同一半导体芯片不同周期全息光栅的制作方法技术

一种同一半导体芯片上不同周期全息光栅的制作方法，包括：在衬底上依次生长下波导层、多量子阱层、上波导层和保护层，得到含有半导体波导结构的芯片；将含有半导体波导结构芯片上表面的保护层均匀地涂光刻胶、掩膜光刻、显影、部分腐蚀保护层，得到第一周期光栅的制作区域；采用光学全息曝光的方法在腐蚀掉保护层的部分、上波导层上制作第一周期光栅；腐蚀掉剩余的保护层；在整个芯片表面均匀地涂聚酰亚胺，保护第一周期光栅；在聚酰亚胺表面涂光刻胶，掩膜光刻，显影定形；部分腐蚀第二周期光栅区域表面的聚酰亚胺，得到第二周期光栅的制作区域；采用光学全息曝光的方法在腐蚀掉聚酰亚胺的部分、上波导层上制作第二周期光栅。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种不同周期全息光栅的制作方法，特别涉及一种半导体光电子集成器件(如激光器，光耦合器，光转换器等)中，同一芯片上具有不同的光栅周期的布拉格全息光栅的制作方法。这种布拉格光栅在器件中用来做波长选择器。
技术介绍
光栅制作的传统方法是用机械划刻机直接在光栅材料(如半导体、晶体、塑料、玻璃)表面刻出一条条的沟槽。这种方法对光刻机的精度和灵活性要求很高，几乎达到了机械加工的极限精度。因此设备昂贵，工作效率低。制作光栅的成本高，周期长，同时会在衍射光谱中引入鬼线这样的误差。采用全息曝光的方法制作光栅，两束具有一定波长，一定夹角的光在光刻胶上形成干涉条纹，显影后，用湿法或干法腐蚀光栅材料。这种方法设备简单，成本低，广泛用于半导体光电子器件中布拉格光栅的制作。但是只能大面积的制作周期均匀的光栅，不能在同一芯片上实现不同周期的光栅。专利US5668047中使用了电子束的全息曝光系统，制作同一半导体芯片上不同区域不同周期的光栅。首先在芯片上涂对电子束敏感的光刻胶，然后用一束半径一定，计量可调的电子束扫描芯片表面，接着使用氯气进行干法刻蚀，将光刻胶的图形转移到半导体芯片表面，同时对光刻胶进行灰化处理，得到不同区域不同深度不同周期的光栅。这种方法使用的电子束曝光机昂贵复杂，直接写光栅的速度极慢。因此费时费工，在使用上有很大的局限性。专利CN1335521A中提出采用激光扫描的制作不同周期的光栅。光栅材料放到由计算机控制的移动平台上进行激光步进式线扫描，通过调节扫描的脉冲宽度、频率、入射角度、功率密度等工艺参数，在材料表面得到规整的光栅结构。这种方法光栅的制作装置，比传统的全息曝光控制复杂。用于半导体芯片加工中，与传统工艺不太匹配，会使成本增高，工艺复杂化。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种，这种方法以传统简单的光学全息曝光为基础，选用聚酰亚胺作为保护材料，保护已做好的周期的光栅A，制作另一周期的光栅B。本专利技术的另一目的是提供一种，这种方法的设备简单，方便操作，与半导体光电集成的工艺兼容，可以广泛用于半导体光电集成器件中，成本低，效率高。本专利技术一种同一半导体芯片上不同周期全息光栅的制作方法，其特征在于，包括如下步骤步骤1在衬底上依次生长下波导层、多量子阱层、上波导层和保护层，得到含有半导体波导结构的芯片；步骤2将含有半导体波导结构芯片上表面的保护层均匀地涂光刻胶、掩膜光刻、显影、部分腐蚀保护层，得到第一周期光栅的制作区域；步骤3采用光学全息曝光的方法在腐蚀掉保护层的部分、上波导层上制作第一周期光栅；步骤4腐蚀掉剩余的保护层；步骤5在整个芯片表面均匀地涂聚酰亚胺，保护第一周期光栅；步骤6在聚酰亚胺表面涂光刻胶，掩膜光刻，显影定形；步骤7部分腐蚀第二周期光栅区域表面的聚酰亚胺，得到第二周期光栅的制作区域；步骤8采用光学全息曝光的方法在腐蚀掉聚酰亚胺的部分、上波导层上制作第二周期光栅。其中所述的衬底为磷化铟衬底。其中所述的多量子阱为铟镓砷磷材料。其中所述的波导层是铟镓砷磷体材料波导层。其中所述的保护层为磷化铟保护层，其厚度在100nm-400nm之间。其中所述的腐蚀液是盐酸和水的混合物，其盐酸和水的比例为4∶1腐蚀液。其中所述的全息曝光方法中的刻蚀，包括干法刻蚀和湿法腐蚀；干法刻蚀是电子回旋共振方法，湿法刻蚀是利用饱和溴水作为腐蚀液。本方法与现有的半导体材料工艺兼容，采用传统的光学全息曝光的方法，选用聚酰亚胺保护已做好的第一周期光栅，实现同一半导体芯片上不同区域不同周期的布拉格光栅的制作。本方法工艺设备简单易于操作，工艺步骤成熟易于实现。用于半导体光电子集成器件的制作，成本低，效率高，得到的器件性能稳定。