一種檢測擴散Zn半導體激光器窗口區(qū)Zn擴散程度的方法及其實現裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種檢測擴散Zn半導體激光器窗口區(qū)Zn擴散程度的方法及其實現裝置，屬于半導體激光器檢測技術領域。
【背景技術】
[0002]大功率半導體激光器由于體積小、耗能低、易于組裝集成等優(yōu)點，受到人們廣泛關注，并且被應用到光存儲、光通信、紅外照明、激光加工、泵浦固體激光器等方面。增加半導體激光器的輸出功率、提高半導體激光器長期工作的可靠性一直都是大功率半導體激光器研究的重點。近年來，單管半導體激光器連續(xù)輸出功率下可以穩(wěn)定工作在瓦級以上，脈沖電流驅動下的半導體激光器陣列的峰值功率也達到了數千瓦。
[0003]限制半導體激光器功率輸出的主要因素為:激光器工作時產生的焦耳熱導致器件結溫升高，使得半導體激光器的性能惡化；激光器腔面光功率密度過高使得腔面溫度升高，導致腔面燒毀，即產生災變性光學損傷C0D。對于前者，可以通過優(yōu)化材料生長工藝及器件結構降低半導體激光器的閾值電流及工作電壓，并且提高半導體激光器的微分量子效率，從而提高半導體激光器的功率轉換效率，減少焦耳熱的產生，改善半導體激光器的溫度特性。造成腔面產生災變性光學損傷COD的直接原因是腔面溫度過高而燒毀，這是一個不可逆轉的損毀過程，是導致半導體激光器失效的主要因素。半導體激光器的腔面一般為自然解理面，含有較多缺陷，載流子非輻射復合產生大量熱，導致腔面溫度升高。并且腔面位置處往往散熱不好，使得積累的熱量不易散發(fā)出去。高溫導致腔面處的材料帶隙收縮，使得載流子向此處擴散聚集，加重了腔面的非輻射復合及光吸收，導致溫度繼續(xù)升高。這種正反饋過程最終會使半導體激光器的腔面溫度快速升高而瞬間燒毀。
[0004]提高半導體激光器的功率轉換效率，降低焦耳熱的產生；增大光腔減小半導體激光器的腔面光功率密度；腔面鈍化技術減少腔面處的非輻射復合中心；透明窗口技術增大腔面處材料的帶隙。對于紅光半導體激光器來說，其激射波長較短，光子能量更高，因此它的災變性光學損傷COD功率要比紅外光半導體激光器低很多。在制作大功率紅光半導體激光器時，非吸收窗口是必須使用的一項技術。利用Zn擴散誘導量子阱混雜形成非吸收窗口的工藝比較簡單且成本較低，是紅光半導體激光器中最常使用的非吸收窗口技術。
[0005]中國專利文獻CN103368072A公開了一種對紅光半導體激光器進行Zn擴散的方法。利用MOCVD設備，將激光器放入反應室中，反應室升溫至200°C?350°C時通AsH3，當溫度達到400°C時再通入二甲基鋅進行腔面擴散，當溫度升至450°C?650°C保持20min?70min，在15min?30min內降溫至150°C?300°C進行退火；當反應室溫度下降至100°C以下時，Zn擴散完畢。
[0006]中國專利文獻CN1877935A公布了一種適合于大批量生產的激光器COD消除方法，根據量子阱混雜原理，利用鋅原子在III 一 V族半導體化合物的擴散誘導III族元素或V族元素互擴，從而產生量子阱混雜現象，即通過金屬有機化學氣相沉積的方法生長一層ZnO薄膜，然后通過開管擴散的方式使Zn原子選擇性的進入窗口區(qū)的有源區(qū)。
[0007]上述兩篇專利存在以下缺陷:Zn原子對于II1-V族半導體材料來說是一種受主雜質，在對半導體激光器的窗口區(qū)進行Zn擴散時，如果對擴散的溫度和時間把握不好，Zn側向擴散嚴重會減小增益區(qū)的面積并且產生光吸收，影響半導體激光器的性能。
[0008]因此，我們在優(yōu)化擴Zn工藝，保證其重復性的同時，還要對擴Zn程度進行監(jiān)控，保證Zn擴散處于一個最佳位置。由于Zn擴散會使量子阱原子發(fā)生混雜，帶隙增加，發(fā)光波長變短，因此用光致發(fā)光PL譜來表征半導體激光器擴Zn情況。
