吸收型增益耦合分布反馈激光器的制作方法
专利汇可以提供吸收型增益耦合分布反馈激光器的制作方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种吸收型增益耦合分布反馈 激光器 的制作方法，包括如下步骤：在砷化镓或磷化铟衬底上大面积沉积一层 二 氧 化 硅 薄膜 ；在 二氧化硅 薄膜上涂一层 光刻 胶 ；将光刻胶曝光并显影得到光刻胶布拉格光栅掩模；以光刻胶布拉格光栅掩模充当掩蔽， 刻蚀 二氧化硅薄膜，得到二氧化硅布拉格光栅掩模；以光刻胶布拉格光栅掩模和二氧化硅布拉格光栅掩模一起充当掩蔽，对砷化镓或磷化铟衬底进行刻蚀，在砷化镓或磷化铟衬底上得到布拉格光栅；去掉光刻胶布拉格光栅掩模，保留二氧化硅布拉格光栅掩模； 外延 生长 吸收层，填充布拉格光栅的低凹的部分，以形成吸收型增益耦合分布反馈布拉格光栅；去掉二氧化硅布拉格光栅掩模；在吸收型增益耦合分布反馈布拉格光栅上二次外延依次生长下分别限制层、有源区、上分别限制层、盖层和 接触 层。，下面是吸收型增益耦合分布反馈激光器的制作方法专利的具体信息内容。
1、一种吸收型增益耦合分布反馈激光器的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)在砷化镓或磷化铟衬底上大面积沉积一层二氧化硅薄膜；(2)在二氧化硅薄膜上涂一层光刻胶；(3)将光刻胶曝光并显影得到光刻胶布拉格光栅掩模；(4)以光刻胶布拉格光栅掩模充当掩蔽，刻蚀二氧化硅薄膜，得到二氧化硅布拉格光栅掩模；(5)以光刻胶布拉格光栅掩模和二氧化硅布拉格光栅掩模一起充当掩蔽，对砷化镓或磷化铟衬底进行刻蚀，在砷化镓或磷化铟衬底上得到布拉格光栅；(6)去掉光刻胶布拉格光栅掩模，保留二氧化硅布拉格光栅掩模；(7)外延生长吸收层，填充布拉格光栅的低凹的部分，以形成吸收型增益耦合分布反馈布拉格光栅；(8)去掉二氧化硅布拉格光栅掩模；(9)在吸收型增益耦合分布反馈布拉格光栅上二次外延依次生长下分别限制层、有源区、上分别限制层、盖层和接触层。
2、 根据权利要求1所述的吸收型增益耦合分布反馈激光器的制作方 法，其特征在于，其中二氧化硅薄膜的厚度小于100纳米。
3、 根据权利要求1所述的吸收型增益耦合分布反馈激光器的制作方 法，其特征在于，其中步骤(3)中的曝光采用全息曝光技术或者电子束曝 光技术。
4、 根据权利要求1所述的吸收型增益耦合分布反馈激光器的制作方 法，其特征在于，其中步骤(5)中的刻蚀采用湿法刻蚀和干法刻蚀相结合， 干法刻蚀采用电子回旋共振等离子体刻蚀技术、反应离子刻蚀技术或者感 应耦合等离子体刻蚀技术。
5、 根据权利要求1所述的吸收型增益耦合分布反馈激光器的制作方 法，其特征在于，其中光刻胶布拉格光栅掩模的周期和所需要的激射波长 对应。
6、 根据权利要求1所述的吸收型增益耦合分布反馈激光器的制作方 法，其特征在于，其中外延生长吸收层时，要求控制生长的时间，使得吸 收层正好填平布拉格光栅的低凹的部分。
7、 根据权利要求1或6所述的吸收型增益耦合分布反馈激光器的制 作方法，其特征在于，其中吸收层材料的能量带隙要求小于设计的有源区 激射波长所对应的能量带隙。
吸收型增益耦合分布反馈激光器的制作方法
技术领域
背景技术
降低了发光效率。如果将制作在分别限制层上的传统透明光栅改变成具有 吸收作用的吸收型光栅，则可以得到吸收型增益耦合分布反馈布拉格光
