一种提高激光器腔面薄膜附着性的激光器及制备方法技术

本发明专利技术涉及一种提高激光器腔面薄膜附着性的激光器及制备方法，属于半导体激光技术领域，结构包括解理后的激光器巴条，激光器巴条两侧为前腔面和后腔面，前腔面依次镀有Cr膜、钝化膜、增透膜，后腔面依次镀有Cr膜、钝化膜、高反膜。本发明专利技术从提高薄膜致密性，增强薄膜与激光器谐振腔面附着性出发，在常规电子束蒸发镀膜基础上增加离子源辅助镀膜，并提出一种新的腔面镀膜结构，旨在提高薄膜致密性，解决电子束蒸发镀膜薄膜松弛、附着性差、牢固度差的问题。问题。问题。

【技术实现步骤摘要】
一种提高激光器腔面薄膜附着性的激光器及制备方法


[0001]本专利技术涉及一种提高激光器腔面薄膜附着性的结构及制备方法，属于半导体激光


技术介绍

[0002]半导体激光器具有尺寸小、结构简单、波长范围广、电光转化效率高等优点，使其在激光打印、材料加工、通信等方面有着广泛应用。随着半导体激光器的飞速进步与发展，对激光器解理面所蒸镀的薄膜质量要求越来越高，并且已经成为限制半导体激光器应用的重要影响因素。
[0003]薄膜与激光器谐振腔腔面之间的结合程度，是保证激光器耐用性的主要因素，由于薄膜材料与激光器腔面材料属于完全不同的材料，薄膜与谐振腔腔面之间的热膨胀系数、弹性模量的差异，直接影响到薄膜的附着性，常常表现为膜层牢固度差、固晶起泡或脱膜，导致薄膜光电性能下降，严重影响产品实际应用，因此如何选取与腔面材料相匹配的薄膜材料、如何处理镀膜前的谐振腔表面状态及镀膜工艺就显得尤其重要。
[0004]现提高薄膜附着性一般从薄膜制备中寻找最合适的工艺条件，如镀膜温度、薄膜材料类型、腔面处理方法、薄膜生长方法、镀膜材料的纯度等。其中真空磁控溅射镀膜是目前光学镀膜最常用的镀膜方法，但是在薄膜制备中的压强、气体流量、溅射功率、等溅射条件要严格优化，生产稳定性略差、溅射能量大、容易对器件表面引入损伤，操作复杂；而电子束蒸发制备的薄膜具有工艺简单重复性高、生长温度低、均匀性好等优点，是光学薄膜量产的主要镀膜方式，但由于膜层与膜层之间能量低，蒸镀的薄膜存在膜层松弛，薄膜松弛的间隙易渗透潮气造成薄膜牢固度差，进而出现脱膜现象。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，本专利技术从提高薄膜致密性，增强薄膜与激光器谐振腔面附着性出发，在常规电子束蒸发镀膜基础上增加离子源辅助镀膜，并提出一种新的腔面镀膜结构，旨在提高薄膜致密性，解决电子束蒸发镀膜薄膜松弛、附着性差、牢固度差的问题。
[0006]本专利技术的技术方案如下：
[0007]一种提高激光器腔面薄膜附着性的激光器，包括解理后的激光器巴条，激光器巴条两侧为前腔面和后腔面，前腔面依次镀有Cr膜、钝化膜、增透膜，后腔面依次镀有Cr膜、钝化膜、高反膜。
[0008]优选的，Cr膜厚度为0.1nm到2nm；钝化膜厚度为从2nm
‑
30nm。
[0009]优选的，生长完Cr后的钝化膜，为以下材料中的任意一种或两种以上的组合：可以是SiN、TiN、ZnSe、BN、ZnS、ZrN、AlN等非氧化物材料，也可以是Al2O3、SiO2、ZrO2、AlON、HfO2、SiON、HfON等含氧化物材料，或者六方氮化硼、氟化石墨烯等绝缘二维材料，为单层结构或者由上述材料组成的两层或多层结构。
[0010]优选的，增透膜为1/4波长光学厚度的Al2O3薄膜。
[0011]优选的，高反膜为Al2O3作为低折射率膜、TiO2作为高折射率膜共同组成的6层1/4波长光学厚度的Al2O3和TiO2的高反膜，每层均包括Al2O3膜、TiO2膜。
[0012]先将激光器芯片解理成巴条，将巴条放入真空镀膜腔室中，先通入Ar进行表面离子清洗，清洗后先在激光器的前后腔面蒸镀一层极薄的铬(Cr)作为钝化层和谐振腔前后腔面的中间层，并在Cr膜蒸镀腔面钝化层SiN，后蒸镀与基底热膨胀系数差异较小的增透膜及高反膜，蒸镀后进行280℃、15min的热处理促进膜层原子和谐振腔腔面基体原子的相互扩散，进一步增加薄膜附着性。该方法形成一种谐振腔腔面/Cr/SiN/前后腔面膜结构，作为对腔面的保护，免受空气中水汽、C和不稳定氧对腔面的影响，界面处膜的附着性增加，膜层致密。
[0013]一种提高激光器腔面薄膜附着性的激光器的制备方法，包括步骤如下：
[0014]1)将半导体激光器解理成巴条，在解理后的激光器巴条两端腔面上蒸镀Cr膜，通过蒸镀Cr薄膜提高腔面与前后腔面附着性，使用电子束蒸发制备，也可以使用电阻加热蒸发、磁控溅射等金属薄膜沉积技术，薄膜厚度从0.1nm到2nm；
[0015]2)在Cr膜上再蒸镀SiN钝化膜，形成Cr/SiN腔面保护层；
