半导体激光器腔面的钝化方法及半导体激光器技术

本发明专利技术提供一种半导体激光器腔面的钝化方法及半导体激光器，属于半导体激光器领域。通过氮等离子体轰击并注入半导体激光器的前腔面和后腔面，能使腔面的悬挂键与N原子充分键合，不仅能够起到钝化效果，且因为N原子的键能大，因而形成的Ga‑N键更稳定；通过使用碳等离子体轰击并注入前腔面和后腔面，使得C原子与腔面因氮离子轰击产生的新的断裂键充分结合，补偿了表面损伤的腔面，达到了保证解理腔面的悬挂键的饱和与稳定的效果。因此，本发明专利技术不仅简化了腔面钝化的工艺步骤，减少了工艺流程时间，降低了生产成本，且提高了半导体激光器的抗光学灾变水平和在高光功率密度条件下的稳定输出的可靠性，实现了半导体激光器的高功率、长寿命的目的。

【技术实现步骤摘要】
半导体激光器腔面的钝化方法及半导体激光器
本专利技术涉及半导体激光器
，特别涉及一种半导体激光器腔面的钝化方法及半导体激光器。
技术介绍
半导体激光器具有近红外高重复频率和峰值功率较高的特点，还具有体积小、耗能少和寿命长等优点，因此，被广泛应用于很多领域中。然而，半导体激光器在解理巴条、装巴镀膜的过程中，由于其解理面是非极性面，它是由一个阳离子和一个阴离子组成，即化合物半导体中最近邻的化学键是异性的，不像共用电子对的共价键，它更像离子键，占有电子多的那个原子显阴性。因此，III-V族化合物沿着解理面解理，少量的化学键会遭到破坏，这就不可避免的会增加表面态。当解理过程处于有氧环境时，腔面断键容易与空气中的氧结合，使解理面吸附大量氧原子。由于半导体激光器的腔面上具有很高的表面状态密度，腔表面氧化导致非辐射复合的途径增加，从而会产生大量的热。另外，由于半导体激光器的外延结构材料中含有Al元素，解理后腔面裸露表面易氧化，导致半导体激光器芯片的抗光学灾变的能力下降。因此，为了不影响半导体激光器的性能并保证其可靠性，在使用半导体激光器之前，需要对半导体激光器的腔面进行钝化。目前在对半导体激光器的腔面进行钝化时，常用的腔面钝化方法是在高真空环境下采用分子束外延蒸镀硅薄膜，通过硅薄膜起到钝化腔面作用。但该方法设备昂贵、成本较高、工艺复杂，并且硅薄膜的致密性也较差。因为硅与砷化镓的晶格失配度虽然仅有4.1％，但热失配度高达59％，在半导体激光器工作过程中会产生大量的热从而会导致缺陷的产生，降低了半导体激光器抗光学灾变的能力。此外，目前的半导体激光器腔面钝化方法还有采用干法和湿法在腔面制备ZnS、ZnSe薄膜的方式，但该方式在制备过程中，对半导体激光器芯片会有一定的腐蚀性，并且因为这两种薄膜都有一定的吸水性，因而要求采取这种钝化方法的半导体激光器在干燥的环境中使用，严重影响了半导体激光器件的光学灾变损伤，并限制了半导体激光器的使用环境。另外，目前进行半导体激光器腔面钝化的方法还有N离子注入技术，即将N离子注入腔面的表面，但是由于N原子的键能比较高，需要高能量的离子枪才能使N离子注入到腔面的表面。同时，高能量的离子会对腔面造成一定的破坏，严重影响半导体激光器的输出功率及寿命。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种半导体激光器腔面的钝化方法及半导体激光器。本专利技术采用的技术方案是：一种半导体激光器腔面的钝化方法，所述钝化方法包括如下步骤：S1，将半导体激光器的外延片在空气中解理成巴条，装入镀膜夹具后放入磁控溅射真空室；S2，开启磁控溅射真空室内的氢源，并通过100-150W的射频功率溅射氢气产生氢等离子体，使用氢等离子体轰击半导体激光器的前腔面；S3，关闭磁控溅射真空室内的氢源并开启磁控溅射真空室内的氮源，通过100-150W的射频功率溅射氮气产生氮等离子体，使用氮等离子体轰击步骤S2处理后的前腔面；S4，调整磁控溅射真空室内的温度为200-300°，通过200-300W的射频功率溅射氮气产生氮等离子体，使氮等离子体轰击并注入步骤S3处理后的前腔面，当磁控溅射真空室内的温度在300-500°时退火7-15分钟，使N原子与Ga原子键合生成(Al)GaN化