GaAs基激光器制造方法和GaAs激光器技术

本发明专利技术涉及一种使用干蚀刻在从ＧａＡｓ，ＧａＡｌＡｓ，ＩｎＧａＡｓＰ和ＩｎＧａＡｓ组成的组中选择出的一种材料上得到无污染表面，以在ＧａＡｓ基激光器任意结构上获得氮化物层的方法，以及根据该方法制造的ＧａＡｓ基激光器。用掩模遮蔽部分表面以防止发生干蚀刻，形成激光器表面。然后将激光器放置在真空中。此后使用从：化学活性气体，惰性气体，化学活性气体与惰性气体混合物的组中选择出的一种物质进行干蚀刻。使用含氮等离子体产生天然氮化物层。添加保护层和／或反射镜涂层。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种在GaAs基激光器任意结构上获得氮化物层的方法，以及通过该方法形成的GaAs基激光器(GaAs based laser)。本专利技术主要涉及一种控制GaAs基激光器波导中损耗的方法。在共同未决的美国申请No.09/924605中披露了一种解决激光器端面降质问题的方法。
技术介绍
高功率980nm激光二极管主要用于泵浦掺铒光纤放大器(EDFA)。其他应用可以为掺铥光纤放大器和Er/Yb掺杂光纤，以及使用900...1100nm波带中的稀土过渡金属的波导。GaAs基泵浦激光器有两个主要的失效机理，即激光器端面的降质和波导中的缺陷。已知光吸收导致的激光器端面降质，通过灾难性光学损伤(COD)引起突然失效，并且是装置失效的一个主要原因。如果通过适当的激光器端面钝化技术控制COD，则可控制波导缺陷。波导中的损耗来源于·波导的粗糙引起的光散射；·表面处杂质的非辐射复合，或者表面态的复合。湿法化学蚀刻过程常形成极平滑的波导。以前的干蚀刻方法，如活性粒子蚀刻(RIE)或化学辅助离子束蚀刻(CAIBE)，对于蚀刻深度和壁拓扑结构均产生非常高的处理控制。不过，这些干蚀刻方法与湿蚀刻方法相比，产生更加粗糙的表面。粗糙表面增加了光散射以及表面复合率。这两种效果对于高级泵浦激光器来说都是有害的。散射将降低效率。通过粗糙且非阻挡表面进入的杂质对于泵浦激光器更加有害。杂质和表面态将促进非辐射复合，从而产生热。热进一步使材料和表面降质，从而产生更多热量。该过程将加速并最终使该装置失效。相关技术US 4448633披露了一种通过暴露于低压氮等离子体而钝化III-V族混合物半导体表面的方法。III族元素形成III族元素氮化物。该方法称作氮化。所生成的物质具有III族元素氮化物表面层，保护该物质不受环境退化的影响，同时减小表面态密度，并允许表面层逆温(inversion)。氮化分两步进行。在低温(400-500℃)下进行第一步，以防止表面由于损失V族元素而分解。暴露于0.01-10托压力的氮等离子体下，导致初始III-氮化物层厚度为大约20-100。在相同等离子体条件下升温(500-700℃)执行第二步。此处，以更快速度进行氮化，产生更厚的氮化层(200-1000)。在当前的条件下，如果等离子体压力在0.01至大约0.5托范围内，则所产生的III涂层是多晶的，并且当压力在1到10托范围内时是单晶的。US 5780120描述了一种基于III-V族混合物制备激光器端面的方法。该方法包括下述步骤1) 切割出激光器的端面。2) 将激光器的端面放置在可获得大约10-7毫巴(mbar)到大约10-8毫巴压力的罩内，经历用脉冲激光器照射进行的清洁步骤。3) 使用相同的脉冲激光器切割靶子，使暴露在外的端面受到钝化处理，即沉积2-20的Si或GaN。通过在具有电子回旋共振(ECR)等离子体的氮气氛围中用脉冲激光器熔化液镓靶子而进行沉积。可以使用相同的脉冲激光器沉积附加薄膜，如金刚石状碳(DLC)，金刚砂SiC或氮化硅Si3N4。这些涂层在激光器波长处是透明的，并且抗氧化。可以使用脉冲准分子激光器在氯或溴氛围中执行在钝化步骤之前的清洁步骤。该文献提出如果沉积GaN而非沉积Si，则不需要附加涂层。还提出III-N层是抗氧化的。US 5834379描述了一种合成宽带隙材料，特别是GaN的方法，采用通过NH3进行的等离子体辅助热氮化将GaAs转变成GaN。可以使用该方法在GaAs基片上形成大厚度(1微米量级)的GaN层。使用NH3的等离子体辅助氮化主要形成立方GaN。该文献的目的在于形成足够厚的GaN层，并没有直接涉及到激光器端面钝化。不过，其基本原理在于使用等离子体源进行氮化。在GaN薄膜生长过程中使用这类方法。