CN105742957A - 一种边发射半导体激光器腔面的再生方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种边发射半导体激光器腔面的再生方法，包括：(1)采用高选择比腐蚀剂对失效的边发射半导体激光器进行选择性腐蚀，在激光器两端损坏的谐振腔腔面处形成悬臂结构；(2)采用压针对上述悬臂结构外侧靠近激光器腔面处施加外力，使得损坏的腔面自然解理，形成新的腔面。本发明可以使由于COD问题失效的激光器，恢复大部分工作性能，有效延长激光器的使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于半导体领域，特别涉及一种边发射半导体激光器腔面的再生方法。
背景技术
硅基光电集成电路技术是利用现有的超大规模集成电路工艺把硅基光电子器件和电路集成在同一芯片上，由于硅材料在集成方面有着绝对优势，无论是集成光电技术和相对成熟的微电子技术都在蓬勃发张，这促使光电子器件向系统集成方向不断迈进，具有结构紧凑、成本低廉等优点的硅基单片集成芯片是一个重要发展方向。由于硅为间接带隙半导体，很难直接作为有效光源，发展硅基Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体激光器是一个有效的解决思路。目前，国际上已经出现了通讯波段硅基Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体激光器室温连续激射的相关报道。但在不断提高硅基Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体激光器工作性能的同时，输出功率的提高也引发了灾变性光学镜面损伤(COD)问题。
COD的发生主要是由于激光器腔面具有很高的表面态密度，在高光功率密度作用下导致腔面温度迅速升高进而诱发腔面处带隙收缩加剧光子吸收，这又进一步加快了腔面温度的升高，最后促使腔面烧毁，激光器失效。由于COD问题的存在，给激光器的寿命带来了极大的损耗。但COD使激光器失效的主要原因在于激光器腔面的损坏，因此，用一定手段将破坏后的腔面解理掉，从理论上可以实现激光器的再度激射，这种方法对于降低工业成本，建设节约型社会具有重要意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种边发射半导体激光器腔面的再生方法，该方法可以使由于COD问题失效的激光器，恢复大部分工作性能，有效延长激光器的使用寿命。
本发明的一种边发射半导体激光器腔面的再生方法，包括：
(1)采用高选择比腐蚀剂对失效的边发射半导体激光器进行选择性腐蚀，在激光器两端损坏的谐振腔腔面处形成悬臂结构；
(2)采用压针对上述悬臂结构外侧靠近激光器腔面处施加外力，使得损坏的腔面自然解理，形成新的腔面。
所述步骤(1)中的选择性腐蚀具体为衬底材料的腐蚀速度大于有源区材料的腐蚀速度。
所述步骤(1)中的悬臂结构的长度为20-40微米。
所述步骤(2)中的压针的直径为5-40微米。
所述步骤(2)中的压针靠近激光器腔面处20微米以内。
所述步骤(2)中的压针力度和压针位置可以精确调控。
本发明针对因镜面损伤导致失效的激光器材料结构分析，设计腐蚀工艺，在该腐蚀工艺中，该激光器的衬底材料和有源区材料具有较大的腐蚀选择比。选择合适的选择性腐蚀溶液，控制腐蚀时间，最终在激光器两端腔面处形成足够长的悬臂结构。在完成腔面两端的选择性腐蚀之后，将激光器置于高倍显微镜之下，利用小直径的压针对悬臂结构外侧靠近激光器腔面处施加外力，使得谐振腔在衬底和有源区结合处自然解理，损坏的激光器腔面端脱落，形成高质量的激光器谐振腔镜面。
本发明尤其适用于硅基(锗基)化合物半导体激光器，因为硅基(锗基)化合物半导体激光器的衬底材料和有源区材料通常具有很高的选择性腐蚀比。
有益效果
本发明通过悬臂式激光器谐振腔的制备，利用外力压断谐振腔两端，实现腔面再生，从而使激光器重新工作；通过本发明可以使由于COD问题失效的激光器，恢复大部分工作性能，有效延长激光器的使用寿命。
附图说明
图1为本发明的原理示意图；
图2为实施例1的Ge基InAs/GaAs量子点激光器损坏的腔面；
图3为实施例1的Ge基InAs/GaAs量子点激光器处理后的腔面；
图4为实施例1的Ge基InAs/GaAs量子点激光器腔面再生前后I-P曲线。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
Ge基InAs/GaAs量子点边发射激光器腔面再生：
①首先，将已经封装好的激光器置于温度为180℃的加热台上，待铟熔化后立即将导线移除，并将激光器从热沉上取下，此过程要一直保持在加热台上进行，并避免熔化后的铟溶液沾到激光器的腔面。
②激光器腔面悬臂结构制备：利用H2O2对失效的激光器进行腐蚀，腐蚀条件为50℃水浴加热8h，该条件下，腐蚀液几乎不对InAs/GaAs激光器结构造成影响，选择比约为30:1；即对GaAs的腐蚀速率为Ge衬底腐蚀速率小于1/30。因此选择合适的腐蚀时间，可以对Ge衬底形成侧向腐蚀，却不腐蚀衬底上的激光器外延结构，从而在激光器前后腔面处形成悬臂式结构。
③运用外力方法，使悬梁结构自然解理，实现腔面再生：将直径40um的细针固定于金属焊球机的焊针上，调整针尖角度，使其能被通过显微镜清楚观察到。将金属焊球机的显微镜放大倍数调为100倍，然后将激光器置于物镜下方的台面上，并固定。调整金属焊球机的内置程序设置，可控制压针力度。并且，通过操控金属焊球机的操作臂，也能够实现针尖的小尺寸移动。压针时，针尖靠近脊条，并在离腔面20um附近压下，使其自然解理，可使已被COD问题损坏的激光器腔面剥落而形成新的理想腔面，使激光器重新发光。
利用本方法成功去除由于COD问题而破坏掉的Ge基InAs量子点激光器腔面。实验所用激光器原始最大输出功率为47.45mw，由于COD的破坏，使激光器输出功率急速下降至9.58mw。经过处理后，激光器输出功率恢复到了40.51mw，具体I-P曲线对比如图4。
Claims (5)
1.一种边发射半导体激光器腔面的再生方法，包括：
(1)采用高选择比腐蚀剂对失效的边发射半导体激光器进行选择性腐蚀，在激光器两端损坏的谐振腔腔面处形成悬臂结构；
(2)采用压针对上述悬臂结构外侧靠近激光器腔面处施加外力，使得损坏的腔面自然解理，形成新的腔面。
2.根据权利要求1所述的一种边发射半导体激光器腔面的再生方法，其特征在于：所述步骤(1)中的选择性腐蚀具体为衬底材料的腐蚀速度大于有源区材料的腐蚀速度。
3.根据权利要求1所述的一种边发射半导体激光器腔面的再生方法，其特征在于：所述步骤(1)中的悬臂结构的长度为20-40微米。
4.根据权利要求1所述的一种边发射半导体激光器腔面的再生方法，其特征在于：所述步骤(2)中的压针的直径为5-40微米。
5.根据权利要求1所述的一种边发射半导体激光器腔面的再生方法，其特征在于：所述步骤(2)中的压针靠近激光器腔面处20微米以内。
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