一種真空解理大功率半導體激光器腔面氮鈍化方法技術

一種真空解理大功率半導體激光器腔面氮鈍化方法，屬于半導體光電子器件工藝技術領域。本發(fā)明專利技術意義在于在保證半導體激光器輸出功率不變的情況下，提高光學災變閾值，降低激光器退化速率，延長激光器使用壽命。此方法先在真空解理機中把半導體激光器芯片解理成Ba條，此過程通入高純氮氣作為保護氣體，使整個解理過程處在高純氮氣的氛圍中，減少解理后新鮮腔面懸掛鍵。解理后，迅速把激光器芯片Bar條放入真空鍍膜機，用氮離子進行腔面深度鈍化，形成GaN鈍化層，再用氫離子去除氮鈍化生成無用雜質。在半導體激光器形成GaN鈍化層后在前后腔面分別進行增透膜和高反膜鍍制。此技術方案可應用于各類大功率半導體激光器制造。

【技術實現(xiàn)步驟摘要】

，屬于半導體光電子
，涉及半導體激光器鍍膜。
技術介紹
大功率半導體激光器具有全固態(tài)，體積小，重量輕，長壽命，高效率，可靠性高，可調制，可穩(wěn)定低壓運轉等特點，主要用于固體激光器的泵浦源，并在激光加工，激光焊接，激光打印的等領域有廣泛應用。半導體激光器是新一代高新技術的關鍵元器件，在未來工業(yè)發(fā)展中占著舉足輕重的作用。半導體激光器在生產(chǎn)和使用中，其光學元件部分會出現(xiàn)退化現(xiàn)象。退化現(xiàn)象會影響半導體激光器的壽命和使用的穩(wěn)定性。半導體激光器退化主要分為三種漸變退化，迅速退化和光學災變。按照位置分為發(fā)生在晶體外部退化叫做外部退化，發(fā)生在晶體內部退化叫做內部退化。半導體激光器腔面退化屬于外部退化，產(chǎn)生原因是在外部工作環(huán)境影響下，極易潮解，氧化，在腔面附近，自然氧化物誘導缺陷和雜質非輻射復合。半導體激光器腔面鈍化工藝主要是通過對半導體激光器腔面處理，去除因為解理芯片而帶來的污染和在空氣中氧化帶來的不穩(wěn)定氧化層，通過引入某種原子與工作物質表面的懸掛鍵形成較穩(wěn)定的新的化學鍵，即形成一個鈍化層，成功地降低工作物質表面的態(tài)密度，鈍化層形成后可以在激光器前后腔面上分別鍍制某種致密的介質膜保護鈍化層，介質膜還能滿足激光器單面輸出對反射率的要求，即設計合理膜系在激光器前腔面鍍制增透膜，后腔面鍍制高反膜。綜合兩種方法可以有效的降低腔面的非輻射復合，提高激光器光學災變損傷(COD)閾值，減少激光器輸出損耗。為了降低半導體激光器腔面污染給激光器帶來損傷，人們嘗試多種方法在半導體腔面生成鈍化層，如氧鈍化，硫鈍化，氫鈍化等。但是氧鈍化會產(chǎn)生很多缺陷，氧化反應帶來復雜的表面組分；硫溶液鈍化半導體腔面穩(wěn)定性較差，需要在鈍化后再次鍍制保護層；氫鈍化的實驗比較難控制，鈍化時間過長會導致半導體表面元素流失，且鈍化易產(chǎn)生不穩(wěn)定的物質；而氮鈍化則較好的克服了以上幾種鈍化方法缺點。
技術實現(xiàn)思路
本專利技術的目的在于提供一種大功率半導體激光器腔面保護工藝方法，最大限度保護半導體激光器解理后新鮮腔面免受污染，有效解決半導體激光器腔面失效問題，提高半導體激光器可靠性。本專利技術提供一種真空解理半導體激光器腔面氮鈍化的方法，其特征在于，包括以下步驟1，半導體激光器放在帶有離子源真空解理機2中解理臺4上，從離子源1通入高純氮氣，通入流量20至40sCCm，離子源能量60至lOOev，在解理室里形成N+離子，在純氮的環(huán)境下進行解理時，解理后半導體激光器新鮮腔面懸掛鍵在N+離子作用下減少，把解理出的半導體激光器Bar條3裝入鍍膜專用夾具，然后迅速放入電子束蒸發(fā)真空鍍膜機行星_t ο2，氮離子深度鈍化，把真空鍍膜機用冷泵抽至高真空，開通氮氣源，通入流量40 至60sCCm，用IOOev到200ev范圍氮離子束轟擊半導體激光器腔面，鈍化溫度100至250°C， 在除去腔面的氧化物和腔面吸附的雜質同時，減小表面態(tài)缺陷，形成GaN鈍化層。3，氫離子去雜，關閉鍍膜機氮氣源，通入氫氣源，通入流量20至50SCCm，用80至 IOOev范圍H+離子束轟擊半導體激光器腔面，轟擊時間不少于6min，基體加熱溫度200°C以上，去除步驟2反應后殘留在腔面上無用As單質。4，用電子束蒸發(fā)離子輔助(IAD)沉積方法，在GaN鈍化層6進行光學厚度為半導體激光器激射中心波長四分之一增透膜5鍍制。