一种分布布拉格反射器半导体激光器光栅制备工艺

摘要

高功率1064nm分布布拉格反射器半导体激光器(DBR-LD)属于半导体光电子器件领域，常规的半导体激光器输出功率易受环境温度影响。另外,分布反馈布拉格半导体激光器(DFB-LD)需要二次外延生长，相比于DBR-LD工艺过程复杂,影响了DFB-LD在代替1064nm固体激光器和作为通信种子源方面的应用。本发明之一种分布布拉格反射器半导体激光器光栅的制备工艺，通过在传统半导体激光器外延片P面有源区旁侧，经过全息光刻、干法刻蚀等工艺制作一阶布拉格光栅。有效地解决了DFB-LD需二次外延，输出功率易受环境温度影响等问题，对促进分布布拉格反射器半导体激光器的发展具有重要意义。

说明书

技术领域

本发明涉及一种大功率1064nm分布拉格反射器半导体激光器，特别涉及这种半导体激光器的光栅制备工艺领域。

背景技术

随着高功率半导体激光器和光栅制作工艺技术的发展，使得人们寻找的一种高功率窄线宽稳定输出的半导体激光器种子源得以实现。然而目前可以达到种子源要求的高功率半导体激光器DFB-LD和DBR-LD相比较，除了共同具有的窄线宽，体积小等优点外，DBR-LD因其光栅的制备不需要像DFB-LD光栅一样进行二次外延，具有制作工艺简单的优势。并且DBR-LD光栅的刻蚀使用干法刻蚀，光栅平整度高，刻蚀图形形状较为理想。这种结构另一个好处是激光器工作时，对温度的敏感性小，减小了对于激光器阈值电流和输出功率的影响，因此具有更为明显的优势。所以1064nm分布布拉格反射器半导体激光器（DBR-LD）在作为通信种子源和替代1064nm固体激光器等方面的应用具有其他激光器不可替代的地位。

发明内容

本发明是一种大功率1064nm分布布拉格反射器半导体激光器(DBR-LD)光栅的制备方法。在该发明中，我们采用全息光刻和ICP干法刻蚀制备一阶布拉格光栅，全息光刻采用325nm波长的氦镉激光器，稀释80%的AZ-5214光刻胶，光刻出长1mm、宽4μm、周期为163nm的一阶布拉格光栅。并且对DBR-LD光栅的制备过程中ICP干法刻蚀技术进行了优化，采用四氯化碳和氦气、氢气作为反应气体与保护气体，射频功率分别为120W和500W。

附图说明

图1：分布布拉格反射器半导体激光器（DBR-LD）设计结构示意图。其中各数字代表的含义：1、P面厚包层2、P接触层3、脊型波导4、N接触层5、GaAs衬底6、N面包层7、P面波导层8、N面波导层9、InGaAs阱层10、DBR光栅区域11、包含DBR光栅的P面部分12、包含脊型波导的P面。

具体实施方式

（1）利用全息光刻制备1mm长度的布拉格光栅，光刻采用325nm的氦镉激光器输出光作为激光光源，利用激光干涉进行光刻，采用稀释80%的AZ-5214光刻胶，匀胶最高速度5000转/s，坚膜温度120℃，时间4.5分钟，曝光时间为4s。

（2）接着利用ICP干法刻蚀技术对全息光刻出的布拉格光栅进行刻蚀，其中ICP干法刻蚀采用的腐蚀气体与保护气体分别为四氯化碳和氢气、氩气，其中四氯化碳流量为2ml/min，氩气流量为3ml/min，氢气1ml/min，样品室压力为0.4Pa，RF1和RF2的功率分别为120W和500W。

（3）刻蚀出长度1mm，宽4μm，周期163nm，刻蚀深度1.5μm的一阶布拉格光栅。