CN217239987U - 半导体激光器及其增透膜以及半导体激光器的镀膜装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种半导体激光器及其增透膜以及半导体激光器的镀膜装置，半导体激光器的增透膜包括镀在半导体激光器端面的单层SIO膜层。本实用新型的增透膜，利用SIO膜层比较好的膜层形貌，良好的致密性，镀膜过程中的离子源辅助镀膜，保障膜层与芯片之间的良好附着力，以及通过镀膜前预处理，使激光器Bar条端面得到一个比较好的清洗作用，进而对产品最终可靠性得到提高；同时，使用单层SIO膜层，使膜层折射率，厚度更加可控，增加不同炉次之间稳定性，减少多层膜之间存在的膜层间隙，进一步对产品的稳定性和可靠性能力得到了提高。
Description
技术领域
本实用新型属于半导体激光器技术领域，具体涉及一种半导体激光器及其增透膜以及半导体激光器的镀膜装置。
背景技术
在半导体激光器端面进行光学镀膜，特别是针对于高速率产品镀膜时，需要在激光器端面镀上增透膜，用来对腔面形成保护以及降低激光器芯片的阈值电流，提高输出功率，更重要的是保障激光器芯片的长期可靠性能力，如抗静电特性(Electro-StaticDischarge，ESD)，这些都需要端面膜层(增透膜)具备比较优良的条件来保障，所以，腔面膜层膜层间的匹配性、膜层的致密性、膜层的稳定以及稳定的光学性能等都是保证激光器芯片能够稳定运行的的关键。
目前使用的镀膜膜系TIO2/AL2O3/TIO2/AL2O3为多层膜系，这个膜系的优点在于增透效果强，AL2O3膜层和TIO2膜层匹配性比较高，以及对激光器芯片在后期应用上可以满足-40℃-90℃的使用环境，但是，在镀膜过程中，由于第一层TIO2镀膜过程中需要进行O离子的通入(采用离子源辅助镀膜方法，离子源注入O2进行气体离化)，在镀膜过程中会对腔面造成氧化风险，而激光器芯片端面材料中含AL元素，镀膜高温过程下，腔面易被氧化，影响产品可靠性，降低产品性能。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术之缺陷，提供了一种半导体激光器及其增透膜以及半导体激光器的镀膜装置，其在半导体激光器Bar条的端面上镀有单层SIO膜层，作为增透膜，镀膜层数降低，避免多层膜之间膜层应力的存在，避免不同膜层之间产生的界面变化导致的失效，同时也降低镀膜过程中的风险，在进行镀膜前，使用离子源清洗对激光器Bar条端面进行清洗处理，避免激光器Bar条在解理/夹条过程中腔面受到的氧化对激光器可靠性的影响(如抗静电特性(Electro-Static Discharge，ESD))。
本实用新型的技术方案是这样实现的：本实用新型公开了一种半导体激光器的增透膜，包括镀在半导体激光器端面的单层SIO膜层。
进一步地，所述SIO膜层的厚度为162-177nm。
进一步地，半导体激光器的波段为1270nm-1370nm，半导体激光器的不同波段采用不同的SIO膜层厚度。
进一步地，当半导体激光器的波段为1270nm时，SIO膜层的厚度为162nm，当半导体激光器的波段为1290nm时，SIO膜层的厚度为165nm，当半导体激光器的波段为1310nm时，SIO膜层的厚度为168nm，当半导体激光器的波段为1330nm时，SIO膜层的厚度为171nm，当半导体激光器的波段为1350nm时，SIO膜层的厚度为174nm，当半导体激光器的波段为1370nm时，SIO膜层的厚度为177nm。
进一步地，SIO膜层的折射率为1.8-1.9。
本实用新型公开了一种半导体激光器，包括半导体激光器本体，所述半导体激光器本体的端面上镀有如上所述的增透膜，所述增透膜为单层SIO膜层。
进一步地，半导体激光器本体的发光区域采用了INGaALAS材料。
本实用新型公开了一种半导体激光器的镀膜装置，包括镀膜机以及用于对半导体激光器Bar条的端面进行预清洗作用的离子源。
