一种半导体激光器材料钝化方法技术

本发明专利技术公开了一种半导体激光器材料钝化方法。该方法适用于对半导体激光器谐振腔腔面材料进行钝化处理，具体包括用离子束对半导体激光器谐振腔腔面材料进行轰击清洗和采用ALD技术对半导体激光器谐振腔腔面沉积AlN钝化层实现。本发明专利技术公开的这种半导体激光器材料钝化方法，在真空环境中用离子束轰击谐振腔表面后有效去除腔面的氧化层、腔面污染、表面态、表面材料位错、表面材料的悬挂键，获得洁净的半导体激光器谐振腔腔面，在等离子体辅助条件下实现ALD装置中低温沉积获得AlN钝化层对谐振腔腔面进行保护。本发明专利技术公开的这种方法通过对谐振腔腔面进行工艺处理，提高了半导体激光器的腔面损伤阈值，实现器件的输出功率、寿命和性能稳定性的提高。

A passivation method for semiconductor laser materials

The invention discloses a passivation method for semiconductor laser materials. This method is suitable for passivation of cavity surface materials of semiconductor laser resonator, which includes bombarding cleaning of cavity surface materials of semiconductor laser resonator with ion beam and the realization of AlN passivation layer by using ALD technology to deposit cavity surface of semiconductor laser resonator. The passivation method of semiconductor laser material disclosed by the invention is used in the vacuum environment to effectively remove the oxide layer, cavity surface pollution, surface state, surface material dislocation, and surface material suspension key by bombarding the cavity surface with ion beam in vacuum environment, and obtain a clean cavity surface of the resonator of semiconductor laser, in plasma assisted. Under the condition of low temperature deposition of ALD device, AlN passivation layer is obtained to protect the cavity surface. The method disclosed by the invention can improve the cavity surface damage threshold of the semiconductor laser by processing the cavity surface of the resonator, and improve the output power, life and performance stability of the device.

