專利名稱：一種半導體激光器腔面鈍化方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種半導體激光器腔面鈍化的方法，適合于多種波長的窄條、寬條型半導體激光器。
背景技術：
半導體激光器是光通信、光泵浦、光存儲等領域的核心器件。其腔面由于界面態(tài)、雜質(zhì) 污染或應變的影響，使得光吸收增強，溫度劇增，反過來又增強了光的吸收，很容易發(fā)生氧 化，產(chǎn)生缺陷，使得激光器能發(fā)生衰退和出現(xiàn)光學災變性損傷，這對大功率器光器的制作顯 得尤為重要。為減小這些因素的影響，提高激光器可靠性，通常會對激光器腔面進行鍍膜。 一般地，這種鍍膜既保護腔面，同時又起到調(diào)節(jié)閾值電流和斜率效率的作用。較早鍍氧化物 介質(zhì)膜來保護腔面并對腔面進行鈍化，但氧化物作為鈍化層與腔面直接接觸，激光器長期工 作時，氧化物中的氧原子會與半導體激光器的腔面材料相互擴散，使得激光器的性能受到嚴 重影響，半導體激光器的器件性能惡化。為解決這一問題，國際上常用的方法是在鍍反射鏡 之前先鍍一薄層Si作為鈍化阻擋層，但是Si適合的光波段較窄，而且光吸收較大，因此對 于較短波長的半導體激光器，Si鈍化技術的應用具有一定的局限性。為使腔面的氧化減小到
最小程度、通常在高真空設備中實施解理，并立即鍍上鈍化層和腔面膜。這種方法雖然能比 較好的提高器件可靠性，但對設備要求高，工藝復雜，設備價格昂貴。另外，在腔面離子清
洗后離子束蒸鍍ZnSe和ZnS也是一種很好的鈍化方法，然而ZnSe和ZnS在潮濕環(huán)境下易潮 解，不穩(wěn)定，對激光器的某些方面的應用具有一定的局限性。故我們選擇另外一種方法進行 半導體激光器腔面鈍化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是提出一種簡單易行的半導體激光器腔面鈍化的工藝方法，既使激光器 可靠性得到很大的提高，同時又降低成本和操作難度。
本發(fā)明提供的一種半導體激光器腔面鈍化的方法，其特征在于，包括以下布驟
1. 半導體激光器在空氣中解理成條后，裝入鍍膜專用夾具，然后放入磁控濺射真空室或離子 束蒸發(fā)真空室；
2. 氫離子預清洗，即在電子束蒸發(fā)真空室內(nèi)或磁控濺射真空室內(nèi)分別用不小于105ev或不小
于50瓦的氫等離子體轟擊解理的腔面，除去解理腔面上的氧化物和雜質(zhì)及其形成的表面 態(tài)和界面態(tài)這些非輻射復合中心的同時，氫離子會與解理腔面的表面一定尺度內(nèi)的電負性 最大的元素反應，生成電負性大元素的氫化物，氫化物從解理的腔面溢出，導致腔面處呈 現(xiàn)帶有正電荷的陽離子特征；在半導體激光器前腔面4進行所述的氫離子清洗為50秒到 IO分鐘；
3. 氮離子反應清洗，即在上述電子束蒸發(fā)真空室內(nèi)或磁控濺射真空室內(nèi)關閉氫源，開通氮源， 分別用不小于105ev或不小于50瓦的氮等離子體轟擊解理腔面，使電負性較大的氮離子 與激光器的解理腔面由氫離子轟擊導致呈現(xiàn)陽離子特征的材料元素結合，生成一定薄層由 腔內(nèi)到腔外一定尺度含氮量漸變的含氮層。氮離子反應清洗時間為2分鐘到20分鐘(視所 需含氮漸變層厚度而定)。
4. 用電子束蒸發(fā)的方式或磁控濺射的方式在前腔面4蒸鍍A1N寬禁帶低吸收材料作為鈍化 阻擋層3，防止解理腔面外氧等物質(zhì)向腔面內(nèi)的擴散；
