一種半導(dǎo)體激光器腔面鈍化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種GaAs半導(dǎo)體激光器腔面鈍化方法，屬于激光技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]GaAs基半導(dǎo)體激光器具有工作閾值低、電光效率高等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為高功率半導(dǎo)體激光器的主要發(fā)展方向。GaAs基高功率半導(dǎo)體激光器的寬面積單條形器件的輸出功率已經(jīng)達(dá)到20W以上，高填充因子的巴條激光器輸出峰值功率已經(jīng)高達(dá)1000W以上。但是，由于激光器的腔面在高功率工作時(shí)極易由于表面氧化而造成腔面局部過(guò)熱，導(dǎo)致激光器的快速失效，嚴(yán)重影響了 GaAs基半導(dǎo)體激光器的高功率可靠工作。因此，GaAs基半導(dǎo)體激光器的腔面鈍化已經(jīng)成為該類激光器技術(shù)發(fā)展的重要瓶徑。通常，該類激光器的腔面鈍化主要采用鍍膜方法進(jìn)行腔面保護(hù)，如在激光器腔面上采用熱蒸發(fā)、電子束蒸發(fā)或?yàn)R射制備A1203、A1N、ZnS等薄膜，對(duì)GaAs基激光器腔面進(jìn)行鈍化處理。由于該類方法是在激光器腔面上覆蓋一層分立的保護(hù)膜，保護(hù)膜的致密性受到物理沉積工藝的限制，激光器工作時(shí)環(huán)境氣氛中的氧仍然可以透過(guò)薄膜進(jìn)一步氧化腔面內(nèi)部晶體結(jié)構(gòu)。而且明顯存在的界面缺陷仍然對(duì)激光器腔面工作的穩(wěn)定性造成嚴(yán)重影響。另外，也有采用射頻或直流等離子放電方法鈍化半導(dǎo)體光電子器件的報(bào)道，但由于高能離子對(duì)器件會(huì)造成明顯的損傷，其鈍化效果也受到限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，見(jiàn)附圖所示，將裸露腔面的GaAs基半導(dǎo)體激光器芯片5放置于鈍化腔體內(nèi)的樣品臺(tái)9上，鈍化腔體內(nèi)充入鈍化氣體，短波長(zhǎng)的激光束6通過(guò)鈍化腔體上的入射窗口 7照射到樣品臺(tái)9上，樣品臺(tái)9加溫至一固定溫度。在激光器芯片5附近的鈍化氣體分子4在短波長(zhǎng)激光束6的照射下形成離化氣體分子8，在一定的溫度條件下與激光器腔面處的材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成具有保護(hù)作用的表面層2。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)效果在于，所生成表面層2具有高化學(xué)穩(wěn)定性、高致密性，不易于與激光器工作時(shí)環(huán)境氣氛中的氧發(fā)生反應(yīng)，環(huán)境氣氛中的氧也難以透過(guò)該表面層2而進(jìn)一步氧化激光器腔面的內(nèi)部晶體結(jié)構(gòu)，同時(shí)表面層2是通過(guò)激光器腔面的表面化學(xué)反應(yīng)形成的，其與腔面的內(nèi)部晶體結(jié)構(gòu)不存在明顯的界面，避免了傳統(tǒng)鈍化工藝中難以清除的界面缺陷，從而有效改善GaAs基半導(dǎo)體激光器的腔面鈍化效果。
【附圖說(shuō)明】
[0005]圖1為鈍化實(shí)施裝置示意圖，3為鈍化氣體入口，4為鈍化氣體分子，5為激光器芯片，6為短波長(zhǎng)激光束，7為入射窗口，8為離化氣體分子，9為樣品臺(tái)，10為排氣口。
[0006]圖2為激光器芯片示意圖，I為芯片有源區(qū)，2為芯片腔面的表面層。
【具體實(shí)施方式】