吸收型增益耦合分布反馈光栅的制备过程中有两个关键的步骤。其一 就是在半导体外延片上刻制所需要的布拉格光栅，要求可以精确控制布拉 格光栅的周期、深度以及形状。 一般通过对涂在外延片表面的光刻胶曝光 显影得到布拉格光栅图形，然后以光刻胶的布拉格光栅图形作为掩模利用 干湿法刻蚀工艺在半导体外延片上刻制形成周期布拉格光栅。由于一般光 刻胶的抗干湿法刻蚀性能并不是十分好，所以在对半导体外延片进行刻蚀 的时候，所刻制布拉格光栅的深度和均匀性受到限制，这一点不利于提高 分布反馈激光器的性能。第二个关键步骤是在刻制了布拉格光栅的外延片 表面外延生长掩埋填充层。由于在升温过程中光栅表面的半导体化合物存 在挥发迁移作用，所以布拉格光栅的深度变浅，形状也会发生改变，这一 问题将严重影响光栅的反馈性能，甚至使得光栅失去反馈作用。目前主要 是通过改变在光栅表面的外延生长的条件来抑止光栅表面的半导体化合
物挥发(参考:①J. Crystal Growth, 1998， Vol. 195， P. 503-509和② J. Crystal Growth, 2003， Vol. 248， P. 384-389)。通过这种途径一般只 能起到减缓光栅表面的半导体化合物挥发的作用，如果想完全解决这个问 题还有待改进。本发明主要目的就是为了解决在制作分布反馈激光器布拉 格光栅过程中上述两个关键步骤中存在的问题。
发明内容
(1) 在砷化镓或磷化铟衬底上大面积沉积一层二氧化硅薄膜；
(2) 在二氧化硅薄膜上涂一层光刻胶；
(3) 将光刻胶曝光并显影得到光刻胶布拉格光栅掩模；
(4) 以光刻胶布拉格光栅掩模充当掩蔽，刻蚀二氧化硅薄膜，得到二 氧化硅布拉格光栅掩模；
(5) 以光刻胶布拉格光栅掩模和二氧化硅布拉格光栅掩模一起充当掩 蔽，对砷化镓或磷化铟衬底进行刻蚀，在砷化镓或磷化铟衬底上得到布拉 格光栅；
(6) 去掉光刻胶布拉格光栅掩模，保留二氧化硅布拉格光栅掩模；
(7) 外延生长吸收层，填充布拉格光栅的低凹的部分，以形成吸收型 增益耦合分布反馈布拉格光栅；
(8) 去掉二氧化硅布拉格光栅掩模；
(9) 在吸收型增益耦合分布反馈布拉格光栅上二次外延依次生长下分 别限制层、有源区、上分别限制层、盖层和接触层。
其中二氧化硅薄膜的厚度小于100纳米。
其中步骤(3)中的曝光采用全息曝光技术或者电子束曝光技术。 其中步骤(5)中的刻蚀采用湿法刻蚀和干法刻蚀相结合，干法刻蚀采
用电子回旋共振等离子体刻蚀技术、反应离子刻蚀技术或者感应耦合等离
子体刻蚀技术。
其中光刻胶的布拉格光栅掩模的周期和所需要的激射波长对应。 其中外延生长吸收层时，要求控制生长的时间，使得吸收层正好填平
布拉格光栅的低凹的部分。
其中吸收层材料的能量带隙要求小于设计的有源区激射波长所对应
的能量带隙。
附图说明
为了进一步说明本发明的内容，下面结合附图及实例对本发明进行详细的描述，其中：
图1是在外延片上沉积了氧化物介质薄膜后的示意图；
图2是在外延片上涂了光刻胶后的示意图；
图3是刻制了光刻胶布拉格光栅掩模后的示意图；
图4是刻制了氧化物介质布拉格光栅掩模后的示意图；
图5是在外延片表面刻制了布拉格光栅后的示意图；
图6是去掉光刻胶布拉格光栅掩模后的示意图；
图7是生长了吸收型增益耦合分布反馈布拉格光栅的吸收层后的示意
图；
图8是去掉氧化物介质布拉格光栅掩模后的示意图； 图9是二次外延后的外延片的结构示意图。 具体实施方式
请参阅图1至图9，本发明一种吸收型增益耦合分布反馈激光器的制 作方法，包括如下步骤：
(1) 在外延衬底1上大面积沉积一层氧化物介质薄膜2(见图1);该外 延衬底1采用砷化镓或者磷化铟化合物半导体材料；该氧化物介质薄膜2 的厚度小于100纳米，该氧化物介质薄膜2采用二氧化硅或者氮化硅材料;