5. 根據(jù)現(xiàn)有技術在前腔面4鍍增透膜1;
6. 夾具翻面后對腔面5進行工藝處理，，在半導體激光器后腔面5進行上述步驟2)和3)所 述的氫、氮離子對解理腔面的離子反應清洗分別50秒到10分鐘和2分鐘到20分鐘(視含 氮漸變層厚度而定)。
7. 用磁控濺射或電子束蒸發(fā)的方式在后腔面磁控濺射或氮氣氛圍下蒸鍍A1N寬禁帶低吸收 材料作為鈍化阻擋層3;
8. 根據(jù)現(xiàn)有技術在后腔面5鍍高反膜2。
A1N材料的帶隙(6.2ev)比GaAs、非晶Si等大數(shù)倍，能極大減少并限制電子和空穴在 表面的復合。氫離子、氮離子先后對解理腔面的適當條件下適當能量的反應清洗，使得在激 光器解理腔面形成一薄層緩變的過渡層，即在腔面處氮離子在一定深度內(nèi)逐步取代激光器材 料中的負性原子形成晶格過渡區(qū)，最終實現(xiàn)晶格失配符合失配度要求，同時形成的寬禁帶材 料區(qū)形成無吸收窗口，極大降低了光的吸收，減弱了熱量的產(chǎn)生；A1N的熱膨脹系數(shù)為 4.5xl0—^",與GaAs的膨脹系數(shù)5.9><10_61^相差很小，從而保證了薄膜與基底附著的牢固度。 上述發(fā)明的工藝方法具有以下優(yōu)點
1. 在空氣中解理，大大降低了操作的難度和生產(chǎn)的成本，工藝方法簡單，便于實際生產(chǎn)；
2. 氫離子、氮離子反應清洗在解理腔面形成晶格漸變寬帶隙材料，外加高禁帶材料的鈍 化阻擋層A1N，在解理腔面處形成光無吸收區(qū)，使得鈍化效果更加突出。
3. 這種工藝方法比在空氣中解理后直接鍍膜的工藝及硅鈍化工藝更好的提高了半導體激 光器的可靠性；
4.這種方法適合于多種不同波長和結構的激光器，特別適合短波長的半導體激光器。


所附圖為半導體激光器腔面處理結構示意圖，圖中(1)增透膜，(2)高反膜，(3)鈍 化阻擋層，(4)前腔面，(5)后腔面。
具體實施例方式
1. 半導體激光器在空氣中解理成條后，裝入鍍膜專用夾具，然后放入磁控濺射真空室或離子 束蒸發(fā)真空室；
2. 氫離子預清洗，即在電子束蒸發(fā)真空室內(nèi)或磁控濺射真空室內(nèi)分別用不小于105ev或不小 于50瓦的氫等離子體轟擊解理的腔面，除去解理腔面上的氧化物和雜質(zhì)及其形成的表面 態(tài)和界面態(tài)這些非輻射復合中心的同時，氫離子會與解理腔面的表面一定尺度內(nèi)的電負性 最大的元素反應，生成電負性大元素的氫化物，氫化物從解理的腔面溢出，導致腔面處呈 現(xiàn)帶有正電荷的陽離子特征；在半導體激光器前腔面4進行所述的氫離子清洗為50秒到 IO分鐘；
3. 氮離子反應清洗，即在上述電子束蒸發(fā)真空室內(nèi)或磁控濺射真空室內(nèi)關閉氫源，開通氮源， 分別用不小于105ev或不小于50瓦的氮等離子體轟擊解理腔面，使電負性較大的氮離子 與激光器的解理腔面由氫離子轟擊導致呈現(xiàn)陽離子特征的材料元素結合，生成一定薄層由 腔內(nèi)到腔外一定尺度含氮量漸變的含氮層。氮離子反應清洗時間為2分鐘到20分鐘(視所 需含氮漸變層厚度而定)。
4. 用電子束蒸發(fā)的方式或磁控濺射的方式在前腔面4蒸鍍A1N寬禁帶低吸收材料作為鈍化 阻擋層3，防止解理腔面外氧等物質(zhì)向腔面內(nèi)的擴散；
5. 根據(jù)現(xiàn)有技術在前腔面4鍍增透膜1;
