CN107275921A - 一种改善砷化镓基半导体激光器腔面稳定性的方法 - Google Patents

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薄报学
高欣
乔忠良
张晶
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Abstract

一种改善砷化镓基半导体激光器腔面稳定性的方法，属于激光技术领域。该领域已知技术难以有效改善砷化镓基半导体激光器的腔面稳定性，使砷化镓基半导体激光器的性能受到很大限制。本发明依次采用氩气、氢气、氧气、氮气或其混合气体的等离子体及含六氟化硫等离子气氛表面处理砷化镓基半导体激光器腔面，结合真空镀膜或化学气相沉积制备保护膜，然后进行激光器腔面的高反膜或减反膜镀制，形成高功率工作条件下对工作环境气氛稳定的激光器腔面。

Description

一种改善砷化镓基半导体激光器腔面稳定性的方法
技术领域
本发明涉及一种改善砷化镓基半导体激光器腔面稳定性的方法，属于激光技术领域。
背景技术
砷化镓基半导体激光器作为目前高功率半导体激光器的主要选择类型，具有材料外延质量好、芯片工艺成熟、工作波长灵活的优点。随着激光器材料与工艺技术的发展，砷化镓基半导体激光器的单条形输出功率已经达到20 W以上，其腔面功率密度达到20 MW/平方厘米以上。由于腔面污染、腔面晶格缺陷造成的激光器腔面光吸收在高功率密度工作条件下极易造成腔面烧毁，成为限制砷化镓基半导体激光器输出功率提高的重要因素。为了有效改善砷化镓基半导体激光器腔面的高功率工作稳定性，包括采用二次外延宽带隙材料、量子阱混杂工艺、真空腔面解理抑制激光器腔面光吸收都获得了明显的改善效果，但均存在工艺复杂、成本高的缺点，并可能引入新的波导损耗，使激光器的输出功率、效率下降。
发明内容
本发明是这样实现的，首先通过氩气、氢气、氧气、氮气或其混合气体的等离子体进行表面处理，去除空气中自然解理激光器腔面上存在的有机物、碳化物污染，然后通过含有六氟化硫的等离子气氛表面处理减少砷化镓基半导体激光器腔面的非辐射复合缺陷，结合真空镀膜或化学气相沉积工艺覆盖一层硅或金属氧化物、金属氮化物保护膜，然后进行激光器腔面的高反膜或减反膜镀制，形成高功率工作条件下对工作环境气氛稳定的激光器腔面。
本发明的技术效果在于，在砷化镓基半导体激光器腔面抑制了由于非辐射复合缺陷及有机污染造成的腔面光吸收损耗，同时所覆盖的保护膜抑制了环境气氛对等离子气氛表面处理后的激光器腔面的污染或破坏，从而使得砷化镓基半导体激光器在高功率工作条件下具有好的腔面工作稳定性，具有工艺简单、应用效果好的优点。
具体实施方式
首先，将空气环境中解理的砷化镓基半导体激光器芯片放入常规的无油真空系统中的样品台上，抽真空，然后通入氩气、氢气、氧气、氮气或其混合气体进行等离子体表面处理，去除自然解理激光器腔面上存在的有机物、碳化物污染。
然后，通入含有六氟化硫气体或六氟化硫与氢气、氩气、氮气的混合气体，并对样品台施加直流、交流或高频电场，在裸露腔面的砷化镓基半导体激光器芯片附近形成等离子气氛，实现对砷化镓基半导体激光器芯片腔面的含六氟化硫等离子气氛表面处理。
最后，通过真空镀膜或化学气相沉积工艺在激光器腔面覆盖一层硅或金属氧化物、金属氮化物保护膜，然后进行激光器腔面的高反膜或减反膜镀制。
下面结合实例说明本发明。
首先，将空气环境中解理的976 nm波长砷化镓基半导体激光器芯片放入由涡旋干泵和分子泵组成的无油真空系统中的样品台上，抽真空至2´10E-4 Pa以上，然后通入氮气进行等离子体表面处理2 min，去除自然解理激光器腔面上存在的有机物、碳化物污染。
然后，通入含有六氟化硫气体与氮气的混合气体，其中六氟化硫气体占比50%，在2Pa条件下对样品台施加13.56 MHz的射频电场，射频功率为20 W，在裸露腔面的808 nm波长砷化镓基半导体激光器芯片附近形成等离子气氛，实现对808 nm波长砷化镓基半导体激光器芯片腔面的含六氟化硫等离子气氛表面处理。
最后，通过电子束真空镀膜工艺在激光器腔面覆盖一层20 nm厚的Al2O3保护膜，然后进行激光器腔面的高反膜或减反膜镀制，后腔面的高反膜反射率控制在90%以上，前腔面的减反膜控制在5%。通过激光器芯片的输出功率测量，表明激光器的腔面功率密度可达到30 MW/平方厘米以上。

Claims (4)

1.一种改善砷化镓基半导体激光器腔面稳定性的方法，其特征在于，通过六氟化硫的等离子气氛表面处理减少砷化镓基半导体激光器腔面的非辐射复合缺陷，从而抑制砷化镓基半导体激光器在高功率工作条件下的腔面温度升高与退化。
2.根据权利要求1所述的改善砷化镓基半导体激光器腔面稳定性的方法，其特征在于，六氟化硫的等离子气氛可以通过六氟化硫气体或六氟化硫与氢气、氩气、氮气的混合气体的直流、交流或高频电场下的离化获得。
3.根据权利要求1所述的改善砷化镓基半导体激光器腔面稳定性的方法，其特征在于，自然解理的砷化镓基半导体激光器腔面在六氟化硫等离子气氛表面处理前，采用氩气、氢气、氧气、氮气或其混合气体的等离子体进行表面处理，去除自然解理激光器腔面上存在的有机物、碳化物污染。
4.根据权利要求1所述的改善砷化镓基半导体激光器腔面稳定性的方法，其特征在于，自然解理的砷化镓基半导体激光器腔面经过六氟化硫等离子气氛条件下的表面处理后，通过真空镀膜或化学气相沉积工艺在激光器腔面覆盖一层硅或金属氧化物、金属氮化物保护膜，然后进行激光器腔面的高反膜或减反膜镀制，形成高功率工作条件下对工作环境气氛稳定的激光器腔面。
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