CN105406354A - 一种大功率808nm DFB LD内置光栅的制备方法 - Google Patents

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曲轶
郭海侠
石宝华
高峰
李再金
李辉
乔忠良
张晶
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Abstract

本发明利用全息光刻和湿法腐蚀工艺制备出适用于大功率808nm半导体激光器的分布反馈布拉格光栅，涉及半导体器件制造技术领域。其特征在于，利用金属有机化合物气相沉淀(MOCVD)技术在GaAs基上进行一次外延生长，利用曝光源为325nmHe-Cd激光器的全息曝光系统对已制备好的外延片进行曝光，经历显影、坚膜，最后利用体积配比为HCl:C2H6O2＝3:2的腐蚀液对InGaP光栅层进行腐蚀，获得光栅。其中本发明有益效果是在InGaP光栅层上制备出具有较好形貌的二阶光栅，且其占空比和凹槽深度等参数决定了激光器具有窄线宽和较小的波长漂移度。同时，这种工艺可用于其它波长的大功率化合物半导体激光器，具有广泛的应用价值。

Description

一种大功率808nm DFB LD内置光栅的制备方法
技术领域
一种大功率808nmDFB分布反馈半导体激光器内置光栅的制备方法，特别是在InGaP光栅层制备二阶分布反馈Bragg光栅的方法。本发明属于半导体器件制造技术领域，包括全息曝光和湿法刻蚀工艺。
背景技术
利用内置光栅来锁定半导体激光器的波长的技术已经研究了将近半个世纪。分布反馈激光器是这一技术的产物，随着上世纪80、90年代光纤通信的进步，它在1.3μm和1.55μm波段发展最为迅速。相较于这一波段的分布反馈半导体激光器，GaAs基短波分布反馈激光器的发展就显得有些滞后。引起这一现象的主要原因是，这些短波激光器在光纤通信中的应用不大。近期，短波长的GaAs基分布反馈激光器在大功率倍频或激光泵浦方面找到了一席之地。808nm分布反馈半导体激光器是这一系列短波长激光器的代表，其在大功率激光泵浦中应用最为广泛。808nm分布反馈激光器的光栅层在向InGaP等无Al材料发展，这虽然解决了含Al材料易于氧化的问题，但是InGaP给传统的制备工艺带来了困难。就目前现有的技术而言，制备出来的分布反馈激光器很难保证窄线宽和较小的波长漂移度。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种大功率808nm分布反馈激光器中内置光栅的制备方法。这种工艺同样适用于其他波长的大功率半导体激光器中的分布反馈布拉格光栅的制备。本发明制备的光栅在保证窄线宽的同时保证了较小的波长漂移。
采用的技术方案是：
A)利用MOCVD进行一次外延生长，一次外延生长步骤为：在GaAs基底片上分别生长0.5mm的N-GaAs（Si掺杂，2.0′1018cm-3）缓冲层，0.05mm的N-GaxAl1-xAs（x=0.05~0.55，Si掺杂，~1.0′1018cm-3）渐变的过渡层，1.2mm的N-Al0.55Ga0.45As（Si掺杂，1.0′1018cm-3）下限制层，0.15mm的非故意掺杂AlxGa1-xAs（x=0.55~0.25）渐变波导层，5nm的非故意掺杂Al0.25Ga0.75As量子阱势垒层，4nm的非故意掺杂Al0.07Ga0.93As量子阱阱层，5nm的非故意掺杂Al0.25Ga0.75As量子阱势垒层，0.15mm的非故意掺杂AlxGa1-xAs（x=0.25~0.55）渐变波导层，
30nmP-In0.4Ga0.6P光栅层。
B)用全息曝光的方法在GaAs外延片的InGaP光栅层上形成干涉条纹，并进行显影、坚膜。
第一步，将准备好的外延片放置在事先调节好的以325nmHe-Cd激光器为曝光源的全息曝光系统中，曝光时间为160s，曝光功率为50mW；第二步，将曝光后的外延片放入显影液中显影6s；第三步，将显影后的外延片放在100℃加热板上加热60s。
C)将完成以上步骤的外延片放进以配置好的腐蚀液中，该腐蚀液是按体积比为：
的混合溶液配置，其中，HCl和C2H6O2的纯度为分析纯，HCl和C2H6O2的纯度为MOS级。本发明使用的刻蚀条件为室温下，刻蚀时间为30s，从而获得分布反馈二阶Bragg光栅。
与现有技术相比，本发明的有益效果是在GaAs基外延片上InGaP光栅层上制备出完整的分布反馈Bragg光栅，该光栅具有良好的表面形态，其光栅的占空比和凹槽深度等参数决定了大功率808nm分布反馈半导体激光器具有窄线宽和良好的波长漂移度。
附图说明
图1为依照本发明实施制作的大功率808nm分布反馈半导体激光器一次外延结构示意图。
图2为依照本发明实施制作的分布反馈布拉格光栅的形状示意图。
具体实施方式
本发明的目的是提供一种大功率808nm分布反馈激光器中内置光栅的制备工艺。为实现上述目的，本发明提供的大功率808nm分布反馈半导体激光器的内置光栅的制备工艺，是利用全息曝光和湿法刻蚀结合来完成的，其主要步骤为：
A)利用MOCVD进行一次外延生长，一次外延生长步骤为：在GaAs基底片上分别生长0.5mm的N-GaAs（Si掺杂，2.0′1018cm-3）缓冲层，0.05mm的N-GaxAl1-xAs（x=0.05~0.55，Si掺杂，~1.0′1018cm-3）渐变的过渡层，1.2mm的N-Al0.55Ga0.45As（Si掺杂，1.0′1018cm-3）下限制层，0.15mm的非故意掺杂AlxGa1-xAs（x=0.55~0.25）渐变波导层，5nm的非故意掺杂Al0.25Ga0.75As量子阱势垒层，4nm的非故意掺杂Al0.07Ga0.93As量子阱阱层，5nm的非故意掺杂Al0.25Ga0.75As量子阱势垒层，0.15mm的非故意掺杂AlxGa1-xAs（x=0.25~0.55）渐变波导层，30nmP-In0.4Ga0.6P光栅层。
B)外延片片清洗第一步，用丙酮清洗，用丙酮清洗是为了清洗掉外延片上的油脂等有机化合物，将丙酮放入超声中进行清洗，大约清洗十分钟左右；第二步，用无水乙醇洗，无水乙醇的浓度为99.9%，无水乙醇可以去除去油污和上步残留的丙酮溶液，将乙醇放入超声中进行清洗，清洗十分钟；第三步，用去离子水洗，将外延片放在去离子水超声十分钟，以去除其他的杂质。
C)预烘将清洗好的外延片放在100℃的加热板上一分钟，去除外延片上的水，这样有利于光刻胶和外延片更好的粘合。
D)匀胶在外延片的中心滴上光刻胶，开启匀胶机，随着转速的不断增加，光刻胶会均匀的铺在外延片上，实验中匀胶机旋转设定的最大转速为每秒4000转，时间为40秒。最后获得的光刻胶厚度为120nm。
E)前烘将上一步获得的外延片放在100℃加热板上加热1分钟，以使光刻胶固化，使其与外延片更好的粘合在一起。
F)调节光路依据激光的干涉原则和光路调节原则在光学平台上调整好全息曝光光路图。
G)全息曝光将准备好的外延片放置在SVG-GL240激光曝光系统下进行曝光，曝光源为325nmHe-Cd激光器，曝光时间为160s，曝光功率为50mW。
H)显影把曝光完的外延片放在显影液中，显影时间为6s。
I)坚膜将显影过后的外延片放在100℃加热板上60s，蒸发掉其中的水份，达到硬化光刻胶的目的，增加光刻胶的抗腐蚀能力。
J)刻蚀将已显影的外延片放入聚四氯乙烯的小篮子里，并将小篮子放入已配置好腐蚀液中，该腐蚀液是按体积比为：的混合溶液配置，腐蚀时间为30s，从腐蚀液中取出后用去离子水清洗。制备好的光栅结构如图2所示，光栅周期为，光栅凹槽深度，光栅的脊宽为，腐蚀速率为1nm/s。
发明的技术方案的有益效果是在GaAs基外延片上制备出了具有良好形貌的Bragg光栅，该光栅具有良好的表面形态，其占空比和凹槽深度等参数决定了大功率808nm分布反馈半导体激光器具有窄线宽和较小的波长漂移度。并且此种技术适用于不同波长的的大功率分布反馈半导体激光器，具有广泛的应用价值。