进一步地，所述镀膜机采用电子束蒸镀机，电子束蒸镀机包括电子枪、用于监测单层SIO膜层厚度的膜厚监控器、用于放置SIO膜料的坩埚以及用于夹持半导体激光器Bar条的夹具，将夹持有半导体激光器Bar条的夹具与用来测量膜层厚度和发射率的监控片固定在电子束蒸镀机的伞架上，通过电子枪产生电子束，在磁场的作用下改变方向打到坩埚里面SIO膜料上，使之蒸发，在Bar条端面进行沉积。
进一步地，所述电子束蒸镀机包括用于对腔室进行抽真空的抽真空设备以及用于使腔室升温的加热装置。
本实用新型至少具有如下有益效果：本实用新型的半导体激光器在半导体激光器Bar条的端面上镀有单层SIO膜层，作为增透膜，镀膜层数降低，避免多层膜之间膜层应力的存在，避免不同膜层之间产生的界面变化导致的失效，同时也降低镀膜过程中的风险；SIO膜层在SEM(扫描电镜scanning electron microscope)下，其膜层在形成过程中的产生的孔隙较于TIO2/AL2O3有明显优势，膜层致密性有较大幅度改善，在对膜层进行破坏性高温测试中，单层SIO膜层的可靠性明显优于4层TIO2/AL2O3/TIO2/AL2O3膜层。
且本实用新型的增透膜利用SIO膜层比较好的膜层形貌，良好的致密性，镀膜过程中的离子源辅助镀膜，保障膜层与芯片之间的良好附着力，以及通过镀膜前预处理，使激光器Bar条端面得到一个比较好的清洗作用，进而对产品最终可靠性得到提高；同时，使用单层SIO膜层，使膜层折射率，厚度更加可控，增加不同炉次之间稳定性，减少多层膜之间存在的膜层间隙，进一步对产品的稳定性和可靠性能力得到了提高。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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为本实用新型实施例提供的半导体激光器bar条镀膜后的结构示意图；
图2为SIO膜层设计能力；
图3为不同离子源清洗条件下抗静电(ESD)能力；
图4为SIO膜层在SEM(扫描电镜scanning electron microscope)下的表面形貌；
图5为单层SIO膜层的矢量图；
图6为矢量轨迹图。
具体实施方式
下面对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
实施例一
参见图1，本实施例提供一种红外半导体激光器的增透膜，包括镀在半导体激光器1的端面的单层SIO膜层2。
进一步地，所述SIO膜层的厚度为162-177nm。
进一步地，本实用新型的增透膜适用于1270nm-1370nm波段半导体激光器，半导体激光器的不同波段采用不同的SIO膜层厚度。
进一步地，当半导体激光器的波段为1270nm时，SIO膜层的厚度为162nm，当半导体激光器的波段为1290nm时，SIO膜层的厚度为165nm，当半导体激光器的波段为1310nm时，SIO膜层的厚度为168nm，当半导体激光器的波段为1330nm时，SIO膜层的厚度为171nm，当半导体激光器的波段为1350nm时，SIO膜层的厚度为174nm，当半导体激光器的波段为1370nm时，SIO膜层的厚度为177nm。
同时，本专利增透膜能达到极佳的膜层透过率。本专利的单层SIO膜层为单层增透膜，单层增透膜我们对其使用矢量法进行分析，如图5所示，
r1＝r2即
则
理想的单层增透膜条件是，膜层的光学厚度为1/4波长，其折射率为入射介质和基底折射率的平方根，本实用新型所制备的SIO膜层折射率为1.8-1.9，正处于最佳折射率范围内，故可实现极佳的透过率。
实施例二
参见图1，本实施例公开了一种红外半导体激光器，包括半导体激光器本体所述半导体激光器本体的端面上镀有如实施例一所述的增透膜，所述增透膜为单层SIO膜层。
进一步地，半导体激光器的衬底是INP，半导体激光器本体的发光区域重要材料是INGaALAS。
