本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)及納米加工領(lǐng)域，進(jìn)一步涉及一種側(cè)邊耦合激光器金屬光柵的制備方法，以及依照該制備方法所制成的光柵，以及包含該光柵的激光器。

背景技術(shù)：

半導(dǎo)體激光器由于體積小、成本低、易于集成等優(yōu)點(diǎn)，在很多領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，如空間通信、氣體探測、激光對抗等。尤其是中紅外2～5μm波段的半導(dǎo)體激光器受到越來越多的關(guān)注，這是由于2～5μm是非常重要的大氣窗口，許多氣體分子的吸收特征譜線都在這個波段內(nèi)，因此對于大氣監(jiān)測、礦井瓦斯氣體探測等民用項(xiàng)目中有很大的應(yīng)用潛力，利用這個波段的半導(dǎo)體激光器制備的可調(diào)諧激光器大氣光譜技術(shù)(tunablediodelaseratmospherespectrum，簡稱tdlas)對各種氣體進(jìn)行監(jiān)測。而在這個波段的半導(dǎo)體激光器工作材料的選擇上，銻化物的帶隙正好覆蓋了1.7～4.4μm的波段，因此銻化物量子阱激光器已經(jīng)成為這一波段最熱門的研究對象。

對于氣體探測的應(yīng)用，由于各種氣體分子的吸收譜線相隔很近有所交疊，因此為了精確檢測，對激光器的光譜有很高的要求，需要有很窄的光譜寬度，且單模激射，而對激光器的功率要求并不是很高，為了達(dá)到這一要求，分布反饋(distributedfeedback，簡稱dfb)激光器是一個很好的選擇，這是由于dfb激光器的單模窄線寬的特性很符合這個要求。

常規(guī)的dfb激光器通常采用二次外延的方式，即在材料外延的過程中，生長到激光器的上限制層后停止生長，制備刻蝕光柵，而后繼續(xù)外延過程完成總體的材料生長。尤其對于銻化物dfb激光器而言，由于限制層有高al組分，這種二次外延的方式將會在材料暴露在空氣中的時候嚴(yán)重氧化，從而影響激光器的性能。為了解決這個問題，側(cè)邊耦合光柵應(yīng)運(yùn) 而生，即一次性完成激光器外延結(jié)構(gòu)的生長，在激光器制備工藝過程中，在刻蝕制備的脊條波導(dǎo)兩側(cè)通過光刻制備光柵，從而達(dá)到分布反饋的效果。而制備側(cè)邊耦合光柵，是一個難點(diǎn)，這是由于事前制備了脊條波導(dǎo)，有一定的高度和寬度，不同于平面的光刻，在甩膠的過程中會在脊條底部出現(xiàn)堆膠的現(xiàn)象，對于常用的全息曝光來說，不能充分曝透。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

基于上述問題，本發(fā)明的目的在于提出一種激光器的側(cè)邊耦合光柵制備方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出一種激光器的側(cè)邊耦合光柵的制備方法，包括以下步驟：

步驟1：刻蝕制備激光器脊條波導(dǎo)，在所述脊條波導(dǎo)上做好電子束光刻對準(zhǔn)標(biāo)記并涂上光刻膠；

步驟2：對涂上光刻膠的脊條波導(dǎo)兩側(cè)進(jìn)行初步電子束曝光；

步驟3：確定電子束曝光后的光柵掩膜與脊條波導(dǎo)的距離偏差，并在光柵版圖中修正這一偏差；

步驟4：利用修正的光柵版圖對樣品進(jìn)行正式電子束曝光并顯影；

步驟5：濺射金屬并進(jìn)行剝離，形成側(cè)邊耦合光柵。

根據(jù)本發(fā)明的一具體實(shí)施方案，所述的激光器脊條波導(dǎo)是通過干刻蝕法形成，脊條波導(dǎo)的寬度為3～5μm。

根據(jù)本發(fā)明的一具體實(shí)施方案，其特征在于，步驟2中的電子束曝光對準(zhǔn)標(biāo)記采用接觸式紫外光刻制備。

根據(jù)本發(fā)明的一具體實(shí)施方案，所述的側(cè)邊光柵版圖利用軟件進(jìn)行繪制編輯。

根據(jù)本發(fā)明的一具體實(shí)施方案，所述的光柵掩膜圖形與脊條波導(dǎo)之間的距離偏差，是通過sem觀察確定。

根據(jù)本發(fā)明的一具體實(shí)施方案，所述的顯影液是四甲基二戊酮和異丙醇的混合溶液。

根據(jù)本發(fā)明的一具體實(shí)施方案，在所述脊條波導(dǎo)兩側(cè)寬度為2-3μm的范圍內(nèi)進(jìn)行電子束曝光。

根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種采用以上任一所述制備方法制備的激光器的側(cè)邊耦合光柵。

