分布反馈半导体激光器中光栅的干法刻蚀制作工艺的制作方法

专利名称：分布反馈半导体激光器中光栅的干法刻蚀制作工艺的制作方法
技术领域：
本发明属于半导体激光器技术领域，涉及干法刻蚀工艺，具体地说涉 及一种用于分布反馈半导体激光器中光栅的反应离子刻蚀制作技术。
背景技术：
单纵模分布反馈(DFB)激光器与一般激光器在结构上的主要区别在于
有一个提供光反馈的光栅。光栅的作用是取代一般激光器中光学谐振腔， 并兼有选模特性。DFB激光器的边模抑制比和布拉格波长分别取决于光栅 的耦合系数和有效折射率，而这两个系数都与光栅深度和断面轮廓有关。 从理论计算知道，光栅越深，耦合系数越大，越有利于降低阈值电流；而
矩形光栅又优于正弦光栅。光栅的制作分两步首先要在作为掩模用的光
刻胶上做出光栅条纹，可以用全息光刻方法或电子束直接扫描曝光的方 法；然后在材料上腐蚀出光栅结构，可以用湿法腐蚀或干法腐蚀刻制。用 湿法腐蚀刻制光栅，大面积上的均匀性较差，成品率和重复性不好，光栅
深度有限。
为了克服湿法腐蚀的缺点，近年来采用反应离子刻蚀工艺(RIE)， 使激光器的制作成品率和器件性能都得到提高。
近年来报导了采用CH4和H2的混合气对InP进行反应离子腐蚀，许多实 验研究表明，在采用碳氢系列气体刻蚀时，加入离子轰击作用是很必要的，
在离子轰击方向上，被射频源驱动的离子的刻蚀速率增强，而且离子轰击 样品表面而激活样品，刺激挥发性产生物的形成和吸收。通常采用Ar或 02作为轰击离子，同时这些气体还可以作为稀释剂，减少聚合物的沉积。

发明内容
本发明的目的是提供一种分布反馈半导体激光器中光栅的干法刻蚀 制作工艺。
为实现上述目的，本发明提供的分布反馈半导体激光器中光栅的干法
刻蚀制作工艺，是利用反应离子刻蚀技术(R正)，其主要步骤为
A) 用全息曝光的方法在GalnP材料上形成干涉条纹并显影，坚膜；
B) 将己显影的样品放入反应室内，反应气体为CHVH2/Ar混合气体， 其中CH4流量控制在5-18sccm，优选5sccm; &流量控制在17-45sccm，优 选17sccm; Ar流量控制在l-8sccm，优选8sccm;射频(RF)功率为50-150W， 反应气压为0.067mbar，反应温度为室温；反应时间为45-60sec，优选60sec。
所述的方法，其中反应室用50W射频功率下起辉的等离子体O2清洗， 以确保反应室清洁。


图1为本发明实施例1制作的GalnP光栅扫描电子显微(SEM)图； 图2为本发明实施例2制作的GalnP光栅SEM图。
具体实施例方式
本发明中采用AlcatelGIR300型反应离子刻蚀设备。该装置由气体供 给系统，气动传送系统，真空抽取系统，控制系统和反应室几部分构成(此 为公知技术，不作详细描述)。配备的气体源有CH4、 H2、 Ar、 CF4、 02。 本发明采用CH4、 H2和Ar的混合气体系统对GalnP光栅的反应离子腐蚀进 行了工艺研究，经过优化气体流量比例和刻蚀时间，可以得到好的刻蚀效 果。
实施例一
实验在0.067mbar的反应气压下进行，反应温度为室温。具体步骤如
下
1) 用全息曝光的方法在GalnP材料上形成干涉条纹并显影，坚膜；
2) 反应室用50W射频功率下起辉的等离子体O2清洗10分钟，以确保 反应室清洁，保证实验的可重复性；
3) 将已显影的样品放入装样品的托盘中，由微电脑控制传送至反应 腔室内；
4) 通过气体质量流量计控制各反应气体流量。CH4的流量控制在 18sccm， H2的流量控制在45sccm， Ar的流量控制在5sccm;
5) 射频功率设为150W;
6) 进行干法刻蚀45s;
7) 关闭仪器；
8) 取出样品。
制备好的GalnP材料的光栅形貌如图1所示。深度约为60nm。
实施例二
实验在0.080mbar的反应气压下进行，反应温度为室温。具体步骤如
下
1) 用全息曝光的方法在GalnP材料上形成干涉条纹并显影，坚膜；
2) 反应室用50W射频功率下起辉的等离子体O2清洗10分钟，以确保 反应室清洁，保证实验的可重复性；
3) 将已显影的样品放入装样品的托盘中，由微电脑控制传送至反应 腔室内；
4) 通过气体质量流量计控制各反应气体流量。CH4的流量控制在 5sccm， H2的流量控制在17sccm， Ar的流量控制在8sccm;
5) 射频功率设为150W;
6) 进行干法刻蚀60s;
7) 关闭仪器；
8) 取出样品。
制备好的GalnP材料的光栅形貌如图2所示。深度约为60rnn，且相 较于实施例一，所得到的光栅形貌更接近于矩形，侧壁更光滑。
权利要求
1、一种分布反馈半导体激光器中光栅的干法刻蚀制作工艺，是利用反应离子刻蚀技术，其主要步骤为A)用全息曝光的方法在GaInP材料上形成干涉条纹并显影，坚膜；B)将已显影的样品放入反应室内，反应气体为CH4/H2/Ar混合气体，其中CH4流量为5-18sccm；H2流量为17-45sccm；Ar流量为1-8sccm；射频功率为50-150W；反应气压为0.067mbar；反应温度为室温；反应时间为45-60sec。
2、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中CH4流量为5sccm。
3、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中H2流量为17sccm。
4、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中Ar流量为8sccm。
5、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中射频功率为150W。
6、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中反应时间为60sec。
7、 根据权利要求l所述的方法，其特征在于，其中反应室用50W射频 功率下起辉的等离子体02清洗，以确保反应室清洁。
全文摘要
一种分布反馈半导体激光器中光栅的干法刻蚀制作工艺，是利用反应离子刻蚀技术，其主要步骤为A)用全息曝光的方法在GaInP材料上形成干涉条纹并显影，坚膜；B)将已显影的样品放入反应室内，反应气体为CH₄/H₂/Ar，其中CH₄流量为5-18sccm；H₂流量为17-45sccm；Ar流量为1-8sccm；射频功率为50-150W；反应气压为0.067mbar；反应温度为室温；反应时间为45-60sec。本发明采用CH₄、H₂和Ar的混合气体系统对GaInP光栅的反应离子腐蚀进行了工艺研究，经过优化气体流量比例和刻蚀时间，可以得到好的刻蚀效果。
文档编号H01S5/00GK101197491SQ20061016488
公开日2008年6月11日 申请日期2006年12月7日 优先权日2006年12月7日
发明者付生辉, 宋国锋, 陈良惠 申请人:中国科学院半导体研究所