CN113981380B - 一种激光器及其镀膜方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种激光器及其镀膜方法，该激光器包括激光器芯片本体，激光器芯片本体的出光面依次镀有第一SiO2膜层、周期膜、第二SiO2膜层，形成多层高透过膜系，周期膜以相互层叠的SiNx膜层和高折射率SiyO1‑y(0.5<y<1)膜层为一个周期，激光器芯片本体的背光面镀有高反膜系，SiNx的成膜方法采用电子束反应蒸发法，电子束蒸发Si膜料，离子源通N2的工艺方法反应生成SiNx，该发明先找到最优SiNx工艺，然后与SiyO1‑y膜料形成周期膜，整体膜系底层和最外层采用SiO2是为了中和膜系的整体内应力，SiO2主要以压应力为主，而SiNx和SiyO1‑y膜层以张应力，搭配使用膜系整体内应力最小，较少膜层鼓包和脱膜风险。本发明激光器芯片可以在非气密性环境使用，且性能稳定，可靠性高，使用寿命长。
Description
技术领域
本发明属于激光器技术领域，具体涉及一种激光器及其镀膜方法。
背景技术
目前通信激光器半导体芯片的制程发展突飞猛进，市场竞争激烈，然而如何保证芯片产品的性能同时又能降低激光器的制程封装成本就成为了各个企业所面临的共同问题，随着芯片半导体制程工艺的成熟稳定，大家都将目光聚集在成本同样较高的封装工艺，现阶段芯片较为流行的封装方法普遍为氮气密封保护芯片出光面，工艺复杂，成本较高，为了节约成本采用非气密性的封装方法，减少封装工艺制程降低费用同时并保证芯片使用的可靠性，需对芯片端面工艺要求更为苛刻，端面镀膜的出光面采用增透膜，该膜层即保证光的增益输出又对芯片起着钝化保护作用，直接影响芯片的整体可靠性，如缺陷、致密性、内应力等，都可能导致载流子的非辐射复合，增加能耗降低损伤阈值等，对于非气密性封装的芯片，膜层的质量将更直接决定产品的整体良率，非气密性封装芯片产品直接暴露于恶劣环境，环境中的氧及水分等会与芯片端面发生反应，增加缺陷或产品暗电流，降低产品的可靠性，影响芯片使用寿命；故对于采用非气密性封装的通信芯片而言，端面膜层的要求非常高，高致密性、耐腐性、低吸水性及低的膜层内应力是评判非气密性封装芯片产品质量的一个重要标志，损伤阈值高，暗电流小，高低温环境适应性强，进而非气密性芯片的性能稳定，可靠性高，使用寿命长。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术之缺陷，提供了一种激光器及其镀膜方法，本发明的激光器芯片可以达到在非气密性环境使用的目的，且性能稳定，可靠性高，使用寿命长。
本发明的技术方案是这样实现的：本发明公开了一种激光器，包括激光器芯片本体，所述激光器芯片本体的出光面镀有周期膜，所述周期膜以相互层叠的硅氮化物膜层、硅氧化物膜层为一个周期或所述周期膜以相互层叠的硅氧化物膜层、硅氮化物膜层为一个周期。
进一步地，所述激光器芯片本体的出光面依次镀有第一SiO2膜层、周期膜、第二SiO2膜层，形成多层高透过膜。
进一步地，周期膜的硅氧化物膜层为SiyO1-y膜层，其中，0.5<y<1；周期膜的硅氮化物膜层为SiNx膜层。
进一步地，多层高透过膜中第一SiO2膜层、第二SiO2膜层、硅氮化物膜层、硅氧化物膜层厚度相同。
进一步地，所述激光器芯片本体的背光面镀有高反膜。
进一步地，所述激光器芯片本体的背光面依次镀有硅氧化物膜层、第一Si膜层、SiO2膜层、第二Si膜层，形成高反膜；高反膜的硅氧化物膜层为SiyO1-y膜层，其中，0.5<y<1。