【技术实现步骤摘要】
一种半导体激光器材料钝化方法
本专利技术涉及半导体激光器领域，特别涉及一种半导体激光器制备工艺，具体涉及半导体激光器谐振腔腔面材料表面钝化工艺，该工艺在半导体激光器谐振腔表面材料钝化过程中结合离子轰击和原子层沉积技术在真空环境中进行，有效降低半导体激光器谐振腔腔面材料的表面态密度和非辐射复合中心，提高半导体激光器器件发光效率、激光输出功率和激光器器件寿命。
技术介绍
半导体激光器具有体积小、重量轻、寿命长、成本低、易于大量生产等优点，广泛应用于整个光电子学领域，已成为当今光电子科学领域的核心器件。在半导体激光器实际应用中，高亮度大功率的半导体激光器可作为固体激光器和光纤激光器的理想泵浦源，在材料加工、自由空间通讯、医疗等领域广泛应用。随着半导体激光器应用越来越广泛，对半导体激光器器件激光输出的功率、寿命及输出激光稳定性要求越来越严格，并已成为限制半导体激光器应用的重要影响因素。在半导体激光器器件中，半导体激光器的谐振腔是一个重要组成部分，由自然解理面构成，因此，解理面对于半导体激光器的可靠性有着重要的影响。在进行到解理激光器Bar条工艺获得的Bar条的端面即为半导体激光器谐振腔的腔面，在半导体激光器谐振腔腔面的材料，材料的晶体周期性被破坏从而产生很多悬键，使得晶体表面存在了很多缺陷能级。另外，表面吸附的氧，位错，表面残留物和污染都会在原有的带隙中引入新的缺陷能级，这些都会在端面形成复合中心。同时，当半导体激光器芯片在空气中解理时，新解理出来的腔面很容易与空气中的氧原子或是其他杂质发生反应，进而产生氧化或是其他污染，并且半导体激光器腔面长时间暴露在空气中也极易产生腔面污染，造成表面态的生成。III-V族化合物半导体材料暴露在空气中时，由于其表面复杂的氧化层的形成，和其他污染物的存在，形成大量的表面态，造成半导体激光器腔面非辐射复合中心的形成，影响半导体激光器器件特性。研究表明，清除掉表面吸附的氧，表面残留和污染并进行表面钝化，可以极大降低表面复合中心的存在，从而提高半导体激光器的输出性能与寿命。在现有半导体激光器器件制备工艺中，通常会存在Bar条解理面存在被氧化、表面残留物和表面污染的问题，造成这个问题的主要原因是在进行解理外延片时所处的真空环境较差，从而造成半导体激光器的腔面损伤阈值低，而半导体激光器的腔面损伤阈值是影响半导体激光器输出功率和寿命的重要影响因素，因此，对半导体激光器谐振腔腔面进行有效的工艺处理可有效提高半导体激光器的激光输出功率，提高半导体激光器的寿命和器件性能的稳定性。
技术实现思路
本专利技术提出一种半导体激光器材料钝化方法，这种方法提出一种对半导体激光器谐振腔腔面进行有效处理的装置，这种装置包括离子束轰击清洗处理部分和原子层沉积镀膜部分，并且这两部分均可以提供较好的真空环境，所述本专利技术所提出方法在将半导体激光器外延片进行解理获得Bar条后，在半导体激光器谐振腔腔面处理装置中对Bar条端面(即半导体激光器谐振腔前面)进行离子轰击达到对端面氧化物、表面残留物和其他污染进行清洗，处理环境处于真空环境，该处理方法降低了半导体激光器谐振腔腔面材料的表面态密度和非辐射复合中心，然后保持在真空环境中采用原子层沉积设备(ALD)对半导体激光器谐振腔腔面沉积1nm～10nm的钝化层，实现半导体激光器谐振腔腔面材料与外界环境隔绝减少氧和碳的污染，达到对半导体激光器谐振腔腔面保护的目的。通过对半导体激光器谐振腔腔面进行工艺处理，可提高半导体激光器的COD水平，进而提高半导体激光器器件的输出功率、器件的寿命和器件性能的稳定性。本专利技术提出一种半导体激光器材料钝化方法，该方法包括半导体激光器谐振腔面离子轰击清洗和半导体激光器谐振腔腔面钝化膜制备两部分，该方法步骤为：1.将半导体激光器外延片解理为Bar条；2.将半导体激光器Bar条放进本专利技术所提出的半导体激光器谐振腔腔面处理装置中，所述装置中可提供优于1×10-4Torr的真空环境，当真空环境优于1×10-4Torr时对半导体激光器谐振腔腔面进行离子轰击，去除腔面的污染和因暴露在大气中形成吸附的气体分子及腔面的氧化层，获得洁净的半导体激光器谐振腔腔面；3.当ALD部分真空环境优于1×10-4Torr后，打开该装置中离子轰击与ALD两部分之间连接的闸板阀，通过机械导轨，将具有洁净腔面的半导体激光器Bar条送至ALD的真空反应腔，关闭闸板阀，在独立的条件下沉积AlN钝化层，用ALD技术沉积AlN钝化膜厚度为1nm～10nm，ALD沉积AlN钝化膜所使用的反应源为三甲基铝和氨气，同时，可以在ALD部分加装等离子体发生装置，等离子体可以提高反应源分子的活性，从而可以使AlN钝化层在较低的温度下沉积完成，避免了高温沉积AlN钝化层时对半导体激光器Bar条造成的损伤。本专利技术提出一种半导体激光器材料钝化方法，本专利技术所提出的方法适用于对半导体激光器谐振腔腔面材料进行钝化处理，该方法首先对半导体激光器谐振腔腔面材料进行离子束轰击清洗，所述离子束为氩(Ar)离子、氮(N)离子这些惰性气体离子，在离子束轰击清洗后，半导体激光器谐振腔腔面材料表面的氧化层、腔面污染、表面态、表面材料位错、表面材料的悬挂键被有效去除，极大地降低了半导体激光器谐振腔腔面的非辐射复合中心，提高了腔面材料的光学性能，然后在真空环境较好的ALD装置中对腔面表面制备一层AlN钝化层，使腔面材料受到保护，在ALD装置上加装有射频等离子体发生器，在进行AlN钝化层制备时等离子体发生器将三甲基铝和氨气反应源活化为离子状态，降低了生产AlN钝化层的生长温度，实现在较低温度下将AlN钝化层沉积在半导体谐振腔腔面上，避免了高温生长时腔面杂质原子及缺陷向谐振腔腔面材料内部的扩散，低温沉积AlN薄膜很好的对腔面表面材料进行保护，并且在沉积钝化层时不会对腔面材料造成损伤。本专利技术提出一种半导体激光器材料钝化方法，本专利技术提出的这种方法对半导体激光器谐振腔腔面材料有效的钝化，降低了腔面的表面态密度和非辐射复合中心，同时能够使谐振腔腔面材料能够长时间保持稳定，本专利技术提出的这种方法有效提高了半导体激光器的COD水平，半导体激光器的腔面损伤阈值被有效的提高，而半导体激光器腔面损伤阈值的提高可进一步实现半导体激光器输出功率和激光器寿命的提高，本专利技术提出的这种对半导体激光器谐振腔腔面材料处理的方法有效提高了半导体激光器的输出功率、延长半导体激光器的寿命和提高半导体激光器器件激光输出性能的稳定性。附图说明图1为半导体激光器制备工艺流程图。图2为本专利技术提出的半导体激光器谐振腔腔面处理工艺流程图。图3为本专利技术用于半导体激光器谐振腔腔面处理工艺装置结构示意图。具体实施方式下面通过利用附图和具体实施例，对本专利技术提出的这种半导体激光器材料钝化方法，具体为对半导体激光器谐振腔腔面材料的处理方法这种技术方案做进一步的详细描述。本专利技术提出一种半导体激光器材料钝化方法，该方法首先对半导体激光器谐振腔腔面进行离子轰击清洗，然后用ALD技术在清洗洁净的半导体激光器谐振腔腔面沉积钝化层对半导体激光器谐振腔腔面进行保护，该方法的主要包括3个步骤：1.将半导体激光器外延片解理为Bar条；2.将半导体激光器Bar条进本专利技术所提出的半导体激光器谐振腔腔面处理装置中，所述装置中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体激光器材料钝化方法，其特征在于，该方法适用于对半导体激光器谐振腔腔面材料进行钝化，该方法采用可提供优于1×10‑4Torr真空环境的一种装置对半导体激光器谐振腔腔面进行工艺处理，所述装置包括离子束轰击清洗处理部分和原子层沉积AlN钝化层部分，所述离子束轰击清洗处理部分在1×10‑4Torr真空环境下用于对半导体激光器谐振腔腔面进行清洗，清洗时将半导体激光器Bar条罗列激光器谐振腔腔面紧密排列在竖直的同一平面上，谐振腔一侧的腔面罗列成一个平面，然后用夹具固定将谐振腔腔面构成的平面朝上放置，在离子束轰击下去除谐振腔表面的氧化层、腔面污染、表面态、表面材料位错、表面材料的悬挂键，有效提高腔面材料辐射复合效率，降低腔面非辐射复合中心和表面态密度，实现洁净的半导体激光器谐振腔腔面，然后清洗激光器另一个腔面，离子束轰击清洗谐振腔腔面后提高了腔面材料的光学性能，该半导体激光器谐振腔腔面即为半导体激光器Bar条的解理面，半导体激光器谐振腔腔面在离子束轰击清洗处理后用导轨小车传送至ALD沉积AlN钝化层装置，所述ALD沉积AlN钝化层装置配有射频源用于产生等离子体，所述等离子体用于将沉积AlN的反应源活化提高反应源的活性，使得生成AlN的反应能够在低温下进行，当ALD装置中真空优于1×10‑4Torr时开始在谐振腔腔面进行AlN钝化层制备，制备所述AlN钝化层所用的反应源为三甲基铝和氨气，在谐振腔腔面沉积1nm～10nm的AlN钝化层，AlN生长温度100℃～300℃，半导体激光器谐振腔腔面钝化处理完成后从本专利技术所述装置中取出进行谐振腔腔面光学膜制备及后续器件制备工艺完成激光器器件制作，本专利技术提出的这种对半导体激光器谐振腔腔面处理的方法，提高了半导体激光器的腔面损伤阈值，实现器件的输出功率、寿命和性能稳定性的提高。...

