可降低阈值电流的巴条类半导体激光器及其制备方法

摘要

本发明提供了一种可降低阈值电流的巴条类半导体激光器及其制备方法，半导体激光器包括第一电极、第二电极、设于第一电极及第二电极之间且从第一电极朝向第二电极方向依次设置的衬底、第一限制层、第一波导层、有源层、第二波导层、第二限制层、欧姆接触层和绝缘层，所述欧姆接触层设有与第二限制层接触的X射线自支撑闪耀透射光栅层，所述衬底上接触面设有梯形台，梯形台横向平行于衬底的解理面，梯形台纵向垂直于衬底的解理面，且解理面是半导体激光器的腔面。本发明可以降低阈值电流，提高腔面COD功率。还能提高半导体激光器的高分辨率和获得较高的衍射效率。

说明书

技术领域

本发明涉及半导体光电技术领域，尤其涉及一种可降低阈值电流的巴条类半导体激光器及其制备方法。

背景技术

随着激光技术的发展，一门崭新的应用学科——激光医学逐步形成，激光的独特优点，解决了传统医学在基础研究和临床应用中不能解决的许多难题，引起国内外医学界的重视。半导体激光器(DL)因其具有体积小、重量轻、寿命长、功耗低、波长覆盖范围广等特点特别适用于医疗设备的制造。此外，半导体激光器还广泛用于光纤通信、光盘存取、光谱分析和光信息处理等重要领域。

半导体激光器的发光区面积较小，高功率工作时，腔面需要承受很高的光功率密度，对腔面的抗灾变性损伤(COD)能力要求很高。提高半导体激光器COD的方法一般有两种，一是在腔面处生长一层高带隙材料，还有一种方法是利用量子阱混杂的方法在腔面处直接形成非吸收窗口，这两种方法都能减弱腔面对光的吸收，从而提高腔面的COD功率。

IEEE JOURNAL OF SELECTED TOPICS IN QUANTUM ELECTRONIC S,VOL.1(1995),pp.728介绍了一种生长腔面窗口的AlGaInP半导体激光器。巴条解理后放入MOCVD腔室中生长一层高带隙的AlGaInP材料降低腔面的吸收，使得COD功率提高两倍，获得高功率及高可靠性的半导体激光器。不过解理后的巴条很小，需要高精度的夹具及合适的托盘才能实现材料的生长，不具有很强的可操作性。

金透射光栅结构简单，立体角大，光谱范围宽，能够方便地同时间和空间分辨仪器相结合，以金透射光栅为色散元件的透射光栅谱仪，被广泛应用于激光惯性约束核聚变等离子体诊断、X射线天体物理学等领域。目前，等离子体诊断及天体物理学领域中金透射光栅的使用波段要求达到亚千电子伏，甚至更高能量，为实现高能X射线能谱分辨和获得较高的衍射效率，要求在提高光栅线密度的基础上，增加槽深(金光栅线条高度)至500nm以上，且要保证栅线侧壁的陡直度和光滑度。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种可降低阈值电流的巴条类半导体激光器及其制备方法，目的是提高半导体激光器的高分辨率、高衍射效率及腔面COD功率，且能够降低阈值电流。

基于上述目的，本发明提供了一种可降低阈值电流的巴条类半导体激光器，包括第一电极、第二电极、设于第一电极及第二电极之间且从第一电极朝向第二电极方向依次设置的衬底、第一限制层、第一波导层、有源层、第二波导层、第二限制层、欧姆接触层和绝缘层，所述欧姆接触层设有与第二限制层接触的X射线自支撑闪耀透射光栅层，所述衬底上接触面设有梯形台，梯形台横向平行于衬底的解理面，梯形台纵向垂直于衬底的解理面，且解理面是半导体激光器的腔面。

所述梯形台的横向截面与纵向截面均为等腰梯形，下底角为30-60度；梯形台的下底面横向长度为5-100μm，纵向长度为300-1500μm，梯形台的高度为0.2-0.5μm。