进一步地，高反膜中硅氧化物膜层厚度为60~100nm，高反膜中第一Si膜层厚度为70~90nm，高反膜中SiO2膜层厚度为180~240nm，高反膜中第二Si膜层厚度为90~120nm。
本发明公开了一种激光器的镀膜方法，包括如下步骤：
1）确认单层硅氧化物膜层镀膜工艺；
2）待单层硅氧化物膜层镀膜工艺确认后，将待镀激光器进行夹条，放入镀膜机，开始对待镀激光器进行等离子清洗处理；
3）在处理后的待镀激光器的出光腔面依次镀有第一SiO2膜层、周期膜、第二SiO2膜层，形成多层高透过膜，所述周期膜以相互层叠的硅氮化物膜层、硅氧化物膜层为一个周期或所述周期膜以相互层叠的硅氧化物膜层、硅氮化物膜层为一个周期；
4）在完成出光面高透过膜以后开始在激光器的背光面镀高反膜。
周期膜的一个周期中SiNx膜层与SiyO1-y膜层的先后顺序可替换。
进一步地，确认单层硅氧化物膜层镀膜工艺，具体包括：选取多根bar条，分别夹在夹具上，进行多组单独实验，多组实验条件腔体工艺温度一致180~220°C，晶振监控膜厚设定为30~50nm，采用电子束反应蒸发SiNx，每组实验采用不同的Si膜料蒸发速率，离子源通入工艺气体N2，离子源工艺条件一致100~150V，电流2A~4A；
待多组单项完成，分别用椭偏仪测试SiNx材料折射率，并用SEM测试膜层表面形貌，挑选形貌较好及折射率与硅氧化物膜层近似工艺作为最优SiNx工艺进行周期膜镀膜。
进一步地，周期膜的硅氧化物膜层为SiyO1-y膜层，其中，0.5<y<1；周期膜的硅氮化物膜层为SiNx膜层；步骤3）中镀高透过膜时，采用电子束正常蒸发相对应膜料镀膜，按顺序一层一层完成高透过膜工艺，SiNx的成膜方法采用电子束反应蒸发法，电子束蒸发Si膜料，离子源通N2的工艺方法反应生成SiNx；
镀高透过膜时工艺条件包括：离子源能量为90V/3A~150V/4A，其中SiyO1-y和SiO2的镀率为3~5A/s，离子源气体通Ar；SiNx镀率为1.5~3A，离子源通气为N2。
进一步地，在激光器的背光面镀高反膜，具体包括：先对芯片背光面进行等离子处理，然后在激光器的背光面依次镀硅氧化物膜层、第一Si膜层、SiO2膜层、第二Si膜层，形成高反膜；镀高反膜时采用电子束正常蒸发相对应膜料镀膜，按顺序一层一层完成高反膜系工艺；高反膜的硅氧化物膜层为SiyO1-y膜层，其中，0.5<y<1；
镀高反膜时工艺条件包括：离子源能量为90V/3A~150V/4A，其中SiyO1-y、Si和SiO2的镀率为3~5A/s，离子源气体通Ar。
进一步地，等离子处理的工艺条件包括：真空度为1 .5-3 .0×10-6Torr，Veeco的Hall离子源通氩气，离子源阳极电压控制为100-150V，阳极电流控制为2-5A，处理时间为120-200s。
本发明至少具有如下有益效果：本发明的激光器的激光器芯片本体的出光面依次镀有第一SiO2膜层、周期膜、第二SiO2膜层，形成多层高透过膜系，所述周期膜以相互层叠的SiNx膜层和SiyO1-y膜层为一个周期，周期膜中SiNx膜层和SiyO1-y膜层先后顺序无影响，即可以SiNx/SiyO1-y或SiyO1-y/SiNx，本发明主要针对芯片出光腔面采用电子束反应蒸发SiNx，寻找工艺条件最优的SiNx反应工艺并与正常蒸发SiyO1-y膜料搭配成周期膜来提升产品在非气密性封装的可靠性，周期性膜层能产生大量界面，增加膜层的耐磨及耐腐性；周期性膜层相互交替，使得整体膜层封孔作用更佳，减少空气中水分的吸入提升耐腐；周期性膜层硬度比单层膜有所提升，丰富产品的应用环境；周期性膜层热稳定性强，使得产品更耐高低温变化。