[发明专利]一种中红外激光器的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体光电器件技术领域，特别是涉及一种中红外激光器的制备方法。

背景技术

中红外波段半导体激光器显示出在痕量气体检测灵敏度方面较近红外波段激光器高2-4个数量级，是用于环保污染源监控、生物医学诊断、化学化工过程监控、痕量有毒生物化学物质监控，是半导体气体吸收光谱仪的理想光源；此外，中红外波段拥有3-5μm和8-14μm两个大气窗口，是大气保密通信的理想光源，而且在光电对抗系统中有重要应用。由于中红外波段的半导体激光器的新颖物理内涵和重要应用背景，因而自1994年美国贝尔实验室发明了用MBE材料研制工作于4.26μm中红外波段的量子级联激光器以来，在十年期间得到飞速发展。

痕量气体检测要求中红外半导体激光器在单模下工作。由于应用的需要，设计和制作在高速调制下仍能保持单纵模工作的激光器是十分重要的。1997年美国贝尔实验室用掩膜光刻技术研制出国际上第一个工作于5.4μm和8.0μm中红外脉冲单模分布反馈激光器(简称“DFB-QCL”)。DFB-QCL就是在半导体激光器内部建立一个布拉格光栅，靠光的反馈来实现纵模选择。DFB激光器的光栅制备是其制作中的关键技术，是研制分布反馈激光器的关鍵。通常可以用掩模技术、电子束曝光以及全息技术制备光栅。这些光栅制备技术虽成功地用于制备1.3μm和1.5μm近红外波段半导体单模分布反馈激光器光栅，成为光通信系统的核心器件，在推动光纤通信技术发展中起了极其重要的作用。通常中红外分布反馈量子级联激光器光栅周期的波动范围不能超过10nm，光栅宽度和精度的要求使得普通的光掩模技术难度大。电子束曝光技术可以达到这一要求，但价格昂贵，使用不方便。

采用全息曝光技术制备光栅，由该技术的特点决定通常都是在器件表面制备大面积光栅，然后再进行台面的制备。在这种情况下，台面侧壁的腐蚀会明显受到其表面光栅形貌的影响，形成光栅状的沟槽。激光器台面两侧的粗糙度对激光器性能有很大影响，会引入损耗。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种中红外激光器的制备方法，使得分布反馈激光器的性能有所提高。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种中红外激光器的制备方法，包括以下步骤：

(1)制备氧化硅光栅层：利用等离子体增强化学气相沉积法在器件表面生长一层氮化硅薄膜；利用全息曝光的方法在氮化硅薄膜上制备全息光栅掩膜；采用反应离子刻蚀的方法将光栅图形转移到氮化硅膜上，形成了一层氮化硅的光栅掩膜；

(2)在有台面的位置上制备反馈光栅：选择和台面结构相似的光刻版图，在氮化硅的光栅掩膜上制备光刻胶掩膜图形，并在氮化硅的光栅掩膜上制备光栅刻蚀窗口；利用氮化硅和光刻胶双层掩膜，通过ICP刻蚀的方法在器件表面制备光栅，使得光栅完全覆盖在器件所要制备台面的位置上；

(3)制备激光器台面。

所述步骤(1)全息曝光方法通过全息曝光系统完成，所述全息曝光系统包括透镜、空间滤波器、衬底片和高反镜；进入全息曝光系统的单色光经透镜汇聚，然后经过空间滤波器扩束，扩束后的单色光经透镜形成平行光束；一部分平行光直接入射到需要制备全息光栅的衬底片上，另一部分平行光入射到高反镜上，再反射到衬底上，这两束平行光之间发生干涉并在涂有光刻胶的衬底片上形成明暗相间的干涉条纹实现曝光，曝光后的光掩膜通过显影形成全息光栅掩膜。

所述衬底上涂覆的光刻胶由光刻胶S6809和稀释液E2以体积比1∶2的比例配制而成，采用的显影液由显影剂MF320与去离子水以体积比2∶1配制而成。

所述步骤(3)中制备激光器台面还包括以下子步骤，先去除氮化硅薄膜，再涂覆光刻胶掩膜，通过普通光刻的方法将台面图形制作在光刻胶上，台面图形与表面光栅对准，再通过湿法腐蚀的方法将台面图形转移到器件上。

所述湿法腐蚀采用的腐蚀液为由HBr、HNO₃和H₂O按体积比1∶1∶8的比例配置而成。

有益效果