所述梯形台在衬底上排布的横向周期为200-500μm，纵向周期为350-1550μm。

所述第一电极为N型电极，第一限制层为N型限制层，第一波导层为N型波导层，所述第二电极为P型电极，第二限制层为P型限制层，第二波导层为P型波导层。

所述第一波导层与第二波导层的折射率低于有源层的折射率。

所述第一波导层与第二波导层的带隙高于有源层的带隙。

所述有源层为量子阱有源层。

所述可降低阈值电流的巴条类半导体激光器的制备方法，包括如下步骤：

步骤一、在衬底上依次外延制备N型限制层、N型波导层、有源层、P型波导层、P型限制层和欧姆接触层；

步骤二、在欧姆接触层的中部刻蚀至出P型限制层，以形成光栅凹槽；

步骤三、根据光栅凹槽尺寸制备X射线金透射光栅；

步骤四、将X射线金透射光栅安装入光栅凹槽；

步骤五、在欧姆接触层上方生长一层绝缘层；

步骤六、利用光刻的方法在绝缘层上形成条状电流注入区，电流注入区大小及位置与衬底的梯形台上表面一致；

步骤七、在绝缘层上表面溅射第二电极，在衬底下表面蒸镀第一电极，并进行合金；

步骤八、以衬底的梯形台的纵向排布周期作为管芯腔长，解理成巴条，进行腔面镀膜；

步骤九、以衬底的梯形台的横向排布周期作为管芯周期，解理成管芯，形成半导体激光器。

所述X射线金透射光栅的制备方法包括如下步骤：

S1、以SOI硅片为基底，在基底的上表面依次镀金膜和铬膜，在基底下表面镀氮化硅膜，以形成基片；

S2、在基片上表面及下表面分别涂覆光刻胶，利用紫外光刻在基片上表面制作支撑结构光刻胶掩模，在基片下表面制作光栅外框光刻胶掩模；

S3、分别去除基片上表面及下表面非掩模区域的氮化硅膜和铬膜；

S4、去除基片上表面及下表面的光刻胶；

S5、在基片上表面依次涂覆减反膜和光刻胶；

S6、全息光刻制作光刻胶光栅掩模，光栅掩模的延伸方向垂直于光栅支撑结构的延伸方向；

S7、通过反应离子刻蚀将光刻胶光栅掩模图案转移到减反膜中；

S8、通过离子束刻蚀将光刻胶光栅掩模图案转移到金膜中；

S9、清除基片上表面残余的光刻胶、减反膜和铬膜，并在下表面涂覆保护胶；

S10、将基片放入由氢氟酸与氧化剂组成的刻蚀液中进行金属催化刻蚀；

S11、把基片放在镀金电解液中，在上表面电镀沉积金；

S12、去除基片下表面保护胶，在基片上表面涂覆保护胶；

S13、刻蚀掉底层非掩模区域单晶硅；

S14、去除上表面的保护胶；

S15、刻蚀掉顶层单晶硅；

S16、去除氮化硅及窗口内中间SiO

本发明的有益效果：

1、发光区有源层四周都为低折射率高带隙的波导层，既能形成侧向折射率波导，降低阈值电流，又能形成非吸收窗口，提高腔面COD功率。

2、本发明在P面电极与P型限制层之间设置X射线金透射光栅，提高半导体激光器的高分辨率和获得较高的衍射效率。能同时满足制作出大槽深、侧壁陡直且光滑的金透射光栅的需求。通过具有透射光栅层的半导体激光器的设置，能够提高医学诊断中的可靠性，更有利于医生针对性的找出治疗手段。

3、外延生长后只需要一次光刻形成电流注入区，简化了半导体激光器的芯片制程，降低了生产成本，适合批量化的生产。

附图说明

为了更清楚地说明本说明书实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书一个或多个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明可降低阈值电流的巴条类半导体激光器的横向截面示意图；

图2为衬底的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的基底上表面镀Au和Cr膜，下表面镀氮化硅膜的结构剖视图；