合物作为钝化层；S5，关闭磁控溅射真空室内的氮源并开启磁控溅射真空室内的碳源，通过50-100W的射频功率溅射石墨产生碳等离子体，使用碳等离子体轰击并注入步骤S4处理后的前腔面后，关闭磁控溅射真空室内的碳源；S6，在步骤S5处理后的前腔面沉积SiO2薄膜，并在SiO2薄膜外蒸镀增透膜；S7，夹具翻面后，开启磁控溅射真空室内的氢源，并通过100-150W的射频功率溅射氢气产生氢等离子体，使用氢等离子体轰击半导体激光器的后腔面后，关闭磁控溅射真空室内的氢源并开启磁控溅射真空室内的氮源，调整磁控溅射真空室内的温度为200-300°，通过100-150W的射频功率溅射氮气产生氮等离子体，使用氮等离子体继续轰击后腔面后，用200-300W的射频功率溅射氮气产生氮等离子体，使氮等离子体轰击并注入后腔面，当反应温度在300-500°时退火7-15分钟，使N原子与Ga原子键合生成(Al)GaN化合物作为钝化层；S8，关闭磁控溅射真空室内的氮源并开启磁控溅射真空室内的碳源，通过50～100W的射频功率溅射石墨产生碳等离子体，使用碳等离子体继续轰击并注入后腔面后，关闭磁控溅射真空室内的碳源，并在后腔面沉积SiO2薄膜及在SiO2薄膜外沉积高反膜。可选地，所述步骤S2中使用氢等离子体轰击半导体激光器前腔面的时间为50s-10min。可选地，所述步骤S3中使用氮等离子体轰击步骤S2处理后的前腔面的时间为2min-10min。可选地，所述增透膜的材料为ZnSe。可选地，所述步骤S7中使用氢等离子体轰击半导体激光器后腔面的时间为1min-10min，使用氮等离子体继续轰击后腔面的时间为10min-20min。可选地，所述高反膜的材料为Si/SiO2或Si/Al2O3等材料，周期数为2-4个。一种半导体激光器，所述半导体激光器的腔面采用上述半导体激光器腔面的钝化方法进行钝化。本专利技术的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：本专利技术通过氮等离子体轰击并注入半导体激光器的前腔面和后腔面，能够使腔面的悬挂键与N原子充分键合，不仅能够起到钝化效果，而且因为N原子的键能大，因而形成的Ga-N键更稳定；通过使用碳等离子体轰击并注入前腔面和后腔面，使得C原子与腔面因氮离子轰击产生的新的断裂键充分结合，补偿了表面损伤的腔面，达到了保证解理腔面的悬挂键的饱和与稳定的效果。因此，通过本专利技术实施例提供的钝化方法，不仅简化了腔面钝化的工艺步骤，还提高了半导体激光腔面钝化的可靠性，从而减少了工艺流程时间，降低了生产成本，适合于工业化生产，而且能够很好地解决腔面悬挂键的结合及钝化效果，从而不仅解决了半导体激光器制作过程中暴露空气中易被氧化的问题，而且还减少了界面的晶体缺陷密度，提高了半导体激光器的抗光学灾变水平，提高了半导体激光器在高光功率密度条件下的稳定输出的可靠性，实现了半导体激光器的高功率、长寿命的目的。另外，采用本专利技术提供的钝化方法钝化后的半导体激光器能够适用于任何环境，无需仅应用于干燥的环境中，应用范围广泛。附图说明此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本专利技术的实施例，并与说明书一起用于解释本专利技术的原理。图1是本专利技术提供的半导体激光器腔面的钝化方法的流程图。图2是通过本专利技术提供的半导体激光器腔面的钝化方法钝化后的半导体激光器的立体图。图3是图2的主视图。具体实施方式下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术实施方式作进一步地详细描述。如图1所示，本专利技术实施例提供的半导体激光器腔面的钝化方法包括如下步骤S1至S8：S1，将半导体激光器的外延片在空气中解理成巴条，装入镀膜夹具后放入磁控溅射真空室。S2，开启磁控溅射真空室内的氢源，并通过100-150W的射频功率溅射氢气产生氢等离子体，使用氢等离子体轰击半导体激光器的前腔面。其中，使用氢等离子体轰击半导体激光器的前腔面，可以去除前腔面上的氧化物和杂质。