本实施例的增透膜镀膜方式为电子束蒸发镀膜，镀膜过程中使用离子源辅助镀膜，提高膜层致密性和附着力，镀膜前需利用离子源进行预清洗处理，提高激光器Bar条端面的良好表现。
实施例三
本实施例公开了一种实施例二所述的红外半导体激光器的镀膜装置，包括镀膜机以及用于对半导体激光器Bar条的端面进行预清洗作用的离子源。
进一步地，所述镀膜机采用电子束蒸镀机，电子束蒸镀机包括电子枪、用于监测单层SIO膜层厚度的膜厚监控器、用于放置SIO膜料的坩埚以及用于夹持半导体激光器Bar条的夹具，将夹持有半导体激光器Bar条的夹具与用来测量膜层厚度和发射率的监控片固定在电子束蒸镀机的伞架上，通过电子枪产生电子束，在磁场的作用下改变方向打到坩埚里面SIO膜料上，使之蒸发，在Bar条端面进行沉积。本实施例的监控片采用SI片。
进一步地，所述电子束蒸镀机包括用于对腔室进行抽真空的抽真空设备以及用于使腔室升温的加热装置。
进一步地，将完成夹条的Bar条夹具放置在机台扇叶内，然后将SI片使用高温胶带贴在扇叶表面，用来测量膜层厚度和发射率，然后将扇叶都固定在机台闪架上，确定所有Bar条夹具都为同一方向后关上腔门，进行抽真空。
本专利的红外半导体激光器的新型增透膜的镀膜工艺，包括如下步骤：
步骤一：先将SIO膜料放置在对应坩埚内，将装载有激光器Bar条的夹具放置在镀膜机伞架上，使激光器Bar条出光面朝下，关闭镀膜机腔门，开始抽真空，加热。机台真空需在5.0*10E-6-5.0*10E-7之间，机台内温度需加热至150℃～250℃，并保持。
步骤二：环境真空和温度达到后，离子源进行预清洗作用，对激光器Bar条端面进行预处理，离子源清洗完毕后，进入镀膜阶段；
真空能力和温度达到之后，首先需对Bar条端面进行表面处理，即离子源清洗。镀膜前对Bar条端面进行离子清洗，可以Bar条端面将表面的脏污颗粒，以及氧化形成的氧化物进行有效的减少，使产品可靠性能力增强，经验证，本专利离子源清洗使用参数如下：
| 主要参数 | 参数范围 | 单位 |
| 电压 | 100-200 | V |
| 电流 | 2-4.5 | A |
| 中合电流 | 120-300 | / |
| 清洗时间 | 200-450 | S |
离子源清洗设置参数
步骤三：离子源清洗完成后，进行镀膜程序，开始镀膜时，电子枪高压启动产生电子束，电子枪产生的电子束在磁场的作用下旋转270°打到坩埚里面SIO膜料上，对膜料进行充分预融后，使之蒸发，坩埚遮挡板打开，在离子源的辅助作用下在膜层开始在Bar条端面进行沉积，在晶振的监控下，当膜厚达到设定的膜厚时，停止镀膜，坩埚遮挡板关闭，镀膜完成，待温度降至60℃后，可将产品取出。
待腔体温度降至60℃以下后，通入N2，使腔体真空回至大气，取出扇叶内Bar条夹具和SI片。通过对SI片进行膜厚和反射率测试，验证工艺能力。
如图2，在本专利的模拟中，单层SIO能实现最低0.1％的反射，实现极优的增透效果，本专利中离子源清洗起到比较重要的作用，下面通过对本专利过程中的几组不同条件离子源清洗实验进行说明。
ESD实验
实验分4组进行：
第一组实验条件为镀膜前未进行离子源清洗。
第二组实验条件为将离子源电压设置为200V，清洗时间为450S，中和电流使用220。
第三组实验条件为将离子源电压设置为150V，清洗时间为450S，中和电流为220。
第四组实验条件为将离子源电压设置为200V，清洗时间为400S，中和电流为220四组实验完成后，每组各取30颗芯片进行To封装。
对封装后的To同时进行老化测试，老化条件如下：
| 老化参数 | 参数范围 | 单位 |
| 温度 | 100 | ℃ |
| 电流 | 100 | Ma |
| 时间 | 72 | H |
每隔24H，记录一次每个芯片阈值和出光功率的数值，并计算其变化率(变化率不超过10％为合格)，在实验数据中，4组实验72H老化均为正常，表明离子源清洗对产品老化性能影响不明显。
将4组实验经过老化测试的To芯片进行ESD测试：