图4为本发明实施例提供的上表面制作支撑结构光刻胶掩模，在下表面制作光栅外框光刻胶掩模的结构剖视图；

图5为本发明实施例提供的下表面刻蚀氮化硅膜，上表面刻蚀Cr膜后的结构剖视图；

图6为本发明实施例提供的去除光刻胶后的结构剖视图；

图7为本发明实施例提供的上表面依次涂覆减反膜和光刻胶的结构剖视图；

图8为本发明实施例提供的全息光刻制作出光刻胶光栅掩模的结构剖视图；

图9为本发明实施例提供的将光刻胶光栅掩模转移至减反膜后的结构剖视图；

图10为本发明实施例提供的将光刻胶光栅掩模转移至金膜后的结构剖视图；

图11为本发明实施例提供的上表面去除光刻胶、减反膜和Cr膜后的结构剖视图；

图12为本发明实施例提供的下表面涂覆保护胶的结构剖视图；

图13为本发明实施例提供的上表面金属催化刻蚀过程后的结构剖视图；

图14为本发明实施例提供的在上表面电镀沉积金后的结构剖视图；

图15为本发明实施例提供的下表面去除保护胶，上表面涂覆保护胶后的结构剖视图；

图16为本发明实施例提供的刻蚀下表面底层单晶硅后的结构剖视图；

图17为本发明实施例提供的上表面去除保护胶后的结构剖视图；

图18为本发明实施例提供的刻蚀上表面顶层单晶硅后的结构剖视图；

图19为本发明实施例提供的去除氮化硅、窗口内中间SiO

图中标记为：

1、顶层单晶硅；2、中间层SiO

具体实施方式

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本公开进一步详细说明。

需要说明的是，除非另外定义，本说明书的实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本说明书的实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

如图1所示，一种可降低阈值电流的巴条类半导体激光器，其特征在于，包括第一电极11、第二电极12、设于第一电极11及第二电极12之间且从第一电极11朝向第二电极12方向依次设置的衬底13、第一限制层14、第一波导层15、有源层16、第二波导层17、第二限制层18、欧姆接触层19和绝缘层20，所述欧姆接触层19设有与第二限制层18接触的X射线自支撑闪耀透射光栅层，所述衬底13上接触面设有梯形台22，梯形台横向平行于衬底13的解理面，梯形台纵向垂直于衬底13的解理面，且解理面是半导体激光器的腔面。

其中，衬底为GaAs(100)单晶片。衬底的材料也可以是InP、GaN、Al

如图2所示，衬底与第一波导层接触的表面上分布有向上凸起的梯形台22。梯形台的横向(相当于图2中衬底底侧定位边的方向)平行于衬底的解理面，梯形台22的纵向(相当于图2中衬底底侧定位边的垂直方向)垂直于衬底的解理面。

梯形台的横向截面与纵向截面均为等腰梯形，下底角为30-60度；梯形台的下底面横向长度为5-100μm，纵向长度为300-1500μm，梯形台的高度为0.2-0.5μm。

作为一种优选的实施形式，梯形台22的横向截面与纵向截面均为等腰梯形，下底角为30-60度；梯形台22的下底面横向长度为5-100μm，纵向长度为300-1500μm，梯形台22的高度为0.2-0.5μm。

作为一种优选的实施形式，所述梯形台22在衬底上排布的横向周期为200-500μm，纵向周期为350-1550μm。

作为一种优选的实施形式，有源层为(Al

作为一种优选的实施形式，第一波导层与第二波导层的折射率低于有源层的折射率。第一波导层与第二波导层的带隙高于有源层5的带隙。

如图1和图2所示，有源层所产生的发光区21四周被第一波导层所包覆。Al

本实施例中，第一电极11为N型电极，第一限制层14为N型限制层，第一波导层15为N型波导层，所述第二电极12为P型电极，第二限制层18为P型限制层，第二波导层17为P型波导层。N型限制层为N型铝镓砷材料，可以有效的限制光场。所述P型限制层采用AlxGa1-xAs材料。该P型限制层制作在P型波导层上。

本发明还提供所述可降低阈值电流的巴条类半导体激光器的制备方法，包括如下步骤：

步骤一、在衬底13上依次外延制备N型限制层、N型波导层、有源层16、P型波导层、P型限制层和欧姆接触层19；N型衬底为(100)面偏<111>方向15°N型偏角镓砷衬底。选用(100)面偏<111>方向15°N型偏角镓砷衬底一方面能抑制生长过程中亚稳态有序结构的形成；另一方面还能提高限制层中P型杂志掺杂浓度，提高电子的有效势垒，抑制有源层的电子泄露，有利于制备大功率半导体激光器。