[0016]3)在前腔面蒸镀1/4波长光学厚度Al2O3薄膜为增透膜，在后腔面蒸镀Al2O3作为低折射率膜、TiO2作为高折射率膜共同组成6层1/4波长光学厚度的Al2O3和TiO2高反膜，每层均包括Al2O3、TiO2，可以通过电子束蒸发，也可以使用等离子体辅助的原子层沉积、磁控溅射、脉冲激光沉积、等离子体增强的化学气相沉积、金属有机化合物化学气相沉积、离子束辅助沉积、电子回旋共振等离子体溅射等沉积技术。
[0017]优选的，步骤1)中，蒸镀Cr膜前，进行抽真空和高温烘烤，当温度达到200℃时，烘烤30min，当真空度达到1
×
E
‑7Torr时，启动离子源，通入Ar，流量为10sccm，所述的Ar纯度为99.99％，所述的离子源对Ar离化的阳极电流为1.5A,阳极电压150V,中和电流150mA，对激光器的腔面处理1min，目的是去除前腔面不稳定的氧化物及碳化物污染，然后在腔面上蒸镀厚度为的Cr膜。
[0018]优选的，步骤3)中，继续通入Ar气，辅助前后腔面薄膜沉积，Ar流量20sccm，所述的Ar纯度为99.99％，所述的离子源对Ar离化的阳极电流为4A，阳极电压200V,中和电流500mA，在前腔面的Cr/SiN保护层上蒸镀1/4波长光学厚度的Al2O3作为增透膜，形成Cr/SiN/Al2O3前腔面膜系结构，蒸镀温度为200℃，蒸镀速率为在后腔面的Cr/SiN保护层上蒸镀Al2O3作为低折射率膜，TiO2作为高折射率膜，两者共同组成6层1/4波长光学厚度的Al2O3和TiO2高反膜，形成Cr/SiN/(Al2O3/TiO2)^6后腔面膜系结构，后腔面蒸镀温度为200℃，蒸镀速率为镀完前后腔面膜后，在240
‑
500℃下保持2
‑
60min，然后自然冷却至室温。
[0019]进一步优选的，步骤3)中，蒸镀完前后腔面膜后，在280℃下保持15min，然后自然冷却至室温。
[0020]本专利技术的有益效果在于：
[0021]本专利技术提出的一种提高腔面膜附着性的结构及制备方法：1、镀膜前通过进行Ar等离子体处理腔面，净化腔面玷污的碳氢化合物及不稳定的氧化物，改善Cr生长状态，提高界面的结合强度。2、完成腔面处理后，在增透膜或高反膜生长前优先蒸镀一层几挨或十几挨的Cr，提高活化表面以利于SiN薄膜的生长、利于薄膜成核，提高薄膜和腔面之间的相互作用，增加腔面薄膜和衬底材料的吸附，增加薄膜附着力，避免薄膜龟裂。3、钝化层采取SiN的
钝化，避免薄膜中的氧扩散腔面。4、增透膜及高反膜选取与基底热膨胀系数差异较小的Al2O3、TiO2材料，并在蒸镀后进行280℃、15min的热处理促进膜层原子和腔面基体的原子的相互扩散，进一步增加薄膜附着性，此膜系材料结构完美，不仅能避免空气中C、氧及水汽向腔面扩散，还能提高各个本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高激光器腔面薄膜附着性的激光器，其特征在于，包括解理后的激光器巴条，激光器巴条两侧为前腔面和后腔面，前腔面依次镀有Cr膜、钝化膜、增透膜，后腔面依次镀有Cr膜、钝化膜、高反膜。2.根据权利要求1所述的提高激光器腔面薄膜附着性的激光器，其特征在于，Cr膜厚度为0.1nm到2nm。3.根据权利要求1所述的提高激光器腔面薄膜附着性的激光器，其特征在于，钝化膜厚度为从2nm
‑
30nm。4.根据权利要求1所述的提高激光器腔面薄膜附着性的激光器，其特征在于，钝化膜为以下材料中的任意一种或两种以上的组合：SiN、TiN、ZnSe、BN、ZnS、ZrN、AlN、Al2O3、SiO2、ZrO2、AlON、HfO2、SiON、HfON、六方氮化硼、氟化石墨烯。5.根据权利要求1所述的提高激光器腔面薄膜附着性的激光器，其特征在于，增透膜为1/4波长光学厚度的Al2O3薄膜。6.根据权利要求1所述的提高激光器腔面薄膜附着性的激光器，其特征在于，高反膜为Al2O3作为低折射率膜、TiO2作为高折射率膜共同组成的6层1/4波长光学厚度的Al2O3和TiO2的高反膜，每层均包括Al2O3膜、TiO2膜。7.一种提高激光器腔面薄膜附着性的激光器的制备方法，其特征在于，包括步骤如下：1)将半导体激光器解理成巴条，在解理后的激光器巴条两端腔面上蒸镀Cr膜，薄膜厚度从0.1nm到2nm；2)在Cr膜上再蒸镀SiN钝化膜，形成Cr/SiN腔面保护层；3)在前腔面蒸镀1/4波长光学厚度Al2O3薄膜为增透膜，在后腔面蒸镀Al2O3作为低折射率膜、TiO2作为高折射率膜共同组成6层1/4波长光学厚度的Al2O3和TiO2高反膜，每层...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦莉，张佩佩，曲植，晏骁哲，
申请(专利权)人：潍坊华光光电子有限公司，
类型：发明
国别省市：