(2) 在已经沉积了氧化物介质薄膜2的外延片上涂一层光刻胶3(见图
2);
(3) 将光刻胶曝光并显影得到光刻胶的布拉格光栅掩模4 (见图3);所 述光刻胶曝光并显影得到光刻胶的布拉格光栅掩模4，该曝光采用全息曝 光技术或者电子束曝光技术；其中光刻胶的布拉格光栅掩模4的周期和所 需要的激射波长对应；
(4) 以光刻胶布拉格光栅掩模4充当掩蔽，刻蚀氧化物介质薄膜2，得 到氧化物介质的布拉格光栅掩模5(见图4);
(5) 以光刻胶布拉格光栅掩模4和氧化物介质布拉格光栅掩模5 —起 充当掩蔽，对半导体化合物进行刻蚀，在外延片上得到布拉格光栅6(见图 5);其中的刻蚀是湿法和干法相结合对外延片进行刻，干法刻蚀采用电子 回旋共振等离子体刻蚀、反应离子刻蚀或者感应耦合等离子体刻蚀技术；
(6) 去掉外延片上的光刻胶布拉格光栅掩模4(见图6)，保留氧化物介
质布拉格光栅掩模5;
(7) 在保留氧化物介质布拉格光栅掩模5的外延片上，外延生长吸收
型增益耦合分布反馈布拉格光栅的吸收层7(见图7)，填充光栅的低凹的 部分；
(8) 去掉外延片上的氧化物介质布拉格光栅掩模5(见图8);
(9) 在生长了吸收层7的外延片上二次外延依次生长下分别限制层8、 有源区9、上分别限制层IO、盖层11和接触层12(见图9)。
其中生长吸收层7时，要求控制生长的时间，使得吸收层7正好填平 前面刻制的布拉格光栅的低凹部分；该吸收层7材料的能量带隙要求小于 设计的有源区激射波长所对应的能量带隙。 实施例
请再参阅图l至图9所示：
(1) 如图1所示，在外延衬底1上大面积沉积一层二氧化硅氧化物介 质薄膜2。外延衬底1可以是砷化镓或者磷化铟材料，实施例中选用磷化 铟材料。氧化物介质薄膜2可以采用二氧化硅或者氮化硅材料，实施例中 选用了二氧化硅。这一层二氧化硅氧化物介质薄膜2将用来制作布拉格光 栅掩模。因为二氧化硅氧化物介质薄膜2相对于传统的光刻胶3而言，在 光栅的刻制过程中更加稳定，具有更好的掩蔽作用，可以刻制出形貌合适 的布拉格光栅。另外，由于化合物半导体很难在二氧化硅介质上生长，所 以二氧化硅介质的布拉格格光栅掩模5还可以作为生长化合物半导体的掩 模使用。二氧化硅氧化物介质薄膜2的厚度大小直接影响布拉格光栅的制 作效果， 一般小于100纳米，实施例中为20纳米；
(2) 如图2所示，在已经沉积了二氧化硅氧化物介质薄膜2的外延片 上甩胶，涂上一层光刻胶3。这一层光刻胶3在后面将用来制作布拉格光 栅掩模4;
(3) 如图3所示，对外延片上的光刻胶3进行曝光并显影得到所需要 的光刻胶的布拉格光栅掩模4。曝光方法可以采用全息曝光或者电子束曝 光技术。全息曝光技术一次曝光只能形成一种周期的光栅图形，设备比较 便宜。电子束曝光技术则可以一次形成不同周期的光栅图形，但是设备比 较昂贵。此处采用全息曝光技术。光栅周期与所需要的激射波长相对应。 此处的光刻胶的布拉格光栅掩模4的质量至关紧要，将被用来充当在氧化 物介质薄膜2上刻制光栅的掩模；
(4) 如图4所示，以光刻胶布拉格光栅掩模4充当掩蔽，湿法刻蚀二 氧化硅氧化物介质薄膜2，得到二氧化硅氧化物介质的布拉格光栅掩模5。 因为二氧化硅氧化物介质薄膜2的厚度很小，在湿法腐蚀的过程中，需要 做几次试验来确定最佳腐蚀条件，才能得到合适的二氧化硅氧化物介质的 布拉格光栅掩模。氧化物介质布拉格光栅掩模5相对于光刻胶布拉格光栅 掩模4而言，在刻制光栅的过程中更稳定，所以可以更好的控制所刻制光 栅的形状和深度；