根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一激光器，包含以上任意所述的側(cè)邊耦合光柵。

根據(jù)本發(fā)明的一具體實(shí)施方案，所述激光器為銻化物分布反饋激光器。

通過上述方案，本發(fā)明的有益效果在于：

(1)通過一次光刻及sem觀測確定電子束光刻誤差，然后對光刻版圖進(jìn)行修正，再進(jìn)行正式片的電子束曝光，使得制備得到的光柵掩膜精確分布在脊條底部，并大大減少了電子束曝光的時間，降低了成本，對于側(cè)邊耦合dfb激光器的制備是十分有益的；

(2)本發(fā)明采用了電子束曝光，由于電子束曝光其能高量且曝光區(qū)域精確可控等因素，非常適合側(cè)邊耦合光柵的制備

(3)在本發(fā)明中，設(shè)計(jì)了側(cè)邊耦合光柵的整體制備方案，此方法制備的側(cè)邊耦合光柵具有嚴(yán)格緊靠脊條波導(dǎo)、節(jié)省有效曝光時間、降低成本等優(yōu)點(diǎn)；

(4)通過設(shè)計(jì)在脊條兩側(cè)2-3μm的范圍進(jìn)行電子束曝光，充分提高光柵的利用效率；

(5)通過該方法，尤其對于銻化物分布反饋激光器，避免了材料的氧化，提高了激光器的性能，且防止了采用其它工藝刻蝕工藝引起的堆膠；

(6)通過本發(fā)明光柵的制備方法，能夠制備緊靠脊條波導(dǎo)的完美反饋光柵，為激光器的分布反饋選模提供良好的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，并減少了電子束曝光的時間，降低了成本。

附圖說明

為進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容和優(yōu)點(diǎn)，下面將結(jié)合附圖和實(shí)例詳細(xì)說明：

圖1為本發(fā)明一具體實(shí)施例的工藝流程圖。

圖2為本發(fā)明一具體實(shí)施例的樣品上制備脊條波導(dǎo)及電子束光刻對版標(biāo)記示意圖。

圖3為本發(fā)明一具體實(shí)施例的側(cè)邊耦合光柵示意圖。

圖4為本發(fā)明一具體實(shí)施例的第一次電子束光刻預(yù)曝光的側(cè)邊光柵掩膜sem照片。

圖5為本發(fā)明一具體實(shí)施例的修正預(yù)曝光的光柵與脊條波導(dǎo)之間的距離偏差后修正光柵版圖的正式曝光光柵掩膜sem照片。

圖6為本發(fā)明一具體實(shí)施例的經(jīng)過剝離后得到的側(cè)邊耦合金屬光柵的sem照片。

具體實(shí)施方式

根據(jù)本發(fā)明總體上的發(fā)明構(gòu)思，提供一種激光器的側(cè)邊耦合光柵的制備方法，即先在刻有脊條波導(dǎo)的外延片上做第一次電子束曝光預(yù)光刻，然后通過sem觀察版圖與脊條波導(dǎo)的距離誤差，然后修正光柵版圖后，進(jìn)行正式光柵曝光，再進(jìn)行金屬濺射、剝離，從而完成金屬光柵的制備。

所述的激光器脊條波導(dǎo)是通過干刻蝕法形成，優(yōu)選采用icp刻蝕系統(tǒng)進(jìn)行，優(yōu)選的，脊條波導(dǎo)的寬度為3～5μm。對于光柵的位置，由于脊條波導(dǎo)兩側(cè)大概2μm的距離內(nèi)為光柵的有效作用區(qū)域，因此，設(shè)計(jì)光柵時，總體寬度設(shè)計(jì)為脊條波導(dǎo)兩側(cè)2～3μm。

對于對準(zhǔn)標(biāo)記的制作，優(yōu)選的，電子束曝光對準(zhǔn)標(biāo)記采用接觸式紫外光刻制備。

對于光刻工藝的選擇，優(yōu)選的，電子束曝光系統(tǒng)是jbx5500za系統(tǒng)；電子束光刻膠為pmmaa4膠；光柵版圖的繪制，優(yōu)選采用軟件進(jìn)行繪制編輯，更加優(yōu)選的，采用l-edit軟件行進(jìn)繪制編輯。

優(yōu)選的，所述的光柵掩膜圖形與脊條波導(dǎo)之間的距離偏差，是通過sem觀察確定。

顯影過程中，優(yōu)選的，所述的顯影液是四甲基二戊酮和異丙醇的混合溶液。

濺射過程中，優(yōu)選的所述濺射金屬為cr。濺射金屬是通過磁控濺射臺dp-650來濺射生長。

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)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。下述參照附圖對本發(fā) 明實(shí)施方式的說明旨在對本發(fā)明的總體發(fā)明構(gòu)思進(jìn)行解釋，而不應(yīng)當(dāng)理解為對本發(fā)明的一種限制。

