CN117004913A - 一种半导体激光器端面光学薄膜镀膜方法和半导体激光器 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例公开了一种半导体激光器端面光学薄膜镀膜方法和半导体激光器，本申请实施例提供的光学薄膜镀膜方法，采用电子回旋共振溅镀机微波离子源对激光器的出光腔面和背光腔面进行清洗，能够有效去除腔面的氧化物残留，避免后续腔面出现杂质，会直接影响道激光芯片的可靠性和光学特性，采用电子回旋共振溅镀机通过射频溅射法对出光腔面覆盖第一三氧化二铝膜，对背光腔面覆盖第二三氧化二铝膜，使用该方法形成的形成的钝化膜该方法镀制温度低，沉积速率高，功率效率高，膜层致密性好，能够提升端面复合膜的稳定性，能够在一定程度上避免因腔面膜缺陷导致的能量局部集中，同时无需建立高温加工环境，便于加工。
Description
技术领域
本申请实施例涉及光通信技术领域，尤其涉及一种半导体激光器端面光学薄膜镀膜方法和半导体激光器。
背景技术
随着光通信领域的飞速发展，半导体激光器在日常生活中的应用越来越广泛，对芯片的可靠性要求也越来越高。激光器出光腔面薄膜质量的好坏，是限制发展的主要因素之一。腔面氧化，腔面膜出现杂质会直接影响到激光器芯片的可靠性及光学特性。因端面膜缺陷导致的能量局部集中，严重的会造成激光器芯片损坏乃至失效。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。
为此，本发明的第一方面提供了一种半导体激光器端面光学薄膜镀膜方法。
本发明的第二方面提供了一种半导体激光器。
有鉴于此，根据本发明的第一方面提供了一种半导体激光器端面光学薄膜镀膜方法，包括：
采用电子回旋共振溅镀机微波离子源对激光器的出光腔面和背光腔面进行清洗；
采用电子回旋共振溅镀机进行射频溅射法对出光腔面覆盖第一三氧化二铝膜、对背光腔面覆盖第三三氧化二铝膜；
采用电子束蒸发法对出光腔面覆盖增透膜的剩余膜层；
采用电子束蒸发法对背光腔面覆盖高反膜的剩余膜层。
在一种可行的实施方式中，所述采用电子束蒸发法对出光腔面覆盖增透膜的剩余膜层的步骤包括：
采用电子束蒸发法对所述第一三氧化二铝膜背离于所述出光腔面的一侧覆盖第一硅膜；
采用电子束蒸发法对所述第一硅膜膜背离于所述出光腔面的一侧覆盖第二三氧化二铝膜。
在一种可行的实施方式中，所述采用电子束蒸发法对背光腔面覆盖高反膜的剩余膜层的步骤包括：
采用电子束蒸发法对所述第三三氧化二铝膜背离于所述背光腔面的一侧覆盖第二硅膜；
采用电子束蒸发法对所述第二硅膜背离于所述背光腔面的一侧覆盖第四三氧化二铝膜；
采用电子束蒸发法对所述第四三氧化二铝膜背离于所述背光腔面的一侧覆盖五氧化二钛膜。
在一种可行的实施方式中，
所述第一三氧化二铝膜的厚度为10nm至50nm；
所述第一硅膜的厚度为10nm至50nm；
所述第二三氧化二铝膜的厚度为150nm至250nm。
在一种可行的实施方式中，
所述第三三氧化二铝膜的厚度为150nm至250nm；
所述第二硅膜的厚度为50nm至150nm；
所述第四三氧化二铝膜的厚度为150nm至250nm；
所述五氧化二钛的厚度为100nm至200nm。
在一种可行的实施方式中，
所述采用电子回旋共振溅镀机微波离子源对激光器的出光腔面和背光腔面进行清洗的步骤包括：
将解离后的Bar条固定于镀膜夹具并放入电子回旋共振溅镀机；
溅镀机腔内抽真空；
向溅镀机腔内通入第一气体介质；
通过微波离子源加载200W至500W功率；
对通入的气体介质进行电离并将离子加速，施加动能为20eV至30eV；
轰击Bar条表面，以实现去除基底表面的杂质及氧化物。
在一种可行的实施方式中，所述采用电子回旋共振溅镀机进行射频溅射法对出光腔面覆盖第一三氧化二铝膜、对背光腔面覆盖第三三氧化二铝膜的步骤包括：
将电子回旋共振溅镀机加载500W射频功率；
溅镀机腔内通入第二气体介质，所述第二气体介质包括5.0SCCM至6.0SCCM氧气与30SCCM～50SCCM氩气；
通过微波离子源将氧气电离并与射频电离的氩气离子轰击AL靶材所溅射出来的铝离子结合；