可以制作有源器件如激光器，无源器件如光耦合器，光转换器等集成光电子器件。附图说明为进一步说明本专利技术的内容，以下结合附图和具体实例对本专利技术作进一步的描述，其中图1是第一周期光栅A制作区域示意图；图2是第二周期光栅B制作区域示意图图3是同一半导体芯片上不同周期光栅示意图；图4是实例中光栅的扫描电镜照片；图5是实例制作的激光器的激射光谱图；具体实施方式请结合参阅图1，图2，图3，本专利技术一种同一半导体芯片上不同周期全息光栅的制作方法，包括如下步骤(1)清洗外延生长了波导结构的半导体芯片。该波导结构包括在磷化铟衬底1上依次生长下波导层铟镓砷磷2、铟镓砷/铟镓砷磷多量子阱层3、上波导层铟镓砷磷4和保护层磷化铟5。(2)在芯片表面磷化铟层上均匀地涂光刻胶，掩膜光刻，显影定形得到第一周期光栅A的制作区域，宽度为250um。(3)腐蚀外延结构的表层保护材料磷化铟5。(4)采用传统的光学全息曝光的方法在相应的区域制作第一周期光栅A。两束相干光的波长是325nm，夹角是41.65度，光栅的周期是244.5nm。(5)清洗芯片，腐蚀第二周期光栅B区外延结构的表层保护材料磷化铟5。(6)芯片表面均匀地涂聚酰亚胺6，保护第一周期光栅A。(7)聚酰亚胺6表面涂光刻胶，掩膜光刻，显影定形。(8)腐蚀第二周期光栅B区域表面的聚酰亚胺6，得到第二周期光栅B的制作区域，宽度为250um。(9)采用传统的光学全息曝光的方法在相应的区域制作第二周期光栅B。两束相干光的波长是325nm，夹角是42.31度，光栅的周期是241.4nm。(10)外延生长磷化铟盖层和铟镓砷接触层。(11)掩膜光刻激光器的条形结构，不同周期光栅间的电隔离沟，和激光器侧向控制区。在隔离沟和侧向控制区注入He离子做电隔离。(12)溅射激光器p面电极，蒸发n面电极。解理包含不同周期光栅的分布反馈串联激光器。图4是本专利技术的扫描电镜照片；图5是测试得到的激射光谱图，两个激射峰证实了周期不同的两个光栅，作为布拉格反射器，选择了相应的两个不同波长。本方法与现有的半导体材料工艺兼容，采用传统的光学全息曝光的方法，选用聚酰亚胺保护已做好的第一周期光栅，实现同一半导体芯片上不同区域不同周期的布拉格光栅的制作。本方法工艺设备简单易于操作，工艺步骤成熟易于实现。用于半导体光电子集成器件的制作，成本低，效率高，得到的器件性能稳定。可以制作有源器件如激光器，无源器件如光耦合器，光转换器等集成光电子器件。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种同一半导体芯片上不同周期全息光栅的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤１：在衬底上依次生长下波导层、多量子阱层、上波导层和保护层，得到含有半导体波导结构的芯片；步骤２：将含有半导体波导结构芯片上表面的保护层均匀地涂光 刻胶、掩膜光刻、显影、部分腐蚀保护层，得到第一周期光栅的制作区域；步骤３：采用光学全息曝光的方法在腐蚀掉保护层的部分、上波导层上制作第一周期光栅；步骤４：腐蚀掉剩余的保护层；步骤５：在整个芯片表面均匀地涂聚酰亚胺，保 护第一周期光栅；步骤６：在聚酰亚胺表面涂光刻胶，掩膜光刻，显影定形；步骤７：部分腐蚀第二周期光栅区域表面的聚酰亚胺，得到第二周期光栅的制作区域；步骤８：采用光学全息曝光的方法在腐蚀掉聚酰亚胺的部分、上波导层上制作第二 周期光栅。

【技术特征摘要】
1.一种同一半导体芯片上不同周期全息光栅的制作方法，其特征在于，包括如下步骤步骤1在衬底上依次生长下波导层、多量子阱层、上波导层和保护层，得到含有半导体波导结构的芯片；步骤2将含有半导体波导结构芯片上表面的保护层均匀地涂光刻胶、掩膜光刻、显影、部分腐蚀保护层，得到第一周期光栅的制作区域；步骤3采用光学全息曝光的方法在腐蚀掉保护层的部分、上波导层上制作第一周期光栅；步骤4腐蚀掉剩余的保护层；步骤5在整个芯片表面均匀地涂聚酰亚胺，保护第一周期光栅；步骤6在聚酰亚胺表面涂光刻胶，掩膜光刻，显影定形；步骤7部分腐蚀第二周期光栅区域表面的聚酰亚胺，得到第二周期光栅的制作区域；步骤8采用光学全息曝光的方法在腐蚀掉聚酰亚胺的部分、上波导层上制作第二周期光栅。2.根据权利要求1所述的同一半导体芯片上不同周期全息光栅的制作方法，其特征在于，其中所述的衬...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢红云，王圩，王宝军，周帆，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]