选择SiNx和SiyO1-y作为周期膜还有一个主要原因是Si系亚稳态氧化物和氮化物膜层致密性高，更适合在非气密性环境下使用，SiNx的成膜方法采用电子束反应蒸发法，电子束蒸发Si膜料，Hall离子源通N2的工艺方法反应生成SiNx，为达到可以在非气密性环境使用的目的，该发明主要先找到最优SiNx工艺，然后与正常SiyO1-y膜料形成周期膜，在芯片出光面采用SiO2/（SiNx/SiyO1-y或SiyO1-y/SiNx）2/SiO2六层膜或者SiO2/（SiNx/SiyO1-y或SiyO1-y/SiNx）3/SiO2八层膜膜系，注意叠层的周期数越多，单层膜厚越薄，考虑到能发挥出周期膜作用以及工艺的易操作性，本发明主要采用SiNx/SiyO1-y或SiyO1-y/SiNx的双周期膜，整体膜系底层和最外层采用SiO2是为了中和膜系的整体内应力，SiO2主要以压应力为主，而SiNx和SiyO1-y膜层以张应力，搭配使用膜系整体内应力最小，较少膜层鼓包和脱膜风险。
周期性膜层能产生大量界面，增加膜层的耐磨及耐腐性；周期性膜层相互交替，使得整体膜层封孔作用更佳，减少空气中水分的吸入提升耐腐；周期性膜层硬度比单层膜有所提升，丰富产品的应用环境；周期性膜层热稳定性强，使得产品更耐高低温变化。选择SiNx和SiyO1-y作为周期膜还有一个主要原因是Si系亚稳态氧化物和氮化物，粒子本身迁移率高能进一步封孔，膜层致密性高，更适合在非气密性环境下使用。
本发明的低能量离子清洗不仅能达到清洗表面本征氧化物的效果，还能降低离子源灯丝及中心块对产品的污染，进一步减少半导体激光器的腔面缺陷，同时避免高速离子对产品表面的损伤。
本发明引入SiNx材料，正常稳定的氧化物介质膜，表面都含有-OH，易吸收水蒸气，高温高湿会加剧水分吸收，造成水分渗透，可靠性降低或失效，使用SiNx材料可以减少-OH对水分的吸收，提升非气密性产品的可靠性。
本发明在出光面底层和最外层采用SiO2介质膜，SiO2成膜应力为压应力，与周期膜搭配能有效中和整体膜系的内应力，避免因不同环境下内应力造成的龟裂和气泡等不良。
本发明的膜系都是Si系材料，使用膜料少，晶格匹配度高，操作简单方便。
采用本发明的方法，膜料原材料较少，方便工艺操作，室温下，亚稳态非晶态的SiNx和SiyO1-y粒子迁移率高，膜层致密性高，粗糙度低，交替叠层，对于微柱状晶封孔效果佳，耐腐，同时SiO2的引入能有效中和膜系内应力，提升膜系的环境适应性，另外正常稳定的氧化物介质膜，表面都含有-OH，易吸收水蒸气，高温高湿会加剧水分吸收，造成水分渗透，可靠性降低或失效，使用SiNx材料可以减少-OH对水分的吸收，提升非气密性产品的可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例提供的激光器的膜层示意图；
图2为SiNx不同镀率条件下膜层的折射率；
图3为不同SiNx镀率下产品表面的SEM形貌图和6层周期膜系形貌图；
图4为芯片端面工艺的高增透和高反射Macleod模拟图，图中实线为6层周期增透膜，虚线为高反膜；
图5为非气密产品高温高湿实验前后的阈值变化率曲线；
图6为本发明长期老化1000H的阈值曲线图。
附图中，1为激光器芯片本体，2为第一SiO2膜层，3为周期膜，4为第二SiO2膜层，5为SiyO1-y膜层，6为第一Si膜层，7为SiO2膜层，8为第二Si膜层。
具体实施方式
