[发明专利]百纳米级窄线宽多种形貌全息光栅光刻胶图样的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体激光器技术领域，尤其涉及一种百纳米级窄线宽多 种形貌全息光栅光刻胶图样的制备方法，主要用于分布反馈激光器(DFB)， 分布Bragg激光器(DBR)的器件制作工艺中，该光栅具有选模作用。此外 还可运用于制备需要百纳米级尺度的光栅的光电子器件。

背景技术

DFB或DBR激光器，具有动态单纵模，窄线宽的特点。波长为1.3 μm，1.55μm DFB激光器主要用于光纤通讯中，而852.3nm的DFB激光 器则用于铯原子钟的泵浦中。

本发明是在研制852.3nm高功率窄线宽的DFB激光器课题下完成的。 DFB激光器之所以能够实现单纵模激射，主要是由其内含的光栅具有选模 作用。光栅制作的好坏对DFB激光器的性能有很大的影响，光栅形貌、 深度、占空比也会影响DFB激光器的耦合因子，而耦合因子越大，阈值 电流越小。

理论上来说，深度越大，耦合因子越大；占空比不同，耦合因子也不 同；正弦形光栅与矩形光栅的耦合因子也不同。对于852.3nm激光器来说， 一级光栅的周期为126.6nm，已经超出了He-Cd激光器的分辨极限，因此 一般采用2级光栅，周期为253.2nm。即便是2级光栅，它的周期已很小， 无法使用一般的光刻机通过普通的光刻手段来得到，而采用电子束曝光的 方法可以制备矩形周期的光栅，而且可以制备出一级光栅，光栅的条宽可 以做到50nm以下的级别，但是电子束的曝光时间较长，而且成本更高， 而全息曝光具有低成本，一次大面积均匀曝光的特点，在制作周期性的光 栅上，比电子束更有优势。

但由于全息曝光是双光束干涉的特点，干涉场的强度是呈正弦型分布 的，因此一般认为作用到光刻胶显影完后，光刻胶光栅的轮廓也是正弦分 布的，但实际上光刻胶在显影液中的溶解速率与曝光量是非线性的，本发 明正是用此来得到了梯形与矩形的光刻胶光栅。

光刻胶光栅的形貌无论是对湿法还是干法来说，均至关重要，但效果 不同：对于湿法来说，光刻胶光栅的形貌影响主要体现在占空比上，而与 其矩形与否关系不大，腐蚀出来的光栅形貌与腐蚀液和晶向的选取有关， 但是占空比会建立在原先胶的占空比上，进一步地减小，这是因为湿法腐 蚀会有一定程度的侧蚀，并且会随着腐蚀深度的增大而侧蚀也相应地增 大，但通过控制光刻胶光栅的占空比，可以更好地控制后继湿法腐蚀所得 光栅的占空比，采用本发明的5种条件下的光刻胶光栅，可以得到湿法腐 蚀下的5种不同占空比的光栅。

为了保持占空比，以及得到更深的光栅，需要采用干法刻蚀，干法刻 蚀具有各向异性，但刻蚀的时候也会打掉部分作为掩模的光刻胶，因此光 刻胶需要一定的厚度才能扛的住，由于刻蚀深度在60～80nm左右，因此采 用110，160，240，290nm适合干法刻蚀，尤其是240，290nm厚的胶显 影打胶完后分别可以达到80nm，120nm的厚度。通过控制干法刻蚀条件， 可以得到梯形或者矩形的光栅形貌。此外利用本发明制作的矩形光栅的图 样，可以用来进行金属剥离来制备金属光栅，从而制备出增益耦合光栅。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种百纳米级窄线宽多种形貌 全息光栅光刻胶图样的制备方法，以制备出百纳米级窄线宽多种形貌的全 息光栅光刻胶图样。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种百纳米级窄线宽多种形貌全息光 栅光刻胶图样的制备方法，该方法包括：

步骤1：将光刻胶按不同的配比进行稀释，在清洗干净的衬底上甩胶， 得到厚度分别为70nm、110nm、160nm、240nm和290nm的光刻胶层；

步骤2：采用325nm的全息曝光系统，对不同厚度的光刻胶层进行相 应剂量的曝光；

步骤3：对经过曝光处理的样品进行显影和定影，得到相应的光刻胶 光栅形貌图样；

步骤4：对样品进行后烘，利用等离子体去胶机去除底胶，并对得到 的光刻胶光栅形貌进行修饰。

上述方案中，步骤1中所述光刻胶为S9912光刻胶，衬底为GaAs衬 底。

上述方案中，步骤1中所述在衬底上甩胶时，先预甩3000转/分，再 匀甩5000转/分。