CN109402606B - 半导体激光器及不同折射率腔面膜的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种半导体激光器不同折射率腔面膜的制备方法，该方法包括以下步骤：将半导体激光器解理、装夹、平放入化学气相沉积设备中并抽至高真空，开始膜层沉积过程；衬底加热并控温在300℃；分别设定二氧化硅和氮化硅需要的气体比例、膜厚和层数，在计算机控制下完成反射膜的制备；把镀膜夹具反面，设定氮化硅需要的气体比例和膜厚，在计算机控制下完成透射膜的制备。本发明半导体激光器不同折射率腔面膜的制备方法可以实现在不改变膜系设计、膜系内每层的厚度和薄膜材料的基础上，可实现不同激射波长、不同等效折射率的半导体激光器的不同的反射率和透射率的制备，制备工艺简单，膜层的质量稳定可靠。

Description

半导体激光器及不同折射率腔面膜的制备方法
技术领域
本发明涉及半导体光电子器件领域，尤其涉及一种半导体激光器不同折射率腔面膜的制备方法。
背景技术
半导体激光器的两个腔面分别需要镀制反射膜和增透膜，不同反射率和透过率的膜层需要依靠半导体激光器出光腔面的等效折射率、激光器的激射波长和镀膜材料的折射率和吸收系数。其中半导体激光器出光腔面的等效折射率由器件材料生长过程中每层薄膜的厚度、折射率和器件结构等参数决定，并不是一个固定的物理参数。激光器的激射波长根据应用要求可以从可见光到远红外波段。自然界能用于光学镀膜的材料是非常有限的，其折射率和吸收系数往往是固定的。所以针对不同的等效折射率、不同波长的半导体激光器，很难匹配到合适折射率的镀膜材料。目前的解决方法是采用复杂的膜系设计，通过镀制多层膜来实现需要的反射率和透过率。
本发明利用等离子增强化学气相沉积设备(PECVD)，通过改变硅烷和氨气的比例来获得不同折射率的氮化硅膜层，结合二氧化硅薄膜，反射膜的制备可用常规的低折射二氧化硅和高折射率氮化硅交替生长制备，交替生长的对数由反射率决定，每层厚度为波长与4倍等效折射率的比值，当半导体激光器出光面的等效折射率和激射波长变化时，可调节氮化硅的折射率来实现需要的反射率。透射膜仅仅需要镀制一层氮化硅薄膜即可，厚度为波长与4倍等效折射率的比值，氮化硅折射率可调节为半导体激光器等效折射率的平方根，当半导体激光器出光面的等效折射率和激射波长变化时，适当改变氮化硅的折射率即可。本发明工艺简单，膜层稳定性和可靠性好，可灵活用于制备不同等效折射率、不同激射波长、不同反射率和透过率的半导体激光器腔面膜层。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的半导体激光器不同折射率腔面膜的制备方法主要应用于半导体激光器腔面反射膜和增透膜的制备技术，特别是对于不同等效折射率的半导体激光器要求的不同反射率薄膜和高减反射膜的设计和制备，通过制备不同折射率的氮化硅薄膜，能够灵活实现简单膜系设计获得不同反射率的反射膜和高透过率的增透膜。在光通信半导体器件领域和其它特殊的光学薄膜领域具有重要的意义。
(二)技术方案
为达到上述目的，本发明提供一种半导体激光器不同折射率腔面膜的制备方法，该方法包括如下步骤：
步骤1：将半导体激光器的前后两腔面解理，然后放入真空设备中开始膜层沉积；
步骤2：在半导体激光器的一腔面分别设定二氧化硅和氮化硅需要的气体比例、膜厚和层数，在计算机控制下完成反射膜的制备；
步骤3：在半导体激光器的另一腔面设定氮化硅需要的气体比例和膜厚，在计算机控制下完成透射膜的制备。
其中，真空设备为化学气相沉积设备，该化学气相沉积设备为等离子体增强化学气相沉积设备。
真空设备的真空度小于1×10-2帕斯卡。
