[发明专利]一种分布反馈半导体激光器光栅及芯片的制备方法

说明书

本发明涉及一种DFB光栅的制作方法，尤其涉及一种分布反馈半导体激光器光栅及芯片的制备方法；光栅的制备方法包括生长出具有三层光栅材料的外延片结构，用腐蚀液沿V沟方向腐蚀该外延片结构，并通过扫描电镜测试底部至顶部的高度；根据光栅的占空比，利用相似梯形原理，在外延结构厚度不变的条件下，调整三层材料的厚度，从而达到控制光栅占空比的目的，最后通过二次外延得到所需要占空比的光栅。本发明公开的这种控制光栅占空比的方法能够较为精准控制光栅的占空比，工艺可重复性好，能够适应规模化生产。

技术领域

本发明涉及一种DFB光栅的制作方法，尤其涉及一种分布反馈半导体激光器光栅及芯片的制备方法。

背景技术

半导体激光器是光通信网络的主要光源，包括法布里-珀罗激光器(FP激光器)分布反馈激光器(DFB)和垂直腔面发射激光器(VCSEL)三种类型。其中DFB激光器在半导体内部构建布拉格光栅，利用光的分布反馈实现单纵模选择，具有高速，窄线宽及动态单模工作特性。目前现有技术中制造DFB芯片的光栅的周期常见为200纳米和240纳米，而占空比一般为25％和50％。光栅占空比影响其反射谱每个波长的带宽，相邻通道之间的间隔也在增大，在DFB中影响其线宽。

不同波长的半导体激光器的光栅的占空比是不同的，通常的做法每一个占空比对应制作一块光刻板，通过制作不同占空比的胶膜，再通过材料腐蚀制作出不同占空比的光栅；从而得到相应占空比的胶膜。但是在制作小占空比亚微米光栅的胶膜时，由于胶膜的宽度较窄，对光刻胶的解析度要求高，制作出的光栅胶膜条宽不均匀，从而影响产品的成品率。

发明内容

因此，有鉴于此，本方法的目的是提供一种用同一光刻板制作不同占空比光栅的方法，以提高光刻板的利用率，降低生产成本。

在本方面的技术方案中，本发明提供了一种分布反馈半导体激光器光栅及芯片的制备方法用于解决上述技术问题。

在本方面的第一方面，本发明提供了一种分布反馈半导体激光器光栅的制备方法，所述方法包括：

S1、利用金属有机化合物化学气相沉淀(MOCVD)生长出具有三层光栅材料的外延片结构；并在外延片上生长出氮化硅薄膜；

S2、使用光刻版作为掩膜层遮住部分氮化硅薄膜，并在光刻机下进行曝光，制作出具有一定占空比的光刻胶膜；

S3、将腐蚀液降温，利用低温条件对侧向腐蚀的终止作用，对外延片进行腐蚀，并利用扫描电镜测量出在不同腐蚀时间下栅条的高度以及栅条顶部的宽度；

S4、直至腐蚀出多个V沟状结构，形成若干栅条并记录腐蚀时间后结束腐蚀，去除氮化硅薄膜；

S5、根据刻蚀负载效应，形成V沟后，确定出三层光栅材料在纵向上的腐蚀发生停滞时的形成的夹角，通过控制图形的开口宽度，确定出腐蚀的深度；

S6、根据步骤S5的V沟深度h设置为光栅层的总厚度，根据耦合系数确定出第二层光栅材料的厚度d2；根据所需的光栅占空比计算出第一层光栅材料的厚度d1和第三层光栅材料的厚度d3；

S7、按照所计算出的各层光栅材料的厚度重新生成出外延片；

S8、在重新生成出的外延片上生长与步骤S1相同厚度的氮化硅薄膜，从而制作出当前所需的占空比的光栅。

进一步的，所述三层光栅材料为两层P-InP材料中间夹一层P-InGaAsP材料。

进一步的，因为腐蚀液在低温条件下，根据刻蚀负载效应，开口宽度不变。因此V沟角度θ是一个定值，约为55°，所以只要图形的开口宽度d相同，每次腐蚀的深度h为定值；其计算公式为

进一步的，所述步骤S6中，按照以下公式计算出第一层光栅材料和第三层光栅材料的厚度：