步骤二、在欧姆接触层19的中部刻蚀至出P型限制层，以形成光栅凹槽；

步骤三、根据光栅凹槽尺寸制备X射线金透射光栅；

步骤四、将X射线金透射光栅安装入光栅凹槽；

步骤五、在欧姆接触层上方生长一层绝缘层；

步骤六、利用光刻的方法在绝缘层上形成条状电流注入区，电流注入区大小及位置与衬底的梯形台上表面一致；

步骤七、减薄衬底背面至80-120μm，在绝缘层上表面溅射第二电极，在衬底下表面蒸镀第一电极，并进行合金；

步骤八、以衬底的梯形台的纵向排布周期作为管芯腔长，解理成巴条，进行腔面镀膜；

步骤九、以衬底的梯形台的横向排布周期作为管芯周期，解理成管芯，形成半导体激光器。

其中，X射线金透射光栅的制备方法包括如下步骤：

S1、以SOI硅片为基底，在基底的上表面依次镀金膜和铬膜，在基底下表面镀氮化硅膜，以形成基片；在本发明实施例中，顶层单晶硅可以为<110>晶向、<111>晶向或<100>晶向，其中<100>晶向的顶层单晶硅效果最佳，底层单晶硅可以为<110>晶向或<100>晶向。本发明实施例中采用的SOI硅片结构参数具体如下：顶层单晶硅为<100>晶向，厚度为2～10微米；中间层SiO

S2、在基片上表面及下表面分别涂覆光刻胶7，利用紫外光刻在基片上表面制作支撑结构光刻胶7掩模，在基片下表面制作光栅外框光刻胶7掩模；图3为上表面制作光栅支撑结构掩模，在下表面制作光栅外框掩模的结构剖视图，光栅支撑结构掩模图形为线条阵列，周期选在(10～20)微米为佳，线条宽度为(2～3)微米，光栅外框掩模图像为正交的网格，格条的宽度为(1～2)毫米，格条的间隔为(4～6)毫米。

光刻胶选用正性光刻胶，如AZ MIR-701，涂布厚度(500～1000)nm为佳，使用旋转涂胶法进行光刻胶的涂布，厚度的调整可根据该型光刻胶使用说明书，通过调节转速和光刻胶中溶剂的占比来实现。涂胶过程为：先涂上表面，然后烤胶；再涂下表面，然后再烤胶。烤胶条件可参考该型光刻胶使用说明书，对于AZ MIR-701型光刻胶，单次烤胶参数为热台90℃烘烤2分钟。紫外光刻使用的是中国科学院光电技术研究所的URE-2000/35型紫外光刻机，具体工艺条件可以参考该型光刻胶使用说明书和光刻机使用说明书。由于选用的是正性光刻胶，光刻掩模版图形与目标图形一致。紫外光刻的过程为：上表面接触曝光；下表面接触曝光；显影。

S3、分别去除基片上表面及下表面非掩模区域的氮化硅膜和铬膜；图4为本发明实施例提供的下表面刻蚀氮化硅膜，上表面刻蚀Cr膜后的结构剖视图；对于氮化硅膜的刻蚀，使用的是中国科学院微电子所研制的ICP-98A型感应耦合等离子体刻蚀机，通过控制反应气体流量、激励电源功率、偏压电源功率、刻蚀时间来控制氮化硅膜的刻蚀深度，大量实验证明对于40nm的氮化硅膜，采用的刻蚀条件如下：反应气体CF

S4、去除基片上表面及下表面的光刻胶7；采用丙酮超声去除上表面及下表面的光刻胶，去除光刻胶后的结构剖视图如图5所示。

S5、在基片上表面依次涂覆减反膜8和光刻胶7；图6为本发明实施例提供的上表面依次涂布减反膜和光刻胶的结构剖视图，为减弱全息曝光中的驻波效应，在涂布光刻胶7之前，需要在准备好的基片上先涂布一层减反膜8，减反膜选用的是Brewer Science公司的系列，正性光刻胶选用的是AZ MIR-701。减反膜厚度150nm左右，光刻胶厚度为300nm左右。具体工艺条件可参考该型减反膜和光刻胶的使用说明书。