膜层沉积过程中衬底加热并控温在50～400℃。
膜层沉积过程中腔室内工作压强为20～200帕，射频功率为20～200W。
膜层沉积过程中二氧化硅需要的气体及比例为硅烷/一氧化二氮/氮气＝160/260/80sccm，每种气体流量的变化范围为40％。
膜层沉积过程中氮化硅需要的气体及比例为硅烷/氨气/氮气＝200/12/250sccm，每种气体流量的变化范围为40％。
膜层沉积过程中反射膜的制备由二氧化硅和氮化硅交替生长制备，交替生长的对数由反射率决定，每层厚度为激光器激射波长与4倍等效折射率的比值。
膜层沉积过程中透射膜的制备为镀制一层氮化硅薄膜，该氮化硅薄膜的膜厚为激光器激射波长与4倍等效折射率的比值。
由以上所述方法完成不同折射率腔面膜的半导体激光器的制备。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：
本发明半导体激光器不同折射率腔面膜的制备方法可以实现在不改变膜系设计、膜系内每层的厚度和薄膜材料的基础上，可实现不同激射波长、不同等效折射率的半导体激光器的不同的反射率和透射率的制备，制备工艺简单，膜层的质量稳定可靠。
附图说明
图1为本发明半导体激光器不同折射率腔面膜的制备方法的制备流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
图1为半导体激光器不同折射率腔面膜的制备方法的制备流程图，具体如下：
步骤1：将半导体激光器的前后两腔面解理，然后放入真空设备开始膜层沉积。
进一步的，真空设备为化学气相沉积设备，该化学气相沉积设备为等离子体增强化学气相沉积设备。
进一步的，真空设备的真空度小于1×10-2帕斯卡。
本实施例中，将半导体激光器的前后两腔面解理成条状结构，不同腔长的激光器分别放在一起，并排列整齐装入镀膜夹具中，之间用陪条间隔开来，以防止不同腔长激光器由于高低起伏引起膜层沉积不均匀。然后平放入化学气相沉积设备中，设备抽真空至高真空，真空度小于1×10-2帕斯卡。
进一步的，膜层沉积过程中衬底加热并控温在50～400℃。
本实施例中，衬底加热并控温在300℃，并且使镀膜夹具与设备加热托盘完全接触，热传导在30分钟以上，确保半导体激光器温度达到300℃稳定状态。
步骤2：在半导体激光器的一腔面分别设定二氧化硅和氮化硅需要的气体比例、膜厚和层数，在计算机控制下完成反射膜的制备。
本实施例中，在设备自动程序中分别设定二氧化硅和氮化硅需要的气体比例、膜厚和层数，二氧化硅需要的气体为硅烷/一氧化二氮/氮气＝160/260/80sccm，氮化硅需要的气体为硅烷/氨气/氮气＝200/12/250sccm，腔室内工作压强为100帕，射频功率为60W，膜层厚度为激光器激射波长与4倍等效折射率的比值。对于1310nm波长的半导体激光器，二氧化硅的折射率为1.46，氮化硅的折射率为1.83，四对二氧化硅/氮化硅膜系可实现85％以上的反射率，可根据要求的反射率增加或减少膜系的对数。
步骤3：在半导体激光器的另一腔面设定氮化硅需要的气体比例和膜厚，在计算机控制下完成透射膜的制备。
本实施例中，把镀膜夹具反面，在设备自动程序中设定氮化硅需要的气体比例和膜厚，氮化硅需要的气体为硅烷/氨气/氮气＝200/12/250sccm，膜层厚度为激光器激射波长与4倍等效折射率的比值。腔室内工作压强为100帕，射频功率为60W，对于1310nm波长的半导体激光器，在等效折射率为3.3489时刻实现透射率大于99.9％，当半导体激光器的等效折射率改变时，可通过改变氮化硅的气体比例、射频功率和工作压强。得到折射率为激光器等效折射率平方根的氮化硅薄膜，可制备高透射率的膜层。
进一步的，膜层沉积过程中腔室内工作压强为20～200帕，射频功率为20～200W。