6. 夾具翻面后對腔面5進行工藝處理，，在半導體激光器后腔面5進行上述步驟2)和3)所 述的氫、氮離子對解理腔面的離子反應清洗分別50秒到10分鐘和2分鐘到20分鐘(視含 氮漸變層厚度而定)。
7. 用磁控濺射或電子束蒸發(fā)的方式在后腔面磁控濺射或氮氣氛圍下蒸鍍A1N寬禁帶低吸收 材料作為鈍化阻擋層3;
8. 根據(jù)現(xiàn)有技術在后腔面5鍍高反膜2。
鈍化鍍膜后，解理成單個管芯，燒結封裝。
在同樣老化試驗條件下，根據(jù)對比試驗，硅鈍化的半導體激光器與使用二次離子反應清 洗的蒸鍍或濺射A1N處理的激光器相比，前者的退化速率是是后者3-5倍，后者的工作壽命 顯著提高，證明了此工藝能有效地提高了半導體激光器的可靠性。
權利要求
1、一種半導體激光器腔面鈍化方法，其特征在于，包括以下布驟(1)半導體激光器在空氣中解理成條后，裝入鍍膜專用夾具，然后放入磁控濺射真空室或離子束蒸發(fā)真空室；(2)氫離子預清洗，即在電子束蒸發(fā)真空室內(nèi)或磁控濺射真空室內(nèi)分別用不小于105ev或不小于50瓦的氫等離子體轟擊解理的腔面，除去解理腔面上的氧化物和雜質(zhì)及其形成的表面態(tài)和界面態(tài)這些非輻射復合中心的同時，氫離子會與解理腔面的表面一定尺度內(nèi)的電負性最大的元素反應，生成電負性大元素的氫化物，氫化物從解理的腔面溢出，導致腔面處呈現(xiàn)帶有正電荷的陽離子特征；在半導體激光器前腔面4進行所述的氫離子清洗為50秒到10分鐘；(3)氮離子反應清洗，即在上述電子束蒸發(fā)真空室內(nèi)或磁控濺射真空室內(nèi)關閉氫源，開通氮源，分別用不小于105ev或不小于50瓦的氮等離子體轟擊解理腔面，使電負性較大的氮離子與激光器的解理腔面由氫離子轟擊導致呈現(xiàn)陽離子特征的材料元素結合，生成一定薄層由腔內(nèi)到腔外一定尺度含氮量漸變的含氮層。氮離子反應清洗時間為2分鐘到20分鐘(視所需含氮漸變層厚度而定)；(4)用電子束蒸發(fā)的方式或磁控濺射的方式在前腔面4蒸鍍AlN寬禁帶低吸收材料作為鈍化阻擋層3，防止解理腔面外氧等物質(zhì)向腔面內(nèi)的擴散；(5)根據(jù)現(xiàn)有技術在前腔面4鍍增透膜1；(6)夾具翻面后對腔面5進行工藝處理，在半導體激光器后腔面5進行上述步驟2)和3)所述的氫、氮離子對解理腔面的離子反應清洗分別50秒到10分鐘和2分鐘到20分鐘(視含氮漸變層厚度而定)；(7)用磁控濺射或電子束蒸發(fā)的方式在后腔面磁控濺射或氮氣氛圍下蒸鍍AlN寬禁帶低吸收材料作為鈍化阻擋層3；(8)根據(jù)現(xiàn)有技術在后腔面5鍍高反膜2。
全文摘要
一種半導體激光器腔面鈍化方法，屬于半導體光電子器件工藝技術領域。該領域已知技術難度是大幅度提高輸出功率，同時使器件的可靠性保持在較高的水平。本發(fā)明之一種半導體激光器腔面鈍化方法，有效提高輸出功率，提升半導體激光器的可靠性。該鈍化方法先后采用氫離子和氮離子的反應離子清洗技術，在激光器解理腔面生成含有氮化物過渡層的無吸收區(qū)，之后在過渡層外加鍍鈍化阻擋層AlN膜，形成鈍化膜后進行正常工藝鍍膜。該技術方案可應用于各類半導體激光光源的制造。
文檔編號H01S5/00GK101394062SQ200810050920
公開日2009年3月25日 申請日期2008年7月4日 優(yōu)先權日2008年7月4日
發(fā)明者么艷萍, 喬忠良, 劉春玲, 鵬 盧, 軼 曲, 輝 李, 王玉霞, 源 胡, 薄報學, 馬建立, 欣 高 申請人:長春理工大學