S6、全息光刻制作光刻胶7光栅掩模，光栅掩模的延伸方向垂直于光栅支撑结构的延伸方向；图7为本发明实施例提供的全息光刻制作出光栅掩模的结构剖视图，在劳埃镜曝光光路上进行全息曝光，显影后得到光刻胶光栅掩模，曝光时使支撑结构掩模的延伸方向平行于光学平台，而产生光刻胶光栅掩模图形的干涉条纹的延伸方向垂直于光学平台，那么显影得到的光刻胶光栅掩模自然与支撑结构相垂直，全息光刻为常规工艺手段，具体操作过程不再赘述。

S7、通过反应离子刻蚀将光刻胶7光栅掩模图案转移到减反膜8中；图8为本发明实施例提供的将光刻胶光栅掩模转移至减反膜的结构剖视图，使用的是中国科学院微电子所研制的ICP-98A型感应耦合等离子体刻蚀机，通过控制反应气体流量、激励电源功率、偏压电源功率、刻蚀时间来控制减反膜的刻蚀深度，最终将光刻胶光栅掩模图形转移至减反膜中，形成光栅结构的减反膜8。

S8、通过离子束刻蚀将光刻胶7光栅掩模图案转移到金膜中；图9为本发明实施例提供的将光刻胶光栅掩模转移至金膜后的结构剖视图，采用现有的离子束刻蚀将光刻胶光栅掩模图案转移到金膜中。

S9、清除基片上表面残余的光刻胶7、减反膜8和铬膜，并在下表面涂覆保护胶9；图10为本发明实施例提供的去除光刻胶、减反膜和Cr膜后的结构剖视图；具体是

使用丙酮超声的方法去除光刻胶及减反膜(ARC)，使用去Cr液超声的方法去除Cr膜。图11为本发明实施例提供的下表面涂布保护胶的结构剖视图，保护胶9选用的是BrewerScience公司的保护胶。先涂布Primer，再涂布具体工艺条件可参考使用说明书。

S10、将基片放入由氢氟酸与氧化剂组成的刻蚀液中进行金属催化刻蚀；图12为本发明提供的上表面金属催化刻蚀过程后的结构剖视图。氧化剂可以是双氧水、高锰酸钾或硝酸银，具体的刻蚀液各成分浓度和刻蚀温度可通过对比实验获得，优化的目标是刻蚀出侧壁光滑且陡直的光栅结构，以双氧水作为氧化剂为例，刻蚀液中氢氟酸的浓度为(4～6)mol/L，双氧水的浓度为(0.2～0.3)mol/L，刻蚀液温度为(5～15)℃时，获得的光栅结构陡直且侧壁光滑，光栅侧壁的粗糙度在1nm左右，刻蚀时间由刻蚀深度和刻蚀速率决定，刻蚀深度即为顶层硅的厚度，刻蚀速率可通过实验测得。

S11、把基片放在镀金电解液中，在上表面电镀沉积金；图13为本发明提供的在上表面电镀沉积金后的结构剖视图。

S12、去除基片下表面保护胶9，在基片上表面涂覆保护胶9；使用Piranha溶液去除耐碱保护胶，在水浴温度为80℃的条件下、水浴30分钟即可去除，图14为本发明提供的下表面去除保护胶，上表面涂覆保护胶后的结构剖视图。保护胶9选用的是Brewer Science公司的保护胶。先涂布Primer，再涂布具体工艺条件可参考使用说明书。

S13、刻蚀掉底层非掩模区域单晶硅；图15为本发明实施例提供的腐蚀下表面单晶硅后的结构剖视图，采用质量分数为30％的KOH水溶液作为腐蚀液，腐蚀温度为80℃，腐蚀时间大于6小时。腐蚀到中间SiO

S14、去除上表面的保护胶9；使用Piranha溶液去除耐碱保护胶，在水浴温度为80℃的条件下、水浴30分钟即可去除，上表面去除保护胶后的结构剖视图如图16所示。