請參閱圖1所示，本發(fā)明提供一種gasb基側(cè)邊耦合dfb激光器分布反饋金屬光柵的制備方法，包括如下步驟：

步驟1：在已經(jīng)制備好脊條波導(dǎo)的gasb激光器外延片上勻涂電子束光刻膠pmmaa4膠，外延片樣品表面如示意圖2所示。其中，由于dfb激光器對單橫模的要求，脊條波導(dǎo)需要做的很窄，對于gasb基dfb激光器而言，脊條波導(dǎo)的寬度一般為3～5μm。因此，這么窄的脊條波導(dǎo)不適于用濕法腐蝕制備，這是由于濕法腐蝕是各向同性腐蝕，對于脊條波導(dǎo)側(cè)壁，濕法腐蝕會形成弧形的緩坡，如果脊條波導(dǎo)的寬度很窄，這樣會使脊臺的頂部變成尖狀，不能進(jìn)行后續(xù)工藝。而干法刻蝕是各向異性刻蝕，可以刻蝕得到側(cè)壁近于垂直的波導(dǎo)，因此非常適合側(cè)邊耦合dfb激光器的制備。

在已經(jīng)制備好3～5μm脊條波導(dǎo)的gasb激光器外延片樣品上旋涂電子束光刻膠pmma，這種膠分為幾個型號，分別為a2、a4及a8膠，三種膠的參考勻涂膠厚分別為100nm、200nm及800nm，對于側(cè)邊耦合dfb激光器，金屬光柵的厚度一般為40～60nm，綜合剝離難易度及電子束光刻精度，厚度為200nm的a4膠為最優(yōu)選擇。選取樣片放在旋轉(zhuǎn)涂膠臺，選擇轉(zhuǎn)速為4k轉(zhuǎn)/分，旋涂時間為30s，然后取下樣品稍作擦膠邊處理然后放在180度的熱板進(jìn)行前烘，時間為90s，然后樣品即可準(zhǔn)備進(jìn)行電子束光刻。

步驟2：對gasb基激光器外延片樣品進(jìn)行第一次電子束光刻預(yù)曝光。首先將勻涂好電子束光刻膠pmmaa4膠的樣品放入電子束光刻系統(tǒng)jbx5500za系統(tǒng)，并進(jìn)行抽真空。然后將側(cè)邊耦合光柵的版圖導(dǎo)入電子束光刻控制系統(tǒng)，光柵的版圖由l-edit編輯，主要為光柵的周期、占空比、光柵與電子束光刻對準(zhǔn)標(biāo)記的相對位置等，如圖3所示，由于脊條波導(dǎo)兩側(cè)大概2μm的距離內(nèi)為光柵的有效作用區(qū)域，因此，設(shè)計(jì)光柵時，總體寬度設(shè)計(jì)為脊條波導(dǎo)兩側(cè)2～3μm即可。

但由于光柵與脊條波導(dǎo)的相對位置是通過樣品上的電子束光刻標(biāo)記來確定的，如圖2中的長方形框所示。只有電子束光刻標(biāo)記與脊條波導(dǎo)的 相對位置嚴(yán)格與設(shè)計(jì)版圖相符才可以，這對于樣品上通過接觸式紫外光刻制備的金屬電子束光刻標(biāo)記的位置有很高的要求，但對于通常的紫外光刻的光刻誤差一般都大于1μm，這對于光柵相對于脊條波導(dǎo)的位置是一個很大的誤差，如果光柵偏離脊條波導(dǎo)的距離誤差達(dá)到1μm左右，光柵的作用將大大降低，因此通過第一次電子束光刻預(yù)曝光來修正這一誤差尤為重要。

第一次預(yù)曝光的版圖設(shè)計(jì)可以簡化處理，比如在每條脊條的上中下三個位置設(shè)計(jì)較少的周期的光柵，以此來進(jìn)行第一次電子束光刻；同時可以對電子束光刻的條件進(jìn)行試驗(yàn)。

步驟3：第一次電子束預(yù)曝光后，對樣品進(jìn)行顯影得到光刻膠掩模，然后將樣品放入sem進(jìn)行觀察，如圖4所示。記錄下每條脊條如a，b，c，d…的試驗(yàn)光柵處，光柵與脊條波導(dǎo)的距離偏差，然后在正式片的側(cè)邊光柵版圖的設(shè)計(jì)中，考慮這一距離偏差進(jìn)行修正，得到正式片的側(cè)邊耦合光柵版圖。

步驟4：將gasb基激光器外延片進(jìn)行正式電子束曝光，重復(fù)之前的步驟，采用預(yù)曝光的試驗(yàn)條件，曝光完畢，并進(jìn)行顯影，得到側(cè)邊耦合光柵光刻膠掩膜，如圖5所示。

步驟5：將電子束正式曝光完成的樣品放入磁控濺射臺生長金屬。對于銻化物激光器的激射波段，金屬cr光柵能為dfb激光器提供最大的耦合系數(shù)，因此，一般選擇cr作為金屬光柵材料。生長方法選擇用磁控濺射的方法，生長厚度約50nm，生長溫度為常溫，以免高溫下金屬難以剝離。金屬生長完成后，將樣品泡在丙酮里，使電子束光刻膠充分的溶解，大約一個小時后，將容器放在超聲儀里邊進(jìn)行超聲，使非光柵區(qū)域的金屬隨光刻膠一起剝離掉，從而形成側(cè)邊耦合金屬光柵，如圖6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，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)。