5，專用夾具翻面后，用電子束蒸發(fā)離子輔助沉積方法，在另一面GaN鈍化層6進行低折射率介質膜7和高折射率介質膜8交替生長高反膜鍍制，低折射率膜7和高折射率介質膜8的光學厚度均為半導體激光器激射中心波長四分之一。本專利技術的優(yōu)點在于通過帶有離子源裝置新式真空解理機中通入保護氣體的做法， 最大限度避免傳統(tǒng)上在空氣中解理對半導體激光器腔面腐蝕和沾污，在真空解理新鮮腔面時，用氮離子源轟擊腔面，使得解理后腔面的懸掛鍵減少。而用氮離子進行腔面深層鈍化處理，有效避免了氧鈍化，硫鈍化，氫鈍化等傳統(tǒng)鈍化方式不足，有效地降低了半導體腔面非輻射復合，阻止腔面膜里的氧擴散到半導體激光器芯片材料里，提高半導體激光器的可靠性。附圖說明圖1 本專利技術通入離子源氣體真空解理半導體激光器示意圖；圖中1，解理機上離子源(N2), 2，帶離子源裝置新型真空解理機，3，解理后半導體激光器Bar條，4，解理臺。圖2 本專利技術半導體激光器氮鈍化及其增透膜和高反膜鍍制后示意圖；圖中5，增透膜，6，氮鈍化層(GaN)，7，低折射率高反膜，8，高折射率高反膜，9，半導體激光器前腔面，10，半導體激光器后腔面。具體實施例方式1，把激射波長為980nm的InGaAs/GaAs/AWaAs/半導體激光器放在帶有離子源裝置新型真空解理機2中解理臺4上，從離子源1通入高純氮氣，通入流量35sCCm，離子源能量80ev，在解理室里形成N+離子，在純氮的環(huán)境下進行解理時，解理后半導體激光器新鮮腔面懸掛鍵在N+離子作用下減少，把解理出的半導體激光器Bar條3裝入鍍膜專用夾具，然后迅速放入電子束蒸發(fā)真空鍍膜機行星式轉盤上。2，氮離子深鍍鈍化，把真空鍍膜機用抽至高真空，開通氮氣源，通入流量60SCCm， 用IOOev氮離子束轟擊半導體激光器腔面，鈍化溫度250°C，鈍化時間lOmin，在除去腔面的氧化物和腔面吸附的雜質同時，減小表面態(tài)缺陷，形成GaN鈍化層，此過程腔面主要進行的化學反應式為GaAs+N2 = 2GaN+As3，氫離子去雜，關閉鍍膜機氮氣源，通入氫氣源，通入流量40sCCm，用85ev低能H+ 離子束轟擊半導體激光器腔面，轟擊時間6min，基體溫度200°C，去除步驟(2)反應后殘留在腔面上無用As單質。2As+3H2 = AsH3 個4，用電子束蒸發(fā)離子輔助(IAD)沉積方法，在GaN鈍化層6進行光學厚度為半導體激光器激射中心波長四分之一增透膜5鍍制。5，專用夾具翻面后，用電子束蒸發(fā)離子輔助沉積方法，在另一面GaN鈍化層6進行低折射率介質膜7和高折射率介質膜8交替生長高反膜鍍制，低折射率膜7和高折射率介質膜8的光學厚度均為半導體激光器激射中心波長四分之一。6，將鍍膜后的半導體激光器放入合金爐進行退火處理，10秒由室溫升至600°C， 并保持此溫度2min，然后降到室溫后取出。7，退火后把半導體激光器Bar條，解理成單個管芯，在銅熱沉燒結封裝后進行測試，進行真空解理氮鈍化處理的激光器在電流為6A時仍沒有失效，而不進行腔面氮鈍化處理直接鍍膜的半導體激光器在5A時就已經(jīng)失效。8，對半導體激光器進行老化實驗，發(fā)現(xiàn)在鍍相同增透膜和相同高反膜條件下，進行本文所描述真空解理腔面氮鈍化的半導體激光器平均壽命為1500小時，而未進行真空解理腔面氮鈍化的半導體激光器平均壽命只有1000小時。在空氣中直接解理沒有進行氮鈍化處理的鍍膜半導體激光器和在真空解理機中通入離子源保護氣(N2)并且進行深度氮鈍化處理激光器相比較，由于腔面氮鈍化所形成的 GaN薄層在半導體芯片材料和腔面膜之間提供一個足夠高的勢壘，阻止腔面膜里的氧擴散到半導體激光器芯片材料里，從而使得進行腔面氮鈍化處理半導體激光器工作壽命明顯提高，退化速率明顯降低，有效提高了半導體激光器的可靠性。權利要求1. ，其特征在于，包含以下步驟(1)半導體激光器放在帶有離子源真空解理機中解理臺上，從離子源通入氮氣，通入流量20至40S本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：崔碧峰，陳京湘，計偉，郭偉玲，
申請(專利權)人：北京工業(yè)大學，
類型：發(fā)明
國別省市：