【技术特征摘要】
1.一种半导体激光器材料钝化方法，其特征在于，该方法适用于对半导体激光器谐振腔腔面材料进行钝化，该方法采用可提供优于1×10-4Torr真空环境的一种装置对半导体激光器谐振腔腔面进行工艺处理，所述装置包括离子束轰击清洗处理部分和原子层沉积AlN钝化层部分，所述离子束轰击清洗处理部分在1×10-4Torr真空环境下用于对半导体激光器谐振腔腔面进行清洗，清洗时将半导体激光器Bar条罗列激光器谐振腔腔面紧密排列在竖直的同一平面上，谐振腔一侧的腔面罗列成一个平面，然后用夹具固定将谐振腔腔面构成的平面朝上放置，在离子束轰击下去除谐振腔表面的氧化层、腔面污染、表面态、表面材料位错、表面材料的悬挂键，有效提高腔面材料辐射复合效率，降低腔面非辐射复合中心和表面态密度，实现洁净的半导体激光器谐振腔腔面，然后清洗激光器另一个腔面，离子束轰击清洗谐振腔腔面后提高了腔面材料的光学性能，该半导体激光器谐振腔腔面即为半导体激光器Bar条的解理面，半导体激光器谐振腔腔面在离子束轰击清洗处理后用导轨小车传送至ALD沉积AlN钝化层装置，所述ALD沉积AlN钝化层装置配有射频源用于产生等离子体，所述等离子体用于将沉积AlN的反应源活化提高反应源的活性，使得生成AlN的反应能够在低温下进行，当ALD装置中真空优于1×10-4Torr时开始在谐振腔腔面进行AlN钝化层制备，制备所述AlN钝化层所用的反应源为三甲基铝和氨气，在谐振腔腔面沉积1nm～10nm的AlN钝化层，AlN生长温度100℃～300℃，半导体激光器谐振腔腔面钝化处理完成后从本发明所述装置中取出进行谐振腔腔面光学膜制备及后续器件制备工艺完成激光器器件制作，本发明提出的这种对半导体激光器谐振腔腔面处理的方法，提高了半导体激光器的腔面损伤阈值，实现器件的输出功率、寿命和性能稳定性的提高。2.如权利要求1所述的一种半导体激光器材料钝化方法，其特征在于，所述方法首先对半导体激光器谐振腔腔面进行离子束轰击清洗，然后在清洗后的谐振腔腔面沉积AlN钝化层，这两个工艺在进行处理时真空环境都优于1×10-4Torr，样...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏志鹏，方铉，唐吉龙，贾慧民，房丹，李浩林，李如雪，郝永琴，王晓华，马晓辉，
申请(专利权)人：长春理工大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22