测试时，每组实验电压从500v开始，已200V的步进进行电压增加，模拟激光器芯片的静电击伤过程，并记录每档电压下的To的阈值和出光功率，随着电压的增加，部分To开始出现失效(阈值电流或功率变化超过10％为不合格)，统计4组实验的在不同电压下的实现比例，绘制图标，如图3，可以看出，1500V时，其余三组条件合格比例几乎为0时，实验2的通过率仍然保持在90％的一个较高的水平，表明在实验2的条件下，产品有着较好的ESD能力。
图4为SIO膜层在SEM(扫描电镜scanning electron microscope)下的表面形貌，SIO膜层在SEM(扫描电镜scanning electron microscope)下，其膜层在形成过程中的产生的孔隙较于TIO2/AL2O3有明显优势，膜层致密性有较大幅度改善，在对膜层进行破坏性高温测试中，单层SIO膜层的可靠性明显优于4层TIO2/AL2O3/TIO2/AL2O3膜层。
本专利对于增透要求极高，透过要求在99％以上。
本实用新型采用膜层致密性、形貌以及折射率较高的镀膜材料SIO进行半导体激光器增透面的镀膜，实现很好的增透效果；同时，在进行镀膜前，使用离子源清洗对激光器Bar条端面进行清洗处理，避免激光器Bar条在解理/夹条过程中腔面受到的氧化对激光器可靠性的影响(如抗静电特性(Electro-Static Discharge，ESD))。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种半导体激光器的增透膜，其特征在于：该增透膜为镀在半导体激光器端面的单层SIO膜层，半导体激光器的不同波段对应不同的SIO膜层厚度，所述SIO膜层的厚度为162-177nm。
2.如权利要求1所述的半导体激光器的增透膜，其特征在于：当半导体激光器的波段为1270nm时，SIO膜层的厚度为162nm，当半导体激光器的波段为1290nm时，SIO膜层的厚度为165nm，当半导体激光器的波段为1310nm时，SIO膜层的厚度为168nm，当半导体激光器的波段为1330nm时，SIO膜层的厚度为171nm，当半导体激光器的波段为1350nm时，SIO膜层的厚度为174nm，当半导体激光器的波段为1370nm时，SIO膜层的厚度为177nm。
3.如权利要求1所述的半导体激光器的增透膜，其特征在于：SIO膜层的折射率为1.8-1.9。
4.一种半导体激光器，其特征在于：包括半导体激光器本体，所述半导体激光器本体的端面上镀有如权利要求1至3任一所述的增透膜，所述增透膜为单层SIO膜层。
5.如权利要求4所述的半导体激光器，其特征在于：半导体激光器本体的发光区域采用了INGaALAS材料。
6.如权利要求4所述的半导体激光器，其特征在于：半导体激光器的波段为1270nm-1370nm。
7.一种半导体激光器的镀膜装置，其特征在于：用于给如权利要求4所述的半导体激光器镀膜，该镀膜装置包括镀膜机以及用于对半导体激光器Bar条的端面进行预清洗作用的离子源。
8.如权利要求7所述的半导体激光器的镀膜装置，其特征在于：所述镀膜机采用电子束蒸镀机，电子束蒸镀机包括电子枪、用于监测单层SIO膜层厚度的膜厚监控器、用于放置SIO膜料的坩埚以及用于夹持半导体激光器Bar条的夹具，夹具以及用来测量膜层厚度和发射率的监控片固定在电子束蒸镀机的伞架上。
9.如权利要求8所述的半导体激光器的镀膜装置，其特征在于：所述电子束蒸镀机包括用于对腔室进行抽真空的抽真空设备以及用于使腔室升温的加热装置。
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| CN202120045690.8U CN217239987U (zh) | 2021-01-08 | 2021-01-08 | 半导体激光器及其增透膜以及半导体激光器的镀膜装置 |
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