形成三氧化二铝，镀制到基底表面，并通过控制镀膜时间控制膜厚。
在一种可行的实施方式中，所述采用电子束蒸发法对出光腔面覆盖增透膜的剩余膜层及采用电子束蒸发法对背光腔面覆盖高反膜的剩余膜层的步骤包括：
将镀膜夹具从电子回旋共振溅镀机取出并放入电子束蒸发设备；
蒸发设备腔内抽真空，真空度3.0*10-6Torr；
蒸发设备腔内升温至200℃，并恒温1000～2000s；
将第三气体介质通往霍尔离子源内部；
将霍尔离子源将第三气体介质电离并施加动能；
根据所镀膜层的不同选用不同的第三气体介质与离子源功率；
使电子枪发出电子束，通过磁场约束，轰击Bar条表面，使其升温融化；
蒸发到Bar条表面，镀制剩余膜层。
在一种可行的实施方式中，所述根据所镀膜层的不同选用不同的第三气体介质与离子源功率的步骤包括；
当所镀膜层为硅层时，所述第三气体介质为氩气，离子源功率为100V、3A；
当所镀膜层为三氧化二铝时，所述第三气体介质为氧气与氩气，离子源功率为100V、3A；
当所镀膜层为五氧化二钛时，所述第三气体介质为氧气，离子源功率为150V、3A。
根据本申请实施例的第二方面提出了一种半导体激光器，由上述任一项所述的半导体激光器端面光学薄膜镀膜方法制成，包括：
Bar条，所述Bar条包括出光腔面与背光腔面；
增透膜，所述增透膜附着在所述出光腔面；
高反膜，所述高反膜附着在所述背光腔面；
所述增透膜包括第一三氧化二铝膜、第一硅膜和第二三氧化二铝膜；
所述高反膜包括第三三氧化二铝膜、第二硅膜、第四三氧化二铝膜和五氧化二钛膜。
相比现有技术，本发明至少包括以下有益效果：本申请实施例提供的光学薄膜镀膜方法，采用电子回旋共振溅镀机微波离子源对激光器的出光腔面和背光腔面进行清洗，能够有效去除腔面的氧化物残留，避免后续腔面出现杂质，会直接影响道激光芯片的可靠性和光学特性，采用电子回旋共振溅镀机通过射频溅射法对出光腔面覆盖第一三氧化二铝膜，对背光腔面覆盖第二三氧化二铝膜，使用该方法形成的形成的钝化膜该方法镀制温度低，沉积速率高，功率效率高，膜层致密性好，能够提升端面复合膜的稳定性，能够在一定程度上避免因腔面膜缺陷导致的能量局部集中，同时无需建立高温加工环境，便于加工。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本申请的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本申请提供的一种实施例的半导体激光器端面光学薄膜镀膜方法的示意性步骤流程图；
图2为本申请提供的一种实施例的半导体激光器的结构框图。
其中，图2中附图标记与部件名称之间的对应关系为：
100、Bar条；200、增透膜；300、高反膜；
210、第一三氧化二铝膜；220、第一硅膜；230、第二三氧化二铝膜；
310、第三三氧化二铝膜；320、第二硅膜；330、第四三氧化二铝膜；340、五氧化二钛膜。
具体实施方式
为了更好的理解上述技术方案，下面通过附图以及具体实施例对本申请实施例的技术方案做详细的说明，应当理解本申请实施例以及实施例中的具体特征是对本申请实施例技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
如图1所示，根据本申请实施例的第一方面提出了一种半导体激光器端面光学薄膜镀膜方法，包括：
步骤001：采用电子回旋共振溅镀机微波离子源对激光器的出光腔面和背光腔面进行清洗；
步骤002：采用电子回旋共振溅镀机通过射频溅射法对出光腔面覆盖第一三氧化二铝膜、对背光腔面覆盖第三三氧化二铝膜；
步骤003：采用电子束蒸发法对出光腔面覆盖增透膜的剩余膜层；
步骤004：采用电子束蒸发法对背光腔面覆盖高反膜的剩余膜层。
本申请实施例提供的光学薄膜镀膜方法，采用电子回旋共振溅镀机微波离子源对激光器的出光腔面和背光腔面进行清洗，能够有效去除腔面的氧化物残留，避免后续腔面出现杂质，会直接影响道激光芯片的可靠性和光学特性，采用电子回旋共振溅镀机通过射频溅射法对出光腔面覆盖第一三氧化二铝膜，对背光腔面覆盖第二三氧化二铝膜，使用该方法形成的形成的钝化膜该方法镀制温度低，沉积速率高，功率效率高，膜层致密性好，能够提升端面复合膜的稳定性，能够在一定程度上避免因腔面膜缺陷导致的能量局部集中，同时无需建立高温加工环境，便于加工。
