CN102570286A

CN102570286A - 具有高度致密钝化层半导体激光器的制备方法

Info

Publication number: CN102570286A
Application number: CN2012100756058A
Authority: CN
Inventors: 郑钢; 李弋; 高松信; 武德勇
Original assignee: Institute of Applied Electronics of CAEP
Current assignee: Institute of Applied Electronics of CAEP
Priority date: 2012-03-21
Filing date: 2012-03-21
Publication date: 2012-07-11

Abstract

本发明涉及一种半导体激光器，特别是具有高度致密钝化层半导体激光器的制备方法。包括以下步骤：在衬底上依次外延生长下金属化层，下限制层，下波导层，下过渡层，量子阱层，上过渡层，上波导层，上限制层，上金属化层，然后制备金属电极；沿芯片边缘线解理后，在半导体激光器前后腔面上通过原子层沉积方法沉积一层高度致密的钝化层，然后在前后腔面的钝化层上沉积增透膜和高反射膜；芯片焊接到热沉，压焊电极引线。本发明高度致密的钝化层更加有效的阻挡其它原子通过钝化层进入到腔面材料中，从而防止腔面光学灾变，提高腔面损伤阈值，提高半导体激光器的功率与寿命。

Description

具有高度致密钝化层半导体激光器的制备方法

技术领域

本发明属于光电技术领域，具体涉及一种半导体激光器，特别是具有高度致密的钝化层半导体激光器的制备方法。

背景技术

半导体激光器（DL）是近年来激光器发展的一个重要方向，由于其体积小，功率高，寿命长等特点，在医疗、工农业加工以及军事领域中的激光武器、测距、制导、探潜等方面具有极其广阔的应用前景。DL的功率和寿命是衡量其性能的重要指标，目前腔面光学灾变现象是限制高功率DL功率和寿命提高的一个关键因素。为了防止腔面光学灾变的发生，从上世纪70年代开始各个公司与科研单位的众多研究人员进行了多种方法的探索。目前各单位主要使用的抗腔面光学灾变的技术包括以下几类：

1 腔面钝化处理技术。在上世纪80年代至90年代，为了解决腔面光学灾变问题，多个科研小组提出了腔面钝化处理技术。1983年美国的P. L. Buchmann等人就申请了相关的专利，1996年德国费迪南德布劳恩学院的G. Beister等人提出用硫化铵进行腔面处理，其操作方法是首先在大气中将芯片解理，然后浸泡在硫化铵等钝化溶液中，溶液中的钝化物质会填充到激光器腔面的悬挂键上，稳定腔面结构从而达到提高腔面损伤阈值的目的。2006年北京工业大学的研究小组也发表了类似工作。

2 腔面钝化薄膜技术。早在1996年摩尔多瓦科技大学的A.V. Syrbu等人就提出使用ZnSe做为钝化薄膜提高半导体激光器的输出功率，近年来越来越多的报道提出了包括ZnSe、Si、Si₃N₄在内的钝化薄膜制备方法，2009年和2010年中电十三所和中科院长春光机所分别报道了利用Si和ZnSe制备钝化薄膜的实验结果。钝化薄膜的制备目前主要是通过离子辅助电子束蒸发的方法实现的，在沉积钝化薄膜之前，激光器的腔面需要经过清洗去除表面氧化物，一般采取低能离子轰击的方式。

3 超高真空解理技术。此技术与腔面钝化薄膜技术的结合进一步的提高了腔面抗腔面光学灾变的能力。将半导体激光器芯片在超高真空中解理开后原位沉积钝化薄膜可以防止空气中氧气对腔面的氧化损伤，而且可以省略制备钝化薄膜前的清洗步骤，从而防止清洗步骤对腔面的损伤，这在最大限度上保护了腔面结构的完好。1996年，美国波士顿大学的Schubert等人提出了真空解理镀钝化薄膜的方法，随着实验技术的不断发展，该技术也逐渐成熟，2011年以色列的Dan Yanson等人报道了超高真空解理的实验结果，单出光单元的功率可以达到12W，寿命超过1000小时。

4 非辐射吸收窗口技术。该技术是通过在激光器腔面二次外延生长或掺杂扩散的方法制备一层宽禁带半导体材料，其目的是减少光子在此区域的辐射吸收，降低腔面的温度。2009年中科院半导体所的研究小组报道了利用扩散Zn原子制备非辐射吸收窗口的半导体激光器实验结果，其测试结果表明非辐射吸收窗口能够提高激光器的功率。

除上述技术之外，还有一些其他的腔面处理技术，包括低应力高反射/增透光学薄膜制备技术，腔面清洗技术等。虽然上述方法能在一定程度上解决腔面光学灾变问题，但是（请叙述上述解决方案的缺点）。

