版機(jī)械加工周期刻線形成的；上述第一準(zhǔn)平行光束入射到光柵周期刻線上產(chǎn)生反射式光衍射；在光程差為入射光波長(zhǎng)整數(shù)倍的方向上產(chǎn)生的上述光衍射干涉增強(qiáng)，使得上述第一準(zhǔn)平行光束產(chǎn)生多階衍射。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，上述負(fù)一階衍射還適用于利用模式競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制在上述光柵外腔結(jié)構(gòu)內(nèi)進(jìn)行選模，以使得上述第二準(zhǔn)平行光束被分立為單縱模藍(lán)光激光，包括：