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
一种改善砷化镓基半导体激光器腔面稳定性的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107275921A CN107275921A CN201710437897.8A CN201710437897A CN107275921A CN 107275921 A CN107275921 A CN 107275921A CN 201710437897 A CN201710437897 A CN 201710437897A CN 107275921 A CN107275921 A CN 107275921A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- cavity surface
- based semiconductor
- gallium arsenide
- laser
- sulfur hexafluoride
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 28
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 26
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 15
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 25
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- SFZCNBIFKDRMGX-UHFFFAOYSA-N sulfur hexafluoride Chemical compound FS(F)(F)(F)(F)F SFZCNBIFKDRMGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- 229960000909 sulfur hexafluoride Drugs 0.000 claims abstract description 14
- 229910018503 SF6 Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 11
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims abstract description 6
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 claims abstract description 6
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims abstract description 6
- 238000001771 vacuum deposition Methods 0.000 claims abstract description 5
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 claims abstract description 4
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 claims description 9
- 238000003776 cleavage reaction Methods 0.000 claims description 5
- 230000007017 scission Effects 0.000 claims description 5
- 230000007547 defect Effects 0.000 claims description 4
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 230000005684 electric field Effects 0.000 claims description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 3
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims description 3
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 claims description 3
- 238000005215 recombination Methods 0.000 claims description 3
- 230000006798 recombination Effects 0.000 claims description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 3
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 claims 1
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic atom Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 claims 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 claims 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 5
- 238000000576 coating method Methods 0.000 abstract 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000000407 epitaxy Methods 0.000 description 2
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 description 2
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 1
- 239000007888 film coating Substances 0.000 description 1
- 238000009501 film coating Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 1
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/028—Coatings ; Treatment of the laser facets, e.g. etching, passivation layers or reflecting layers
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
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
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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710437897.8A CN107275921A (zh) | 2017-06-13 | 2017-06-13 | 一种改善砷化镓基半导体激光器腔面稳定性的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710437897.8A CN107275921A (zh) | 2017-06-13 | 2017-06-13 | 一种改善砷化镓基半导体激光器腔面稳定性的方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107275921A true CN107275921A (zh) | 2017-10-20 |
Family
ID=60066414
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201710437897.8A Pending CN107275921A (zh) | 2017-06-13 | 2017-06-13 | 一种改善砷化镓基半导体激光器腔面稳定性的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN107275921A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107809055A (zh) * | 2017-12-14 | 2018-03-16 | 长春理工大学 | 一种高功率半导体激光器芯片焊装方法 |
| CN117096724A (zh) * | 2023-10-20 | 2023-11-21 | 度亘核芯光电技术(苏州)有限公司 | 腔面清洁钝化方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103165540A (zh) * | 2012-11-19 | 2013-06-19 | 友达光电股份有限公司 | 阵列基板及其制作方法 |
| CN105097645A (zh) * | 2014-04-22 | 2015-11-25 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 一种半导体器件的制造方法 |
| CN105593972A (zh) * | 2013-10-02 | 2016-05-18 | 应用材料公司 | 利用高密度低能量等离子体进行的对半导体表面的界面处理 |
| CN105702742A (zh) * | 2016-02-25 | 2016-06-22 | 深圳市华星光电技术有限公司 | 氧化物薄膜晶体管及其制备方法 |
-
2017
- 2017-06-13 CN CN201710437897.8A patent/CN107275921A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103165540A (zh) * | 2012-11-19 | 2013-06-19 | 友达光电股份有限公司 | 阵列基板及其制作方法 |
| CN105593972A (zh) * | 2013-10-02 | 2016-05-18 | 应用材料公司 | 利用高密度低能量等离子体进行的对半导体表面的界面处理 |
| CN105097645A (zh) * | 2014-04-22 | 2015-11-25 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 一种半导体器件的制造方法 |
| CN105702742A (zh) * | 2016-02-25 | 2016-06-22 | 深圳市华星光电技术有限公司 | 氧化物薄膜晶体管及其制备方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| SEUNG-HWAN KIM ET AL.: "Non-Alloyed Ohmic Contacts on GaAs Using Metal-Interlayer-Semiconductor Structure With SF6 Plasma Treatment", 《IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS》 * |
| TH. DITTRICH ET AL.: "Characterization of the n-GaAs Surface after CF4, SF6, CCl2F2, and CCl2F2:O2 Plasma Treatment by Photoreflectance", 《PHYS. STATUS SOLIDI》 * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107809055A (zh) * | 2017-12-14 | 2018-03-16 | 长春理工大学 | 一种高功率半导体激光器芯片焊装方法 |
| CN117096724A (zh) * | 2023-10-20 | 2023-11-21 | 度亘核芯光电技术(苏州)有限公司 | 腔面清洁钝化方法 |
| CN117096724B (zh) * | 2023-10-20 | 2024-02-06 | 度亘核芯光电技术(苏州)有限公司 | 腔面清洁钝化方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4977931B2 (ja) | ＧａＮ系半導体レーザの製造方法 | |
| CN101394062B (zh) | 一种半导体激光器腔面钝化方法 | |
| CN1319228C (zh) | 半导体激光器的制造方法 | |
| CN109066287B (zh) | 半导体激光器腔面的钝化方法及半导体激光器 | |
| CN107275921A (zh) | 一种改善砷化镓基半导体激光器腔面稳定性的方法 | |
| CN102570294A (zh) | 一种真空解理大功率半导体激光器腔面氮钝化方法 | |
| CN106410605B (zh) | 一种发光效率增强的半导体激光器 | |
| CN111106528A (zh) | 一种半导体激光器的镀膜方法及半导体激光器 | |
| US6703254B2 (en) | Method for manufacturing semiconductor laser device | |
| O’Keeffe et al. | Room‐temperature backbond oxidation of the porous silicon surface by oxygen radical irradiation | |
| CN106505408B (zh) | 脊条形半导体激光器有源区腔体侧壁钝化的优化方法 | |
| CN103022894A (zh) | 一种半导体激光器腔面钝化膜结构及其制备方法 | |
| CN108288816A (zh) | 一种半导体激光器材料钝化方法 | |
| CN112736641B (zh) | 半导体器件的钝化方法 | |
| CN100388573C (zh) | 一种半导体激光器腔面钝化的方法 | |
| Li et al. | Stability of hydrogen incorporated in ZnO nanowires by plasma treatment | |
| CN105513948B (zh) | 一种砷化镓材料表面的改性方法 | |
| RU2676230C1 (ru) | Способ изготовления полупроводниковых лазеров | |
| Wang et al. | The effect of argon plasma cleaning on the surface characteristics of GaAs substrate | |
| CN1264163A (zh) | 磷化铟表面清洁方法 | |
| CN105633793A (zh) | 一种半导体激光器腔面钝化方法 | |
| CN111554575A (zh) | 半导体器件制备中低表面损伤的两步干法刻蚀方法 | |
| CN109659810B (zh) | 一种降低微腔半导体激光器阈值的方法 | |
| RU2421856C1 (ru) | Способ пассивации и защиты граней резонатора полупроводниковых лазеров | |
| Fomin et al. | The effect of AlGaAs/GaAs laser heterostructure ionic surface cleaning on the structure and properties of AlN films deposited by the method of reactive ion-plasma sputtering |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20171020 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |