CN100388573C - 一种半导体激光器腔面钝化的方法 - Google Patents

一种半导体激光器腔面钝化的方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于半导体激光器领域。包括以下步骤：半导体激光器在空气中解理成条后装入夹具后放入电子束蒸发真空室；离子预清洗，即在电子束蒸发的真空室中用能量小于100eV的低能大束流离子无损除去在空气中解理的腔面上的氧化物和杂质及其形成的表面态和界面态这些非辐射复合中心；前腔面(4)进行离子预清洗30秒到6分钟；用电子束蒸发方式在前腔面(4)蒸镀ZnSe或ZnS宽禁带低吸收材料作为钝化阻挡层(3)；前腔面(4)镀增透膜(1)；夹具翻面对后腔面(5)进行上述离子预清洗30秒到6分钟；电子束蒸发方式在后腔面(5)蒸镀ZnSe或ZnS；在后腔面(5)镀高反膜(2)。本发明钝化膜性能稳定，提高了可靠性，方法简单，适用于不同波长或结构的激光器。

Description

一种半导体激光器腔面钝化的方法
一.技术领域
本发明涉及一种半导体激光器腔面钝化的方法，适合于多种不同波长的半导体脊型波导激光器、宽条激光器。
二.背景技术
半导体激光器是光通信、光泵浦、光存储等领域的核心器件。其腔面由于界面态、杂质沾污或应变的影响，使得光吸收增强，温度剧升，反过来又增强了光的吸收，很容易发生氧化，产生缺陷，使得激光器性能发生衰退和出现光学灾变性损坏，这对大功率激光器显得尤为突出。为减小这些因素的影响，提高激光器可靠性，通常会对激光器腔面进行镀膜。一般地，这种镀膜既保护腔面，同时又起到了调节阈值电流和斜率效率的作用。早先直接用反射镜起到对腔面的钝化和保护作用，反射镜多用各种氧化物介质膜。但氧化物作为反射镜或钝化保护层在长期工作后氧化物里的氧原子会与激光器材料互扩散，使得器件特性变坏。为了解决这一问题，国际上常用的做法是在镀反射镜之前先镀一薄层Si做为钝化阻挡层。而且为使腔面的氧化减到最小程度，通常在超高真空中实施解理，并立即镀上钝化层和反射镜。这种方法虽然能比较好的提高器件的可靠性，但对设备的要求苛刻，工艺复杂，成本太高。
三.发明内容
本发明的目的就是提出一种简单易行的半导体激光器腔面钝化的工艺方法，既使激光器可靠性得到大的提高，同时又降低成本和操作的难度。
本发明提供的一种半导体激光器腔面钝化的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)半导体激光器在空气中解理成条后，装入镀膜专用夹具，然后放入电子束蒸发真空室；
2)离子预清洗，即在电子束蒸发的真空室中用能量小于100eV的低能大束流离子无损除去在空气中解理的腔面上的氧化物和杂质及其形成的表面态和界面态这些非辐射复合中心；在半导体激光器前腔面4进行所述的离子预清洗30秒到6分钟；
3)用电子束蒸发方式在前腔面4蒸镀ZnSe或ZnS宽禁带低吸收材料作为钝化阻挡层3，防止腔面镜介质的氧等物质对腔面的扩散；
4)根据现有技术在前腔面4镀增透膜1；
5)夹具翻面后对后腔面5进行工艺处理，在半导体激光器后腔面5进行上述步骤2)所述的离子预清洗30秒到6分钟；；
6)电子束蒸发方式在后腔面5蒸镀ZnSe或ZnS宽禁带低吸收材料作为钝化阻挡层3；
7)根据现有技术在后腔面5镀高反膜2。
ZnSe和ZnS材料的带隙(2.7eV和3.7eV)比GaAs、非晶硅等大得多，能减少吸收并限制电子和空穴在表面的复合。ZnSe晶体和多晶的晶格常数与GaAs接近，失配率为0.23％；特别是ZnSe和ZnS的热膨胀系数分别为(7×10-6K-1和6.5×10-6K-1)，与GaAs(6×10-6K-1)几乎相同。比Si与GaAs膨胀系数的差异小3倍以上。物性的匹配可减少薄膜与衬底之间的应力以及膨胀系数的差异在高热作用下可能造成的薄膜剥离和破裂。
上述发明的工艺方法具有以下优点：
1.在空气中解理，大大降低了操作的难度和生产的成本。
2.所用钝化阻挡层材料ZnSe(或ZnS)与GaAs特性非常相近，而且又是宽带隙材料，使得钝化膜性能更加稳定，钝化效果更好。
3.这种工艺方法，比在空气中解理后直接镀膜的工艺更好的提高了半导体激光器的可靠性。
4.这种工艺方法简单，便于应用于实际生产。
5.这种方法适用于多种不同波长或结构的激光器。
四.附图说明
所附图为激光器腔面处理结构示意图
图中(1)增透膜，(2)高反膜，(3)钝化阻挡层，(4)前腔面，(5)后腔面。
五.具体实施方式
(1)半导体激光器在空气中解理成条后，装入镀膜专用夹具，然后放入电子束蒸发真空室；
(2)离子预清洗：选择Ar或其它损伤小的离子源均可；在半导体激光器前腔面4进行离子预清洗30秒或者3分钟或者6分钟；
(3)用电子束蒸发方式在前腔面4蒸镀ZnSe或ZnS宽禁带低吸收材料作为钝化阻挡层3，防止腔面镜介质的氧和杂质对腔面的扩散；
(4)根据现有技术在前腔面4镀增透膜1；
(5)夹具翻面后对后腔面5进行工艺处理，在半导体激光器后腔面5进行上述步骤(2)；
(6)电子束蒸发方式在后腔面5蒸镀ZnSe或ZnS；
(7)根据现有技术在后腔面5镀高反膜2。
完成后待温度降低即可取出。取出后烧结封装即可。
在同样老化实验条件下，根据目前老化试验数据可知，没有经过离子预清洗和蒸镀ZnSe处理的半导体激光器，和以上所述工艺作出的激光器相比，其退化速率是后者的3-5倍，不同波长与条宽的半导体激光器退化速率会略有不同；经过离子预清洗和ZnSe钝化工艺的半导体激光器通过这种退化速率分析显示其寿命均有提高，有力的说明此工艺有效地提高了半导体激光器的可靠性。

Claims (1)

1.一种半导体激光器腔面钝化的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)半导体激光器在空气中解理成条后，装入镀膜专用夹具，然后放入电子束蒸发真空室；
2)离子预清洗，即在电子束蒸发的真空室中用能量小于100eV的低能大束流离子无损除去在空气中解理的腔面上的氧化物和杂质及其形成的表面态和界面态这些非辐射复合中心；在半导体激光器前腔面(4)进行所述的离子预清洗30秒到6分钟；
3)用电子束蒸发方式在前腔面(4)蒸镀ZnSe或ZnS宽禁带低吸收材料作为钝化阻挡层(3)，防止腔面镜介质的氧对腔面的扩散；
4)根据现有技术在前腔面(4)镀增透膜(1)；
5)夹具翻面后对半导体激光器后腔面(5)进行上述步骤2)所述的离子预清洗30秒到6分钟；
6)用电子束蒸发方式在后腔面(5)蒸镀ZnSe或ZnS宽禁带低吸收材料作为钝化阻挡层(3)；
7)根据现有技术在后腔面(5)镀高反膜(2)。
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