为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合实施例进一步阐述本发明的内容，以2.5G芯片1270nm DFB为例，采用电子束蒸镀配Hall离子源， 但本发明的内容并不仅仅局限于以下实施例。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”、“若干”的含义是两个或两个以上。
实施例一
参见图1，本发明实施例公开了一种激光器，包括激光器芯片本体1，所述激光器芯片本体1的出光面依次镀有第一SiO2膜层2、周期膜3、第二SiO2膜层4，形成多层高透过膜系。所述周期膜以相互层叠的硅氮化物膜层、硅氧化物膜层为一个周期或所述周期膜以相互层叠的硅氧化物膜层、硅氮化物膜层为一个周期。周期膜的一个周期中硅氮化物膜层、硅氧化物膜层的先后顺序无影响，即周期膜可以为硅氮化物膜层/硅氧化物膜层或硅氧化物膜层/硅氮化物膜层。
进一步地，周期膜的硅氧化物膜层为高折射率SiyO1-y膜层，其中，0.5<y<1；周期膜的硅氮化物膜层为SiNx膜层。周期膜的硅氧化物膜层不仅仅限于高折射率SiyO1-y膜层，还可以为SiO膜层。
该多层高透过膜对非气密性激光器的可靠性有明显改善作用，其中SiNx的成膜方法采用电子束反应蒸发法，电子束蒸发Si膜料，离子源通N2的工艺方法反应生成SiNx。
所述激光器芯片本体1的出光面依次镀有SiO2/（SiNx/SiyO1-y或SiyO1-y/SiNx）M/SiO2，M为周期膜的周期数。
所述激光器芯片本体的背光面镀有高反膜系。
进一步地，所述激光器芯片本体的背光面依次镀有硅氧化物膜层、第一Si膜层6、SiO2膜层7、第二Si膜层8，形成高反膜系。高反膜的硅氧化物膜层为SiyO1-y膜层5，其中，0.5<y<1。
进一步地，高反膜系中SiyO1-y膜层厚度为60~100nm，高反膜系中第一Si膜层厚度为70~90nm，高反膜系中SiO2膜层厚度为180~240nm，高反膜系中第二Si膜层厚度为90~120nm。
进一步地，多层高透过膜系中第一SiO2膜层、第二SiO2膜层、SiNx膜层、SiyO1-y膜层厚度相同。
优选地，周期膜中的周期数为两个或三个。
本发明主要针对芯片出光腔面采用电子束反应蒸发SiNx，寻找工艺条件最优的SiNx反应工艺并与正常蒸发SiyO1-y膜料搭配成周期膜来提升产品在非气密性封装的可靠性，周期性膜层能产生大量界面，增加膜层的耐磨及耐腐性；周期性膜层相互交替，使得整体膜层封孔作用更佳，减少空气中水分的吸入提升耐腐；周期性膜层硬度比单层膜有所提升，丰富产品的应用环境；周期性膜层热稳定性强，使得产品更耐高低温变化。选择SiNx和SiyO1-y作为周期膜还有一个主要原因是Si系亚稳态氧化物和氮化物膜层致密性高，更适合在非气密性环境下使用，SiNx的成膜方法采用电子束反应蒸发法，电子束蒸发Si膜料，Hall离子源通N2的工艺方法反应生成SiNx，为达到可以在非气密性环境使用的目的，该发明主要先找到最优SiNx工艺，然后与正常SiyO1-y膜料形成周期膜，周期膜中的周期数根据需要设置，如在芯片出光面采用SiO2/（SiNx/SiyO1-y或SiyO1-y/SiNx）2/SiO2六层膜或者SiO2/（SiNx/SiyO1-y或SiyO1-y/SiNx）3/SiO2八层膜膜系，但多层高透过膜系不限于六层膜、八层膜，注意叠层的周期数越多，单层膜厚越薄，考虑到能发挥出周期膜作用以及工艺的易操作性，本发明主要采用SiNx/SiyO1-y或SiyO1-y/SiNx的双周期膜，整体膜系底层和最外层采用SiO2是为了中和膜系的整体内应力，SiO2主要以压应力为主，而SiNx和SiyO1-y膜层以张应力，搭配使用膜系整体内应力最小，较少膜层鼓包和脱膜风险。