同本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体激光器腔面的钝化方法，其特征在于，所述钝化方法包括如下步骤：S1，将半导体激光器的外延片在空气中解理成巴条，装入镀膜夹具后放入磁控溅射真空室；S2，开启磁控溅射真空室内的氢源，并通过100‑150W的射频功率溅射氢气产生氢等离子体，使用氢等离子体轰击半导体激光器的前腔面；S3，关闭磁控溅射真空室内的氢源并开启磁控溅射真空室内的氮源，通过100‑150W的射频功率溅射氮气产生氮等离子体，使用氮等离子体轰击步骤S2处理后的前腔面；S4，调整磁控溅射真空室内的温度为200‑300°，通过200‑300W的射频功率溅射氮气产生氮等离子体，使氮等离子体轰击并注入步骤S3处理后的前腔面，当磁控溅射真空室内的温度在300‑500°时退火7‑15分钟，使N原子与Ga原子键合生成(Al)GaN化合物作为钝化层；S5，关闭磁控溅射真空室内的氮源并开启磁控溅射真空室内的碳源，通过50‑100W的射频功率溅射石墨产生碳等离子体，使用碳等离子体轰击并注入步骤S4处理后的前腔面后，关闭磁控溅射真空室内的碳源；S6，在步骤S5处理后的前腔面沉积SiO2薄膜，并在SiO2薄膜外蒸镀增透膜；S7，夹具翻面后，开启磁控溅射真空室内的氢源，并通过100‑150W的射频功率溅射氢气产生氢等离子体，使用氢等离子体轰击半导体激光器的后腔面后，关闭磁控溅射真空室内的氢源并开启磁控溅射真空室内的氮源，调整磁控溅射真空室内的温度为200‑300°，通过100‑150W的射频功率溅射氮气产生氮等离子体，使用氮等离子体继续轰击后腔面后，用200‑300W的射频功率溅射氮气产生氮等离子体，使氮等离子体轰击并注入后腔面，当反应温度在300‑500°时退火7‑15分钟，使N原子与Ga原子键合生成(Al)GaN化合物作为钝化层；S8，关闭磁控溅射真空室内的氮源并开启磁控溅射真空室内的碳源，通过50～100W的射频功率溅射石墨产生碳等离子体，使用碳等离子体继续轰击并注入后腔面后，关闭磁控溅射真空室内的碳源，并在后腔面沉积SiO2薄膜及在SiO2薄膜外沉积高反膜。...

【技术特征摘要】
1.一种半导体激光器腔面的钝化方法，其特征在于，所述钝化方法包括如下步骤：S1，将半导体激光器的外延片在空气中解理成巴条，装入镀膜夹具后放入磁控溅射真空室；S2，开启磁控溅射真空室内的氢源，并通过100-150W的射频功率溅射氢气产生氢等离子体，使用氢等离子体轰击半导体激光器的前腔面；S3，关闭磁控溅射真空室内的氢源并开启磁控溅射真空室内的氮源，通过100-150W的射频功率溅射氮气产生氮等离子体，使用氮等离子体轰击步骤S2处理后的前腔面；S4，调整磁控溅射真空室内的温度为200-300°，通过200-300W的射频功率溅射氮气产生氮等离子体，使氮等离子体轰击并注入步骤S3处理后的前腔面，当磁控溅射真空室内的温度在300-500°时退火7-15分钟，使N原子与Ga原子键合生成(Al)GaN化合物作为钝化层；S5，关闭磁控溅射真空室内的氮源并开启磁控溅射真空室内的碳源，通过50-100W的射频功率溅射石墨产生碳等离子体，使用碳等离子体轰击并注入步骤S4处理后的前腔面后，关闭磁控溅射真空室内的碳源；S6，在步骤S5处理后的前腔面沉积SiO2薄膜，并在SiO2薄膜外蒸镀增透膜；S7，夹具翻面后，开启磁控溅射真空室内的氢源，并通过100-150W的射频功率溅射氢气产生氢等离子体，使用氢等离子体轰击半导体激光器的后腔面后，关闭磁控溅射真空室内的氢源并开启磁控溅射真空室内的氮源，调整磁控溅射真空室内的温度为200-300°，通过100-150W的射频功率溅射氮气产生氮等离子体，使用氮等离子体...

【专利技术属性】
技术研发人员：董海亮，米洪龙，许并社，梁建，贾志刚，关永莉，王琳，张乔，
申请(专利权)人：山西飞虹激光科技有限公司，太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西,14