S15、刻蚀掉顶层单晶硅1；图17为本发明实施例提供的腐蚀顶层单晶硅后的结构剖视图，采用质量分数为30％的KOH水溶液作为腐蚀液，腐蚀温度为80℃，腐蚀时间大于6小时。腐蚀到中间SiO

S16、去除氮化硅及窗口内中间SiO2层，清洗干燥，得到X射线金透射光栅。放入质量分数为48％的氢氟酸中浸泡8分钟，去除氮化硅以及窗口内中间SiO

所述制备方法还包括将具有电极的外延片边缘线解理后，在半导体激光器前后腔面上通过原子层沉积方法沉积高度致密的钝化层，之后在前腔面的钝化层上沉积增透膜，在后腔面的钝化层上沉积高反射膜。

本发明还提供所述可降低阈值电流的巴条类半导体激光器的制备方法，包括如下步骤：

步骤一、在衬底3上依次外延制备N型限制层、N型波导层、有源层6、P型波导层、P型限制层和欧姆接触层9；N型衬底为(100)面偏<111>方向15°N型偏角镓砷衬底。选用(100)面偏<111>方向15°N型偏角镓砷衬底一方面能抑制生长过程中亚稳态有序结构的形成；另一方面还能提高限制层中P型杂志掺杂浓度，提高电子的有效势垒，抑制有源层的电子泄露，有利于制备大功率半导体激光器。

步骤二、在欧姆接触层9的中部刻蚀至出P型限制层，以形成光栅凹槽；

步骤三、根据光栅凹槽尺寸制备透射光栅；

步骤四、将透射光栅安装入光栅凹槽；

步骤五、对外延片上制备P型电极；

步骤七、对衬底3进行减薄抛光后制备N型电极。在外延片上制备P型电极和N型电极，该电极为能与镓砷材料形成良好欧姆接触的电极材料，所述的P型电极采用溅射的方法制备，N型电极采用蒸发的方法制备。

其中，所述透射光栅的制备方法包括如下步骤：

S1、以SOI硅片为基底，在基底的上表面镀Cr膜14，在下表面镀氮化硅膜15；本发明实施例中采用的SOI硅片结构参数具体如下：顶层单晶硅为<100>晶向，厚度(2～10)微米；中间层SiO

S2、在基片上表面及下表面分别涂布光刻胶19，利用紫外光刻在上表面制作光栅支撑结构掩模，在下表面制作光栅外框掩模；图3为上表面制作光栅支撑结构掩模，在下表面制作光栅外框掩模的结构剖视图，光栅支撑结构掩模图形为线条阵列，周期选在(10～20)微米为佳，线条宽度(2～3)微米，光栅外框掩模图像为正交的网格，格条的宽度为(1～2)毫米，格条的间隔为(4～6)毫米。光刻胶选用正性光刻胶，如AZ MIR-701，涂布厚度(500～1000)nm为佳，使用旋转涂胶法进行光刻胶的涂布，厚度的调整可根据该型光刻胶使用说明书，通过调节转速和光刻胶中溶剂的占比来实现。涂胶过程为：先涂上表面，然后烤胶；再涂下表面，然后再烤胶。烤胶条件可参考该型光刻胶使用说明书，对于AZ MIR-701型光刻胶，单次烤胶参数为热台90℃烘烤2分钟。紫外光刻使用的是中国科学院光电技术研究所的URE-2000/35型紫外光刻机，具体工艺条件可以参考该型光刻胶使用说明书和光刻机使用说明书。由于选用的是正性光刻胶，光刻掩模版图形与目标图形一致。紫外光刻的过程为：上表面接触曝光；下表面接触曝光；显影。

S3、在下表面通过反应离子刻蚀氮化硅膜15，在上表面湿法刻蚀Cr膜14；图4为本发明实施例提供的下表面刻蚀氮化硅膜，上表面刻蚀Cr膜后的结构剖视图；对于氮化硅膜的刻蚀，使用的是中国科学院微电子所研制的ICP-98A型感应耦合等离子体刻蚀机，通过控制反应气体流量、激励电源功率、偏压电源功率、刻蚀时间来控制氮化硅膜的刻蚀深度，大量实验证明对于40nm的氮化硅膜，采用的刻蚀条件如下：反应气体CF