[0009]非專利性文獻《Zn雜質擴散誘導AlGalnP/GalnP量子阱混雜》(光學學報，2008，28:2209)中研究了不同擴散時間對Zn擴散區(qū)PL譜的影響，根據實驗結果論述了 Zn擴散誘導量子阱混雜的原理及過程。但是半導體激光器的窗口區(qū)一般比較窄，約20-30 μ m，微區(qū)PL譜的測量對光源及儀器精度要求較高。而且歐姆接觸層GaAs對PL有吸收，測試時需要去除表面GaAs層,有時會影響半導體激光器的接觸電壓。

【發(fā)明內容】

[0010]針對現有技術的不足，本發(fā)明公開了一種檢測擴散Zn半導體激光器窗口區(qū)Zn擴散程度的方法；
[0011 ] 本發(fā)明還公開了上述方法的實現裝置。
[0012]術語解釋
[0013]受主能級:半導體中，受主雜質俘獲電子，產生空穴，被受主雜質束縛的空穴的能量狀態(tài)；
[0014]開啟電壓:當二極管加上正向電壓時，便有正向電流通過，但正向電壓很低時，外'電場還不能克服PN結內電場對多數載流子擴散運動所形成的阻力，此時正向電流很小，二極管呈現很大的電阻；當正向電壓超過一定數值后，二極管電阻變得很小，電流增長很快，此時的正向電壓稱為二極管的開啟電壓。
[0015]本發(fā)明的技術方案如下:
[0016]一種檢測擴散Zn半導體激光器窗口區(qū)Zn擴散程度的方法，所述擴散Zn半導體激光器包括歐姆接觸層、上限制層、有源區(qū)、下限制層、襯底、擴Zn窗口區(qū)，露出的所述擴散Zn半導體激光器的腔面附近區(qū)域為所述擴Zn窗口區(qū)，具體步驟包括:
[0017]A、測定所述擴散Zn半導體激光器IV曲線中電流值對應的電壓V，具體步驟包括:
[0018](I)設定測試基底溫度范圍為20-30°C;測試夾具夾持所述擴散Zn半導體激光器，即:測試夾具正向電流端口與所述擴散Zn半導體激光器正極接觸，測試夾具反向電流端口與所述擴散Zn半導體激光器負極接觸；設定掃描電壓初始值、掃描電壓最終值及測試點數，所述掃描電壓初始值取值范圍為0-1V，所述掃描電壓最終值取值范圍為2-3V，所述測試點數取值范圍為100-1000，運行現有的IV曲線測試軟件，IV曲線測試軟件將自動得到所述掃描電壓下的電流值，并在輸出設備上顯示IV數據及IV曲線；所述IV曲線橫坐標表示電壓，單位為伏；所述IV曲線縱坐標表示電流的自然對數，單位為安；
[0019](2)設定電流值，所述電流值的取值范圍為0.001-lmA，在步驟(I)得到的所述IV曲線中得到所述電流值對應的電壓V ；
[0020]B、測定不擴散Zn且無其他電流旁路的半導體激光器IlVl曲線中電流值對應的開啟電壓Von,具體步驟包括:
[0021](3)設定測試基底溫度范圍為20-30°C ;測試夾具夾持所述不擴散Zn且無其他電流旁路的半導體激光器，即:測試夾具正向電流端口與所述不擴散Zn且無其他電流旁路的半導體激光器正極接觸，測試夾具反向電流端口與所述不擴散Zn且無其他電流旁路的半導體激光器負極接觸；設定掃描電壓初始值、掃描電壓最終值及測試點數，所述掃描電壓初始值取值范圍為0-1V，所述掃描電壓最終值取值范圍為2-3V，所述測試點數取值范圍為100-1000，運行現有的IV曲線測試軟件，IV曲線測試軟件將自動得到所述掃描電壓下的電流值，并在輸出設備上顯示IlVl數據及IlVl曲線；所述IlVl曲線橫坐標表示電壓，單位為伏；所述IlVl曲線縱坐標表示電流的自然對數，單位為安；
[0022](4)設定電流值，所述電流值的取值范圍為0.001-lmA，在步驟(3)得到的所述IlVl曲線中得到所述電流值對應的開啟電壓Von ；
[0023]C、根據步驟A得到的電壓V和步驟B得到的開啟電壓Von判定所述Zn擴散半導體激光器窗口區(qū)Zn擴散程度，具體步驟包括:
[0024]如果Von-0.05 ^ V ^ Von,則認