进一步的，膜层沉积过程中二氧化硅需要的气体及比例为硅烷/笑气/氮气＝160/260/80sccm，每种气体流量的变化范围为40％。
进一步的，膜层沉积过程中氮化硅需要的气体及比例为硅烷/氨气/氮气＝200/12/250sccm，每种气体流量的变化范围为40％。
进一步的，膜层沉积过程中反射膜的制备由二氧化硅和氮化硅交替生长制备，交替生长的对数由反射率决定，每层厚度为激光器激射波长与4倍等效折射率的比值。
进一步的，膜层沉积过程中透射膜的制备为镀制一层氮化硅薄膜，所述氮化硅薄膜的膜厚为激光器激射波长与4倍等效折射率的比值。
进一步的，由以上所述方法完成不同折射率腔面膜的半导体激光器的制备。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种半导体激光器不同折射率腔面膜的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
将半导体激光器的前后两腔面解理，然后放入真空设备中开始膜层沉积；
在半导体激光器的一腔面分别设定二氧化硅和氮化硅需要的气体比例、膜厚和层数，在计算机控制下完成反射膜的制备；
在半导体激光器的另一腔面设定氮化硅需要的气体比例和膜厚，在计算机控制下完成透射膜的制备；
其中，当半导体激光器出光面的等效折射率和激射波长变化时，在不改变膜系设计、膜系内每层的厚度和薄膜材料的基础上，通过改变硅烷和氨气的比例获得不同折射率的氮化硅膜层，来获得相适应的反射膜和透射膜，其中，所述膜系包括反射膜中的二氧化硅/氮化硅膜系和所述透射膜中的氮化硅薄膜；
其中，所述膜层沉积的过程中透射膜的制备为镀制一层氮化硅薄膜，所述氮化硅薄膜的膜厚为激光器激射波长与4倍激光器等效折射率的比值，所述氮化硅薄膜的折射率为激光器等效折射率的平方根，所述膜层沉积过程中腔室内工作压强为100帕，射频功率为60W，对于1310nm波长的半导体激光器，在等效折射率为3.3489时刻，所述氮化硅薄膜的透射率大于99.9％。
2.根据权利要求1所述的半导体激光器不同折射率腔面膜的制备方法，其特征在于，所述真空设备为化学气相沉积设备，所述化学气相沉积设备为等离子体增强化学气相沉积设备。
3.根据权利要求1所述的半导体激光器不同折射率腔面膜的制备方法，其特征在于，所述真空设备的真空度小于1×10-2帕斯卡。
4.根据权利要求1所述的半导体激光器不同折射率腔面膜的制备方法，其特征在于，所述膜层沉积过程中衬底加热并控温在50～400℃。
5.根据权利要求1所述的半导体激光器不同折射率腔面膜的制备方法，其特征在于，所述膜层沉积过程中腔室内工作压强为20～200帕，射频功率为20～200W。
6.根据权利要求1所述的半导体激光器不同折射率腔面膜的制备方法，其特征在于，所述膜层沉积过程中二氧化硅需要的气体及比例为硅烷/一氧化二氮/氮气＝160/260/80sccm，每种气体流量的变化范围为40％。
7.根据权利要求1所述的半导体激光器不同折射率腔面膜的制备方法，其特征在于，所述膜层沉积过程中氮化硅需要的气体及比例为硅烷/氨气/氮气＝200/12/250sccm，每种气体流量的变化范围为40％。
8.根据权利要求1所述的半导体激光器不同折射率腔面膜的制备方法，其特征在于，所述膜层沉积过程中反射膜的制备由二氧化硅和氮化硅交替生长制备，交替生长的对数由反射率决定，每层厚度为激光器激射波长与4倍等效折射率的比值。
9.一种半导体激光器，其特征在于，所述激光器由权利要求1至8中任一所述方法完成制备。
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