如图1所示，所述采用电子束蒸发法对出光腔面覆盖增透膜的剩余膜层的步骤包括：采用电子束蒸发法对所述第一三氧化二铝膜背离于所述出光腔面的一侧覆盖第一硅膜；采用电子束蒸发法对所述第一硅膜膜背离于所述出光腔面的一侧覆盖第二三氧化二铝膜。
在该技术方案中，出光腔面的增透膜由第一三氧化二铝膜、第一硅膜和第二三氧化二铝膜组成，其中三氧化二铝为低反射率材料，硅为高反射率材料，增透膜交替使用低反射率、高反射率材料，并在最外层选用低反射率材料，可实现降低膜反射率的功能，其中，低反射率材料选用三氧化二铝，消光系数小，膜层结构为无定形态，具有较高的激光损伤阈值，且牢固度高，附着度高，高反射率材料选用硅，易蒸发，且蒸发速率较好控制。
如图1所示，所述采用电子束蒸发法对背光腔面覆盖高反膜的剩余膜层的步骤包括：采用电子束蒸发法对所述第三三氧化二铝膜背离于所述背光腔面的一侧覆盖第二硅膜；采用电子束蒸发法对所述第二硅膜背离于所述背光腔面的一侧覆盖第四三氧化二铝膜；采用电子束蒸发法对所述第四三氧化二铝膜背离于所述背光腔面的一侧覆盖五氧化二钛膜。
在该技术方案中，背光腔面的高反膜由第三三氧化二铝膜、第二硅膜、第四三氧化二铝膜和五氧化二钛膜组成，该配置使高反膜由低反射率材料和高反射率材料交替组成，且最外侧为高反射率材料，可实现高反膜的高反射率，其中最外侧的高反射率材料选用五氧化二钛，材料同样易蒸发，且蒸发速率较好控制，且反射率高，牢固稳定，同时含氧量稳定，能够得到较为稳定的反射率。
如图1所示，所述第一三氧化二铝膜的厚度为10nm至50nm；所述第一硅膜的厚度为10nm至50nm；所述第二三氧化二铝膜的厚度为150nm至250nm。
如图1所示，所述第三三氧化二铝膜的厚度为150nm至250nm；所述第二硅膜的厚度为50nm至150nm；所述第四三氧化二铝膜的厚度为150nm至250nm；所述五氧化二钛的厚度为100nm至200nm。
在该技术方案中，薄膜厚度根据产品波长及所需反射率设计决定，薄膜的厚度会对薄膜的反射率造成影响，当第一三氧化二铝膜的厚度为10nm至50nm；所述第一硅膜的厚度为10nm至50nm；所述第二三氧化二铝膜的厚度为150nm至250nm时，其所构成的增透膜的反射率可达到半导体激光器的使用需求；同时，当第三三氧化二铝膜的厚度为150nm至250nm；所述第二硅膜的厚度为50nm至150nm；所述第四三氧化二铝膜的厚度为150nm至250nm；所述五氧化二钛的厚度为100nm至200nm，其所构成的高反膜的反射率可达到半导体激光器的使用需求。
如图1所示，所述采用电子回旋共振溅镀机微波离子源对激光器的出光腔面和背光腔面进行清洗的步骤包括：将解离后的Bar条固定于镀膜夹具并放入电子回旋共振溅镀机；溅镀机腔内抽真空；向溅镀机腔内通入第一气体介质；通过微波离子源加载200W至500W功率；对通入的气体介质进行电离并将离子加速，施加动能为20eV至30eV；轰击Bar条表面，以实现去除基底表面的杂质及氧化物。
在该技术方案中，其中，溅镀机腔内抽真空的真空度为4.5*10-6，第一气体介质为氮气或者氧气或者氩气，微波离子源加载200W至500W功率，功率低于200W无法实现电离，大于500W则有过载的风险，对离子时间的动能为20eV至30eV，处在该动能之间的离子可实现去除基底表面及氧化物，动能过低则无法实现Bar条清洁，动能过高则会产生不必要的资源消耗，通过该操作步骤可实现对电子回旋共振溅镀机微波离子源对激光器的出光腔面和背光腔面进行清洗，提升端面复合膜稳定性，进而提升半导体激光器可靠性。
如图1所示，所述采用电子回旋共振溅镀机进行射频溅射法对出光腔面覆盖第一三氧化二铝膜、对背光腔面覆盖第三三氧化二铝膜的步骤包括：将电子回旋共振溅镀机加载500W射频功率；溅镀机腔内通入第二气体介质，所述第二气体介质包括5.0SCCM至6.0SCCM氧气与30SCCM至50SCCM氩气；通过微波离子源将氧气电离并与射频电离的氩气离子轰击AL靶材所溅射出来的铝离子结合；形成三氧化二铝，镀制到基底表面，并通过控制镀膜时间控制膜厚。