实施例二
本发明实施例公开了一种实施例一所述的激光器的镀膜方法，包括如下步骤：
1）确认单层SiNx镀膜工艺；
2）待单层SiNx镀膜工艺确认后，将待镀激光器进行夹条，放入镀膜机抽气，腔体温度设定180~220°C，腔体真空达到预定高真空，开始对待镀激光器进行等离子清洗处理；
3）在处理后的待镀激光器的出光腔面依次镀有第一SiO2膜层、周期膜、第二SiO2膜层，形成多层高透过膜系，所述周期膜以相互层叠的SiNx膜层和SiyO1-y膜层为一个周期；本实施例是在经处理的待镀Bar条的出光腔面镀SiO2/（SiNx/SiyO1-y或SiyO1-y/SiNx）2/SiO2的六层高透过膜系，其中SiO2、SiNx、SiyO1-y厚度相同，均为30~40nm；
4）在完成出光面高透过膜系以后开始在激光器的背光面镀高反膜系。
SiNx的成膜方法采用电子束反应蒸发法，电子束蒸发单质Si膜料，离子源通N2的工艺方法反应生成SiNx，为达到可以在非气密性环境使用的目的，本发明主要先找到最优SiNx工艺，然后与正常SiyO1-y膜料形成周期膜。
进一步地，确认单层SiNx镀膜工艺，具体包括：选取多根bar条，分别夹在夹具上，进行多组单独实验，多组实验条件腔体工艺温度一致180~220°C，晶振监控膜厚设定为30~50nm，采用电子束反应蒸发SiNx，每组实验采用不同的Si膜料蒸发速率，离子源通入工艺气体N2，离子源工艺条件一致100~150V，电流2A~4A；
待多组单项完成，分别用椭偏仪测试SiNx材料折射率，并用SEM测试膜层表面形貌，挑选形貌较好及折射率与SiyO1-y近似工艺作为最优SiNx工艺进行周期膜镀膜。
本实施例是将待端面镀膜的Wafer进行解条，从中随机挑选8跟bar条，分别夹在四个夹具上，每个夹具2条，进行四组单独实验，四组实验条件腔体工艺温度一致180~220°C，晶振监控膜厚设定30~50nm，Si膜料蒸发速率分别为1.5A/s、2A/s、2.5A/s、3A/s，离子源通入工艺气体N2，离子源工艺条件一致100~150V，电流2A~4A；待四组单项完成，分别用椭偏仪测试SiNx材料折射率，并用SEM测试膜层表面形貌，挑选形貌较好及折射率与SiyO1-y近似工艺作为最优SiNx工艺进行周期膜实验。图2为SiNx不同镀率条件下膜层的折射率。
电子束蒸发镀膜主要是靠电子束的高能量蒸发不同膜料（不同膜层根据需要采用不同膜料），工艺条件监控主要为镀率和离子源辅助能量。
进一步地，步骤S3）中镀高透过膜系采用E-Beam蒸发镀膜，镀高透过膜系的工艺条件包括：离子源能量为90V/3A~150V/4A，其中SiyO1-y的镀率为3~5A/s，SiO2的镀率为3~5A/s，离子源气体通Ar；SiNx镀率为1.5~3A，离子源通气为N2，其中SiNx的成膜方法为电子束蒸发Si单质，离子源通入反应气体源N2，N2离子源能量为100~150V。
进一步地，在激光器的背光面镀高反膜系，具体包括：先对芯片背光面进行等离子处理，然后在激光器的背光面依次镀SiyO1-y膜层、第一Si膜层、SiO2膜层、第二Si膜层，形成高反膜系。其中SiyO1-y膜层厚度为60~100nm，第一Si膜层厚度为70~90nm，SiO2膜层厚度为180~240nm，第二膜层Si厚度为90~120nm。