S4、去除上表面及下表面的光刻胶19；采用丙酮超声去除上表面及下表面的光刻胶，去除光刻胶后的结构剖视图如图5所示。

S5、在基片上表面依次涂布减反膜18和光刻胶19；图6为本发明实施例提供的上表面依次涂布减反膜和光刻胶的结构剖视图，为减弱全息曝光中的驻波效应，在涂布光刻胶之前，需要在准备好的基片上先涂布一层减反膜，减反膜选用的是Brewer Science公司的系列，正性光刻胶选用的是AZ MIR-701。减反膜厚度150nm左右，光刻胶厚度为300nm左右。

S6、全息光刻制作光栅掩模，光栅掩模的延伸方向垂直于光栅支撑结构掩模的延伸方向；图7为本发明实施例提供的光刻胶光栅掩模的结构剖视图，在劳埃镜曝光光路上进行全息曝光，显影后得到光刻胶光栅掩模，曝光时使支撑结构掩模的延伸方向平行于光学平台，而产生光刻胶光栅掩模图形的干涉条纹的延伸方向垂直于光学平台，那么显影得到的光刻胶光栅掩模自然与支撑结构相垂直。

S7、反应离子刻蚀将光刻胶19光栅掩模图案转移到减反膜18中；图8为本发明实施例提供的光刻胶光栅掩模转移至减反膜的结构剖视图，通过控制反应气体流量、激励电源功率、偏压电源功率、刻蚀时间来控制减反膜的刻蚀深度，最终将光刻胶光栅掩模图形转移至减反膜中，形成光栅结构的减反膜。

S8、上表面垂直基片向下沉积催化金属，图9为本发明实施例提供的镀催化金属后的结构剖视图，催化金属为金、银或铂；采用离子束溅射或电子束蒸发镀膜的方法沉积获得催化金属膜的光栅结构。

S9、去除光刻胶19、减反膜18、Cr膜14、及附着于光刻胶19和Cr膜14上的催化金属；使用丙酮超声的方法去除减反膜(ARC)、光刻胶及光刻胶上的催化金属，使用去Cr液超声的方法去除Cr及Cr上的催化金属，图10为本发明实施例提供的去除减反膜、光刻胶、Cr膜、及附着于光刻胶和Cr膜上的催化金属的结构剖视图。

S10、在基底上表面涂布耐碱保护胶21；如图11所示。

S11、腐蚀下表面的单晶硅，腐蚀截止至中间SiO2层；图12为本发明实施例提供的腐蚀下表面单晶硅后的结构剖视图，采用质量分数为30％的KOH水溶液作为腐蚀液，腐蚀温度为80℃，腐蚀时间大于6小时。腐蚀到中间SiO

S12、去除耐碱保护胶21；使用Piranha溶液去除耐碱保护胶，在水浴温度为80℃的条件下、水浴30分钟即可去除，去除耐碱保护胶后的结构剖视图如图13所示。

S13、去除氮化硅以及窗口内中间SiO

S14、将基片放入由氢氟酸与氧化剂组成的刻蚀液中进行金属催化刻蚀；氧化剂可以是双氧水、高锰酸钾、或硝酸银，具体的刻蚀液各成分浓度和刻蚀温度可通过对比实验获得，优化的目标是刻蚀出侧壁光滑且陡直的光栅结构，以双氧水作为氧化剂为例，刻蚀液中氢氟酸的浓度为(4～6)mol/L，双氧水的浓度为(0.2～0.3)mol/L，刻蚀液温度为(5～15)℃时，获得的光栅结构陡直且侧壁光滑。

S15、去除催化金属、漂洗并干燥后，获得X射线自支撑闪耀透射光栅。

此外，作为进一步的改进，上述制备方法还包括将具有电极的外延片边缘线解理后，在半导体激光器前后腔面上通过原子层沉积方法沉积高度致密的钝化层，之后在前腔面的钝化层上沉积增透膜，在后腔面的钝化层上沉积高反射膜。高度致密的钝化层的厚度为10nm，其材料为Si

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本公开的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本说明书实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。

本说明书的实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本说明书实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。