发明内容

本发明的目的在于在于克服上述现有技术的不足，提供一种半导体激光器腔面钝化的方法，采用这种方法可以比现有钝化方法更好的阻挡其他原子穿过钝化薄膜进入腔面材料中，从而提高腔面损伤阈值，提高半导体激光器的功率与寿命。

本发明的解决方案是：一种具有高度致密钝化层半导体激光器的制备方法，其特点是包括以下步骤：

A、在衬底上依次外延生长下金属化层，下限制层，下波导层，下过渡层，量子阱层，上过渡层，上波导层，上限制层，上金属化层，然后制备金属电极；

B、沿芯片边缘线解理后，在半导体激光器前后腔面上通过原子层沉积方法沉积一层高度致密的钝化层，然后在前腔面的钝化层上沉积增透膜，在后腔面的钝化层上沉积高反射膜；

C、芯片焊接到热沉，压焊电极引线。

本发明中，由于采用原子层沉积方法在前后腔面沉积一层高度致密的钝化层，这种钝化层高度致密，因此高度致密的钝化层比现有钝化方法更加有效的阻挡其它原子通过钝化层进入到腔面材料中，从而防止腔面光学灾变，提高腔面损伤阈值，提高半导体激光器的功率与寿命。

本发明的解决方案中解理采用真空解理的，激光器腔面在真空中沉积一层钝化薄膜，然后再沉积一层高度致密的钝化层。其作用是第一层钝化薄膜起到在激光器腔面从真空解理机中取出进入大气环境时保护腔面不接触空气，防止腔面被氧化。但是这一层钝化薄膜的制备方法受到目前的设备限制，薄膜质量较差，在激光器工作时不能有效保护腔面，因此沉积第二层高度致密的钝化层，其作用是在激光器工作时有效的保护腔面不发生灾变现象。

本发明的解决方案中在半导体激光器前后腔面上沉积一层高度致密的钝化层（14）方法采用原子层沉积或等离子辅助原子层沉积。等离子辅助原子层沉积方法更加便于实施。

本发明的解决方案中高度致密的钝化层（14）厚度为1-20nm，其材料为ZnSe或Si或Si3N4。

本发明的优点：本发明采用原子层沉积方法在前后腔面沉积一层高度致密的钝化层，这种钝化层高度致密，因此高度致密的钝化层比现有钝化方法更加有效的阻挡其它原子通过钝化层进入到腔面材料中，从而防止腔面光学灾变，提高腔面损伤阈值，提高半导体激光器的功率与寿命。

附图说明

图1为本发明具有高度致密钝化层半导体激光结构示意图。

具体实施方式

实施例：本发明实施例如图1所示，以宽条半导体激光器为例，具有高度致密钝化层半导体激光器的制备方法包括以下步骤：

1、在衬底1上依次外延生长半导体激光器结构，包括：下金属化层2，下限制层3，下波导层4，下过渡层5，量子阱层6，上过渡层7，上波导层8，上限制层9，上金属化层10。

2、完成N面11和P面12金属电极的制备。

3、沿芯片边缘线解理。

4、真空解理后在真空中给前后腔面首先沉积一层钝化薄膜13。

5、采用等离子辅助原子层沉积方法在前后腔面上沉积一层高度致密的钝化层14。

6、在前腔面的高度致密的钝化层14上沉积增透膜15，在后腔面的高度致密的钝化层14上沉积高反射膜16，高度致密的钝化层14厚度为10nm，其材料为Si3N4。

7、芯片焊接到热沉，压焊电极引线。

Claims

1.一种具有高度致密钝化层半导体激光器的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

A、在衬底（1）上依次外延生长半导体激光器结构，包括：下金属化层（2），下限制层（3），下波导层（4），下过渡层（5），量子阱层（6），上过渡层（7），上波导层（8），上限制层（9），上金属化层（10），以及上下金属电极（11、12）；

B、沿芯片边缘线解理后，在半导体激光器前后腔面上通过原子层沉积方法沉积一层高度致密的钝化层（14），然后在前腔面的钝化层（14）上沉积增透膜（15），在后腔面的钝化层（14）上沉积高反射膜（16）；

C、芯片焊接到热沉，压焊电极引线。

2.根据权利要求1所述的具有高度致密的钝化层半导体激光器的制备方法，其特征在于解理采用真空解理，激光器腔面在真空中沉积一层钝化薄膜（13），然后再沉积一层高度致密的钝化层（14）。

3.根据权利要求1所述的具有高度致密的钝化层半导体激光器的制备方法，其特征在于在半导体激光器前后腔面上沉积一层高度致密的钝化层（14）方法采用原子层沉积或等离子辅助原子层沉积。

4.根据权利要求1所述的具有高度致密的钝化层半导体激光器的制备方法，其特征在于高度致密的钝化层（14）厚度为1-20nm，其材料为ZnSe或Si或Si3N4。