在该技术方案中，第二气体介质包括5.0SCCM至6.0SCCM氧气，与30SCCM至50SCCM的氩气，低于该气体体积则无法对射频溅射法提供气体环境，超过该气体体积则会使腔内气压增大，影响操作效果，通过该操作步骤可实现采用电子回旋共振溅镀机通过射频溅射法对出光腔面覆盖第一三氧化二铝膜、对背光腔面覆盖第三三氧化二铝膜，该方法镀制温度低，沉积速率高，功率效率高，膜层致密性好，提升端面复合膜稳定性。
如图1所示，所述采用电子束蒸发法对出光腔面覆盖增透膜的剩余膜层及采用电子束蒸发法对背光腔面覆盖高反膜的剩余膜层的步骤包括：将镀膜夹具从电子回旋共振溅镀机取出并放入电子束蒸发设备；蒸发设备腔内抽真空；蒸发设备腔内升温至200℃，并恒温1000～2000s；将第三气体介质通往霍尔离子源内部；将霍尔离子源将第三气体介质电离并施加动能；根据所镀膜层的不同选用不同的第三气体介质与离子源功率；使电子枪发出电子束，通过磁场约束，轰击Bar条表面，使其升温融化；蒸发到Bar条表面，镀制剩余膜层。
在该技术方案中，蒸发设备腔内抽真空的真空度为3.0*10-6Torr。
如图1所示，所述根据所镀膜层的不同选用不同的第三气体介质与离子源功率的步骤包括；当所镀膜层为硅层时，所述第三气体介质为氩气，离子源功率为100V、3A；当所镀膜层为三氧化二铝时，所述第三气体介质为氧气与氩气，离子源功率为100V、3A；当所镀膜层为五氧化二钛时，所述第三气体介质为氧气，离子源功率为150V、3A。
如图2所示，根据本申请实施例的第二方面提出了一种半导体激光器，包括：Bar条100，所述Bar条100包括出光腔面与背光腔面；增透膜200，所述增透膜200附着在所述出光腔面；高反膜300，所述高反膜300附着在所述背光腔面；所述增透膜200包括第一三氧化二铝膜210、第一硅膜220和第二三氧化二铝膜230；所述高反膜300包括第三三氧化二铝膜310、第二硅膜320、第四三氧化二铝膜330和五氧化二钛膜340。
在该技术方案中，半导体激光器包括Bar条100，Bar条100包括出光腔面和背光腔面，增透膜200附着在出光腔面，高反膜300附着在背光腔面，增透膜200交替使用低反射率材料与高反射率材料，并采用低反射率材料作为最外层以降低反射率，高反膜300同样交替使用低反射率材料与高反射率材料，并采用高反射率材料作为最外层以提高反射率，具体的，增透膜200包括第一三氧化二铝膜210、第一硅膜220和第二三氧化二铝膜230，高反膜300包括第三三氧化二铝膜310、第二硅膜320、第四三氧化二铝膜330和五氧化二钛膜340。
在本发明中，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定。术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；“相连”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或单元必须具有特定的方向、以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本发明的限制。
在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (10)
1.一种半导体激光器端面光学薄膜镀膜方法，其特征在于，包括：
采用电子回旋共振溅镀机微波离子源对激光器的出光腔面和背光腔面进行清洗；
采用电子回旋共振溅镀机通过射频溅射法对出光腔面覆盖第一三氧化二铝膜、对背光腔面覆盖第三三氧化二铝膜；
采用电子束蒸发法对出光腔面覆盖增透膜的剩余膜层；
采用电子束蒸发法对背光腔面覆盖高反膜的剩余膜层。
2.根据权利要求1所述的半导体激光器端面光学薄膜镀膜方法，其特征在于，所述采用电子束蒸发法对出光腔面覆盖增透膜的剩余膜层的步骤包括：