上述专利提出了使用氮等离子体氮化III-V族半导体的概念。US 4331737描述了一种氮氧化合物薄膜，其包含Ga和/或Al，且O/N比率至少为0.15。通过采用例如化学汽相沉积(CVD)技术获得该薄膜。可通过例如改变基片与物质输送源之间的距离，或者通过改变运载气体中所包含的氧化气体的比例而改变薄膜中的O/N比率。该薄膜可以用作III-V化合物半导体如GaAs的表面钝化膜，或者用作IG-FET活性表面的绝缘膜，或者作为光学增透膜。EP 0684671描述了一种方法，包括氧化还原，氢钝化和沉积保护涂层。该方法的所有步骤都使用相同的PECVD反应器，以避免暴露于氧。将切开的端面(cleaved facet)(暴露于空气从而被氧化)放置在反应器中。第一步使用氢等离子体，减小V族氧化物含量，并钝化非辐射复合中心。通过氨等离子体去除III族氧化物，并且激光器端面恢复其成分化学计量状态，并且不受污染物的影响。然后通过沉积SiN(x)或AlN(x)进行涂覆。通过产生氮组分梯度还可以获得最小应力。US 5668049披露了一种制造GaAs基半导体激光器的方法。一般在环境大气中将经过完全处理的晶片切成激光棒。将激光棒放置在真空沉积室中(最好为ECR CVD室)，暴露于H2S等离子体中。认为氢将去除天然氧化物，而硫与Ga和As结合，从而降低表面态密度。在暴露之后，在真空沉积室中用保护介电(例如氮化硅)层涂覆切割端面。该专利声称该方法可实现高生产率，并能产生高功率工作的激光器。US 5144634披露了一种在半导体激光器二极管制造过程中钝化反射镜的方法。该方法的关键步骤为(1) 形成无污染反射镜端面，然后(2) 在原处涂覆连续、绝缘(或低导电性)钝化层。用对于能与半导体反应但其本身不与镜面反应的杂质起扩散势垒作用的材料形成该层。通过在无污染环境中切割，或在空气中切割，然后通过反射镜蚀刻，并在之后进行镜面清洁，获得无污染镜面。钝化层包括Si，Ge或Sb。还提出第二层含有Si3N4的Si层。EP 0474952提出另一种将半导体激光二极管的蚀刻反射镜端面钝化，以增强装置可靠性的方法。蚀刻反射镜端面首先经受湿法蚀刻处理以基本上去除任何天然氧化物以及反射镜蚀刻处理之前可能已经机械损伤的任何表面层。然后实施钝化预处理，从而去除所有的残留氧，并形成可永久减少反射镜端面处少数载流子非辐射复合的次级单层。Na2S或(NH4)2S可以用作预处理溶液。硫使表面电子态钝化，否则表面电子态是有效的非复合中心。最后，用Al2O3或Si3N4涂覆经过预处理的镜面，以避免任何环境影响。EP 0774809描述了一种提供新型钝化层的方法，能使具有由激光器端面限定的激光腔的半导体激光器的可靠性提高。在优选实施例中，该钝化层为形成在基本无污染激光器端面上的硒化锌层(例如5nm)。更一般的情况下，钝化层包括Mg，Zn，Cd和Hg其中至少之一，和S，Se和Te其中至少之一。一般，通过在真空中切割而形成端面，并随后在端面上原处沉积新型钝化层材料。US 5851849描述了一种在表面形态中通过严格步骤将半导体激光器结构钝化的方法。该技术包括原子层沉积，以产生具有特殊覆盖度和均匀性的钝化层，即使在沟槽纵横比为5那样大的沟槽特性情形中也是如此。此外，通过该方法产生的钝化具有极好的环境稳定性，并且提供保护以防止空气中的污染物引发降质。在真空室中进行涂覆处理。该方法的主要特征在于通本文档来自技高网...

【技术保护点】
使用干蚀刻在ＧａＡｓ，ＧａＡｌＡｓ，ＩｎＧａＡｓＰ和ＩｎＧａＡｓ组成的组中选择出的一种材料上获得无污染表面，以在ＧａＡｓ基激光器任意结构上获得氮化物层的方法，包括：.对激光器表面提供掩模，所述掩模用于遮蔽要防止干蚀刻的所述激光器的部 分表面；.将激光器放置在真空中；.使用从包含：化学活性气体，惰性气体，化学活性气体与惰性气体的混合物的组中选择出的一种物质进行干蚀刻；.使用含氮的等离子体产生天然氮化物层（１０；２４；３５）；.添加保护层（１ ２）和／或反射镜涂层（在Ｍ６，Ｍ９处）。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：卡斯藤VL林德斯特伦，彼得N布利克斯特，斯万特H瑟德霍尔姆，安南德斯里尼瓦桑，卡尔弗雷德里克卡尔斯特伦，劳伦特克鲁梅纳切尔，克里斯托弗西尔韦纽斯，
申请(专利权)人：科姆雷斯股份公司，
类型：发明
国别省市：SE[瑞典]