进一步地，镀高反膜系时采用E-Beam正常蒸发相对应膜料镀膜，按上述顺序一层一层完成高反膜系工艺，工艺条件包括：离子源能量为90V/3A~150V/4A，其中SiyO1-y的镀率为3~5A/s，Si的镀率为3~5A/s，SiO2的镀率为3~5A/s，离子源气体通Ar。
进一步地，等离子处理的工艺条件包括：真空度为1 .5-3 .0×10-6Torr，Veeco的Hall离子源通氩气，离子源阳极电压控制为100-150V，阳极电流控制为2-5A，处理时间为120-200s；采用该工艺条件进行等离子处理，达到较佳的清洁本征氧化物和活化表面结构的目的，并不造成芯片腔面的损伤。
下面结合具体实施例2.5G1270nmDFB产品对出光面采用SiO2/（SiNx/SiyO1-y）2/SiO2或SiO2/（SiyO1-y/SiNx）2/SiO2六层高透过膜系的镀膜方法进行详细举例说明，实验以InGaAlAs为衬底，通讯波段为10G1270nm的DFB分布式反馈激光器腔面镀膜为例，以下实施例所形成的膜层结构均可参见图1。
具体实现步骤如下：
步骤1) ：单层SiNx镀膜工艺选择，将同条件不同镀率Si的四组方案产品分别进炉，抽真空，待抽气高阀开启，加热温度至180-220℃进行烘烤。
步骤2) ：待腔体真空达到1.5×10-6Torr ~3×10-6Torr时，分别进行四组 Si膜料蒸发速率为1.5A/s、2A/s、2.5A/s、3A/s的实验，离子源通入工艺气体N2，离子源工艺条件一致100~150V，电流2A~4A。
步骤3) ：待步骤2)产品完成后用椭偏仪测试SiNx材料折射率，并用SEM测试膜层表面形貌，挑选形貌较好及折射率与SiyO1-y近似工艺作为最优SiNx工艺进行周期膜实验。
步骤4) ：待步骤3)的SiNx工艺确认后，将正式产品进炉，抽真空，待抽气高阀开启，加热温度至180-220℃进行烘烤。
步骤5) ：产品表面离子清洗，待步骤4)真空度达到1.5×10-6Torr ~3×10-6Torr时，用等离子体处理激光器的出光腔面。具体工艺条件为：Veeco的Hall离子源通氩气，离子源阳极电压控制为100-150V，阳极电流控制为2-5A，处理时间为120-200s。
步骤6) ：在经步骤5)处理的待镀Bar条的出光腔面镀SiO2/（SiNx/SiyO1-y）2/SiO2或SiO2/（SiyO1-y/SiNx）2/SiO2的六层高透过膜系，其中SiO2、SiNx、SiyO1-y厚度相同，均为30~40nm。
步骤7) ：待步骤3)的激光器芯片镀完出光面腔面后，将产品夹具自动翻面，然后对激光器背光面进行离子束清洗，清洗工艺同步骤5， 工艺参数如下： Veeco的Hall离子源通氩气，离子源阳极电压控制为100-150V，阳极电流控制为2-5A，处理时间为120-200s。
步骤8) ：对步骤7) 处理后的产品进行保护层及多层膜镀膜，工艺参数如下：电子束蒸发膜系结构为SiyO1-y、Si、SiO2和Si的四层膜系，其中SiyO1-y厚度为60~100nm，第一Si厚度70~90nm，SiO2厚度180~240nm，第二Si厚度90~120nm。其中蒸发过程中离子源辅助能量全部为90V/3A~150V/4A，Si、SiyO1-y和SiO2的镀率为3~5A/s。
为了详细了解该电子束反应蒸发SiNx的工艺的优点以及出光面膜系SiO2/（SiNx/SiyO1-y）2/SiO2或SiO2/（SiyO1-y/SiNx）2/SiO2六层高透过膜在非气密性封装的优势，我们对单层SiNx进行详细的工艺分析，对出光面六层周期膜进行如下性能测试。