采用电子束蒸发法对所述第一三氧化二铝膜背离于所述出光腔面的一侧覆盖第一硅膜；
采用电子束蒸发法对所述第一硅膜膜背离于所述出光腔面的一侧覆盖第二三氧化二铝膜。
3.据权利要求1所述的半导体激光器端面光学薄膜镀膜方法，其特征在于，所述采用电子束蒸发法对背光腔面覆盖高反膜的剩余膜层的步骤包括：
采用电子束蒸发法对所述第三三氧化二铝膜背离于所述背光腔面的一侧覆盖第二硅膜；
采用电子束蒸发法对所述第二硅膜背离于所述背光腔面的一侧覆盖第四三氧化二铝膜；
采用电子束蒸发法对所述第四三氧化二铝膜背离于所述背光腔面的一侧覆盖五氧化二钛膜。
4.根据权利要求2所述的半导体激光器端面光学薄膜镀膜方法，其特征在于，
所述第一三氧化二铝膜的厚度为10nm至50nm；
所述第一硅膜的厚度为10nm至50nm；
所述第二三氧化二铝膜的厚度为150nm至250nm。
5.根据权利要求3所述的半导体激光器端面光学薄膜镀膜方法，其特征在于，
所述第三三氧化二铝膜的厚度为150nm至250nm；
所述第二硅膜的厚度为50nm至150nm；
所述第四三氧化二铝膜的厚度为150nm至250nm；
所述五氧化二钛的厚度为100nm至200nm。
6.根据权利要求1所述的半导体激光器端面光学薄膜镀膜方法，其特征在于，所述采用电子回旋共振溅镀机微波离子源对激光器的出光腔面和背光腔面进行清洗的步骤包括：
将解离后的Bar条固定于镀膜夹具并放入电子回旋共振溅镀机；
溅镀机腔内抽真空；
向溅镀机腔内通入第一气体介质；
通过微波离子源加载200W至500W功率；
对通入的气体介质进行电离并将离子加速，施加动能为20eV至30eV；
轰击Bar条表面，以实现去除基底表面的杂质及氧化物。
7.根据权利要求1所述的半导体激光器端面光学薄膜镀膜方法，其特征在于，所述采用电子回旋共振溅镀机进行射频溅射法对出光腔面覆盖第一三氧化二铝膜、对背光腔面覆盖第三三氧化二铝膜的步骤包括：
将电子回旋共振溅镀机加载500W射频功率；
溅镀机腔内通入第二气体介质，所述第二气体介质包括5.0SCCM至6.0SCCM氧气与30SCCM至50SCCM氩气；
通过微波离子源将氧气电离并与射频电离的氩气离子轰击AL靶材所溅射出来的铝离子结合；
形成三氧化二铝，镀制到基底表面，并通过控制镀膜时间控制膜厚。
8.根据权利要求1所述的半导体激光器端面光学薄膜镀膜方法，其特征在于，所述采用电子束蒸发法对出光腔面覆盖增透膜的剩余膜层及采用电子束蒸发法对背光腔面覆盖高反膜的剩余膜层的步骤包括：
将镀膜夹具从电子回旋共振溅镀机取出并放入电子束蒸发设备；
蒸发设备腔内抽真空；
蒸发设备腔内升温至200℃，并恒温1000～2000s；
将第三气体介质通往霍尔离子源内部；
将霍尔离子源将第三气体介质电离并施加动能；
根据所镀膜层的不同选用不同的第三气体介质与离子源功率；
使电子枪发出电子束，通过磁场约束，轰击Bar条表面，使其升温融化；
蒸发到Bar条表面，镀制剩余膜层。
9.根据权利要求8所述的半导体激光器端面光学薄膜镀膜方法，其特征在于，所述根据所镀膜层的不同选用不同的第三气体介质与离子源功率的步骤包括；
当所镀膜层为硅层时，所述第三气体介质为氩气，离子源功率为100V、3A；
当所镀膜层为三氧化二铝时，所述第三气体介质为氧气与氩气，离子源功率为100V、3A；
当所镀膜层为五氧化二钛时，所述第三气体介质为氧气，离子源功率为150V、3A。
10.一种半导体激光器，由权利要求1-9任一项所述的半导体激光器端面光学薄膜镀膜方法制成，其特征在于，包括：
Bar条，所述Bar条包括出光腔面与背光腔面；
增透膜，所述增透膜附着在所述出光腔面；
高反膜，所述高反膜附着在所述背光腔面；
所述增透膜包括第一三氧化二铝膜、第一硅膜和第二三氧化二铝膜；
所述高反膜包括第三三氧化二铝膜、第二硅膜、第四三氧化二铝膜和五氧化二钛膜。
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2023
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