Claims (2)

1.一种大功率808nm分布反馈半导体激光器中内置光栅的制备方法，其特征在于，利用MOCVD进行一次外延生长，一次外延生长步骤为：（1）在GaAs外延基底片上生长出图1中1所标示的厚度为0.5mm的N-GaAs（Si掺杂，2.0′1018cm-3）缓冲层；（2）继续生长图1中2所标示的厚度为0.05mm的N-GaxAl1-xAs（x=0.05~0.55，Si掺杂，~1.0′1018cm-3）渐变的过渡层；（3）继续生长图1中3所标示的厚度为1.2mm的N-Al0.55Ga0.45As（Si掺杂，1.0′1018cm-3）下限制层；（4）继续生长图1中4所标示的厚度为0.15mm的非故意掺杂AlxGa1-xAs（x=0.55~0.25）渐变波导层；（5）继续生长图1中5所标示的厚度为5nm的非故意掺杂Al0.25Ga0.75As量子阱势垒层；（6）继续生长图1中6所标示的厚度为4nm的非故意掺杂Al0.07Ga0.93As量子阱阱层；（7）继续生长图1中7所标示的厚度为5nm的非故意掺杂Al0.25Ga0.75As量子阱势垒层；（8）继续生长图1中8所标示的厚度为0.15mm的非故意掺杂AlxGa1-xAs（x=0.25~0.55）渐变波导层；（9）最后生长图1中9所标示的厚度为30nmP-In0.4Ga0.6P光栅层。
2.根据权利要求1所述的一种大功率808nm分布反馈半导体激光器中内置光栅的制备方法，其特征在于，（1）将准备好的外延片放置在以325nmHe-Cd激光器为曝光源的SVG-GL240全息曝光系统中，曝光时间为160s，曝光功率为50mW，将曝光后的外延片放入显影液中显影6s，随后放在100℃加热板上坚膜60s；（2）将坚膜后的外延片放进已配置好的腐蚀液中30s，该腐蚀液是按体积比为：配置的混合溶液，从而获得周期为，凹槽深度为，光栅的脊宽为的光栅。
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