1）单层SiNx镀膜工艺分析
第一步：单独验证4组单项实验，Si膜料蒸发镀率分别设定为1.5A/s、2A/s、2.5A/s、3A/s，其他工艺条件完全一致，4组实验随产品同时放入Si陪片，用于椭偏仪测量SiNx膜层的厚度及折射率，膜厚统一设定为30~50nm，采用晶振监控；不同镀率的SiNx折射率数据如图2所示，从数据可以看出随着膜料镀率的增加折射率逐渐变大，充分说明Si与N原子的共价键逐渐变为不饱和，材料处于非晶亚稳态；
第二步：将4组实验的产品进行表面形貌分析，采用SEM扫面膜层正面，观察表面形貌缺陷及粗糙度，实验数据如图3所示，从图3可以看出，镀率为1.5A/s、2A/s、2.5A/s的表面形貌较为致密，粗糙度低，缺陷少，而采用3A/s的产品形貌开始出现麻点，分析原因为Si镀率增加，大颗粒飞溅增多，N离子来不急反应导致膜层表面出现颗粒状麻点，该点状缺陷易成为少数载流子复合中心导致可靠性失效，故该工艺不适于周期膜系使用，同时1.5A/s属于富氮工艺，易形成晶体结构不利于膜层的封孔作用，因此SiNx镀率为2A/s和2.5A/s较符合周期膜工艺设计，考虑到膜系设计中折射率的影响，我们最终确定SiNx采用2A/s工艺。
2）周期膜膜系设计
利用Macleod软件设计周期膜膜系如图4所示，出光面采用SiO2/（SiNx/ SiyO1-y）2/SiO2或SiO2/（SiyO1-y/SiNx）2/SiO2的六层高透过膜系，其中SiO2、SiNx、SiyO1-y厚度相同，均为30~40nm；背光面膜系为SiyO1-y/Si/SiO2/Si；同时利用SEM分析周期膜产品形貌，如图3，从形貌图可以看出，周期膜表面无缺陷，膜层致密，粗糙度稍许变大，分析原因为膜层数量多，厚度较厚，受底层和最外层SiO2晶体结构粗糙度影响，总体来说周期膜整体形貌较好。
3）高温高湿分析
分析方法：从实验中随机挑选的20pcs合格芯片，先进行TO封装，封装方法对比于正常芯片无需封帽处理，芯片露出，进行高温高湿实验前，对每个芯片进行PIV测试，然后进行高温高湿实验，实验条件为85℃/85%RH/25mA/500H，待504H后将样品取出再测PIV曲线，观察产品阈值Ith的变化率情况，当阈值变化率超过10%，判定为不合格，为体现该膜系的优势增加一组出光面为正常生产工艺SiyO1-y单层膜的对比试验，同样挑选20pcs同时进行高温高湿实验，实验数据如图5所示，可以看出6层周期膜20颗芯片整体Ith变化率保持在5%以内，而单层SiO膜系失效4pcs，其中2pcs芯片直接死掉，2pcs变化率超过10%，充分说明6层周期膜能有效提升非气密性可靠性。
4）长期老化1000H实验
分析方法：随机筛选20pcs未封帽合格芯片，进行长期老化1000H实验，老化实验条件为温度85℃，电流85mA，阈值Ith与初始变化率超过10%判为失效；从实验可以看出6层周期膜长期老化1000H无异常，如图6所示。
本发明涉及通信芯片半导体腔面镀膜工艺技术及半导体芯片封装领域，采用电子束蒸镀方法在半导体端面镀增透及高反膜，产品封装采用非气密性方法，特别涉及FP（法布里珀罗）及DFB（分布式反馈）通信芯片半导体激光器。本发明适用于所有2.5G、10G、25G等等FP和DFB以及不同通信远红外波段1200nm~1700nm半导体激光器。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种激光器，其特征在于：包括激光器芯片本体，所述激光器芯片本体的出光面依次镀有第一SiO2膜层、周期膜、第二SiO2膜层，形成多层高透过膜，所述周期膜以相互层叠的硅氮化物膜层、硅氧化物膜层为一个周期或所述周期膜以相互层叠的硅氧化物膜层、硅氮化物膜层为一个周期；