(5) 如图5所示，以光刻胶布拉格光栅掩模4和氧化物介质布拉格光栅 掩模5—起充当掩蔽，对半导体化合物进行刻蚀，在外延片刻制出布拉格 光栅6。将干法刻蚀工艺和湿法刻蚀工艺结合起来运用，有利于在半导体 外延片上刻制得到高质量的布拉格光栅。干法刻蚀工艺可以选取反应离子 刻蚀工艺或者电子回旋共振等离子体刻蚀工艺等诸多方法，此处选取电子 回旋共振等离子体刻蚀工艺。经过干法刻蚀，得到布拉格光栅的基本形貌 后，将外延片放入湿法刻蚀溶液中浸泡一定的时间，目的是使布拉格光栅 表面变平滑。由于采用了二氧化硅布拉格光栅掩模，所以此处光栅的刻制 深度可以更大，而且可以保持很好的光栅形貌；
(6) 如图6所示，去掉外延片上的光刻胶布拉格光栅掩模4，保留二氧 化硅氧化物介质布拉格光栅掩模5。保留的二氧化硅氧化物介质布拉格光 栅掩模在外延生长吸收层时将充当掩蔽；
(7) 如图7所示，在保留氧化物介质布拉格光栅掩模5的外延片上， 外延生长吸收型增益耦合光栅的吸收层7，填充布拉格光栅6的低凹部分。 此处采用金属有机化学气相沉积方法生长吸收层7。控制生长的时间，使 得吸收层7正好填平前面刻制的布拉格光栅6的低凹部分。吸收层7的能 量带隙小于设计的有源区激射波长所对应的能量带隙，具有一定的吸收作 用。实例中吸收层7为与衬底匹配的能量带隙波长为1. 32微米的铟镓砷 磷材料，用于制作1. 3微米激射波长的吸收型增益耦合分布反馈激光器外 延片。在升温的过程中，由于二氧化硅布拉格光栅介质掩模5的保护作用， 可以抑止半导体化合物的挥发和迁移，使光栅保持原有的形貌。同时，由
于化合物半导体很难在氧化物介质布拉格光栅5表面生长，而容易在化合
物半导体表面生长，所以吸收层7正好生长在布拉格光栅6的低凹部分， 得到理想的吸收型增益耦合分布反馈光栅结构；
(8) 如图8所示,去掉外延片上的氧化物介质布拉格光栅掩模5，准备 进行二次外延生长吸收型增益耦合分布反馈激光器的有源区等部分；
(9) 如图9所示，在生长了吸收层7的外延片上二次外延依次生长下 分别限制层8、有源区9、上分别限制层10、盖层11和接触层12。实例 中，下分别限制层8为与磷化铟衬底匹配的铝铟砷材料，有源区9为激射 波长为1. 31微米的铟镓铝砷多量子阱结构，上分别限制层10与磷化铟衬 底匹配的铝铟砷材料，盖层11为p型磷化铟材料，接触层12为与磷化铟 衬底匹配的p型重掺杂铟镓砷材料。至此内含吸收型增益耦合光栅的分布 反馈激光器外延片就制作完成。
这种内含吸收型增益耦合光栅的分布反馈激光器的特点在于：制作工 艺简单，无需端面抗反射膜；单模选择性不受端面反射率的影响，所以单 模成品率提高；高速动态调制时频率展宽很小；具有单模超短光脉冲发生 的能力。
本发明涉及到吸收型增益耦合分布反馈激光器的制作方法，其最重要 的特点和意义有两点：其一是引入氧化物介质薄膜充当在半导体外延片表 面刻制光栅的掩模，由于氧化物介质掩模相对于光刻胶掩模而言，在刻制 光栅的过程中更稳定，所以可以更好的控制所刻制光栅的形状和深度。另 一点在于，外延片表面光栅刻制完成后，在保留刻制布拉格光栅时的氧化 物介质掩模的条件下，外延生长吸收型增益耦合分布反馈布拉格光栅的吸 收层，从而根本上解决了在刻制了光栅的半导体表面外延生长吸收层时由 于半导体化合物材料的挥发和迁移效应使得光栅变浅和光栅形貌难以保 持的难题。
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