[0007]如附圖所示，將裸露腔面的GaAs基半導(dǎo)體激光器芯片5放置于鈍化腔體內(nèi)的樣品臺(tái)9上，鈍化腔體內(nèi)充入鈍化氣體，短波長(zhǎng)的激光束6通過(guò)鈍化腔體上的入射窗口照射到樣品臺(tái)9上，樣品臺(tái)9加溫至一固定溫度。在激光器芯片5附近的鈍化氣體分子4在短波長(zhǎng)激光束6的照射下形成離化氣體分子8，在一定的溫度條件下與激光器腔面處的材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成具有保護(hù)作用的表面層2，從而有效改善GaAs基半導(dǎo)體激光器腔面在高功率下的工作穩(wěn)定性。
[0008]下面結(jié)合實(shí)例說(shuō)明本發(fā)明，將解理好的980nm波長(zhǎng)GaAs基半導(dǎo)體激光器芯片裸露腔面放置于鈍化腔體內(nèi)的樣品臺(tái)9上，鈍化腔體內(nèi)充入5%的高純(99.999%)NH3/N2鈍化氣體，流量5SCCm，并通過(guò)排氣口 10抽氣排出，然后將樣品臺(tái)9的溫度由室溫升至300±5°C并保持穩(wěn)定，激光器芯片鈍化處理前通氣30分鐘。將功率200mW、直徑為20mm的266nm波長(zhǎng)激光束6通過(guò)鈍化腔體上的入射窗口 7照射到樣品臺(tái)9上的激光器芯片5，照射時(shí)間持續(xù)20分鐘，在激光器腔面形成厚度約10_20nm的氮化物層，腔面的砷原子與離化氫離子反應(yīng)生成揮發(fā)性氣體脫離激光器芯片的腔面。生成的表面氮化物層相對(duì)原始的含砷表面化學(xué)穩(wěn)定性好、結(jié)構(gòu)致密、光吸收弱，可用于制備高功率半導(dǎo)體激光器芯片，使芯片的腔面損傷閾值達(dá)到30MW/cm2以上。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種半導(dǎo)體激光器腔面鈍化方法，其特征在于，采用短波長(zhǎng)激光(6)激發(fā)鈍化氣體分子(4)離化，在較低的溫度條件下使鈍化氣體與GaAs半導(dǎo)體激光器腔面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成具有高化學(xué)穩(wěn)定性的表面層(2)，該表面層(2)對(duì)GaAs半導(dǎo)體激光器腔面的內(nèi)部結(jié)構(gòu)起到保護(hù)作用，從而改善GaAs半導(dǎo)體激光器腔面在環(huán)境氣氛中高功率工作的可靠性。
【專利摘要】一種半導(dǎo)體激光器腔面鈍化方法，屬于激光技術(shù)領(lǐng)域。該領(lǐng)域已知技術(shù)難以有效滿足高功率半導(dǎo)體激光器腔面鈍化的技術(shù)要求，使半導(dǎo)體激光器在高功率條件下的工作穩(wěn)定性受到限制。本發(fā)明采用短波激光激發(fā)鈍化氣體分子離化，在較低的溫度條件下使鈍化氣體與GaAs半導(dǎo)體激光器腔面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成具有高化學(xué)穩(wěn)定性的表面層，該表面層對(duì)GaAs半導(dǎo)體激光器腔面的內(nèi)部結(jié)構(gòu)起到保護(hù)作用，從而改善GaAs半導(dǎo)體激光器腔面在環(huán)境氣氛中高功率工作的可靠性。該方法可應(yīng)用于各類GaAs基高功率半導(dǎo)體激光器的制造。
【IPC分類】H01S5/028
【公開(kāi)號(hào)】CN105633793
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610184071
【發(fā)明人】高欣, 薄報(bào)學(xué), 喬忠良, 張晶, 李占國(guó), 李輝, 李特, 曲軼
【申請(qǐng)人】長(zhǎng)春理工大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年6月1日
【申請(qǐng)日】2016年3月28日