周期膜的硅氮化物膜层为SiNx膜层；周期膜的硅氧化物膜层为SiyO1-y膜层，其中，0.5<y<1；
所述激光器芯片本体的背光面镀有高反膜；所述激光器芯片本体的背光面依次镀有硅氧化物膜层、第一Si膜层、SiO2膜层、第二Si膜层，形成高反膜；
高反膜的硅氧化物膜层为SiyO1-y膜层，其中，0.5<y<1。
2.一种如权利要求1所述的激光器的镀膜方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）确认单层硅氮化物膜层镀膜工艺；
2）待单层硅氮化物膜层镀膜工艺确认后，将待镀激光器bar条进行夹条，放入镀膜机，开始对待镀激光器bar条进行等离子清洗处理；
3）在处理后的待镀激光器的出光腔面依次镀有第一SiO2膜层、周期膜、第二SiO2膜层，形成多层高透过膜，所述周期膜以相互层叠的硅氮化物膜层、硅氧化物膜层为一个周期或所述周期膜以相互层叠的硅氧化物膜层、硅氮化物膜层为一个周期；
4）在完成出光面高透过膜以后开始在激光器的背光面镀高反膜。
3.如权利要求2所述的激光器的镀膜方法，其特征在于：确认单层硅氮化物膜层镀膜工艺，具体包括：选取多根bar条，分别夹在夹具上，进行多组单独实验，多组实验条件腔体工艺温度一致180~220°C，晶振监控膜厚设定为30~50nm，采用电子束反应蒸发SiNx，每组实验采用不同的Si膜料蒸发速率，离子源通入工艺气体N2，离子源工艺条件一致100~150V，电流2A~4A；
待多组单项完成，分别用椭偏仪测试SiNx材料折射率，并用SEM测试膜层表面形貌，挑选形貌较好及折射率与硅氧化物膜层近似工艺作为最优SiNx工艺进行周期膜镀膜。
4.如权利要求2所述的激光器的镀膜方法，其特征在于：周期膜的硅氧化物膜层为SiyO1-y膜层，其中，0.5<y<1；周期膜的硅氮化物膜层为SiNx膜层；步骤3）中镀高透过膜时，采用电子束正常蒸发相对应膜料镀膜，按顺序一层一层完成高透过膜工艺，SiNx的成膜方法采用电子束反应蒸发法，电子束蒸发Si膜料，离子源通N2的工艺方法反应生成SiNx；
镀高透过膜时工艺条件包括：离子源能量为90V/3A~150V/4A，其中SiyO1-y和SiO2的镀率为3~5A/s，离子源气体通Ar；SiNx镀率为1.5~3A，离子源通气为N2。
5.如权利要求2所述的激光器的镀膜方法，其特征在于：在激光器的背光面镀高反膜，具体包括：先对芯片背光面进行等离子处理，然后在激光器的背光面依次镀硅氧化物膜层、第一Si膜层、SiO2膜层、第二Si膜层，形成高反膜；镀高反膜时采用电子束正常蒸发相对应膜料镀膜，按顺序一层一层完成高反膜系工艺；高反膜的硅氧化物膜层为SiyO1-y膜层，其中，0.5<y<1；
镀高反膜时工艺条件包括：离子源能量为90V/3A~150V/4A，其中SiyO1-y、Si和SiO2的镀率为3~5A/s，离子源气体通Ar。
6.如权利要求2或5所述的激光器的镀膜方法，其特征在于：等离子处理的工艺条件包括：真空度为1 .5-3 .0×10-6Torr，Veeco的Hall离子源通氩气，离子源阳极电压控制为100-150V，阳极电流控制为2-5A，处理时间为120-200s。
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