專利名稱：F-p腔半導(dǎo)體激光器腔面鈍化的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及F-P腔半導(dǎo)體激光器腔面鈍化的方法，適合于GaAs基、InP基、GaN基和ZnO基F-P腔半導(dǎo)體激光器。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體激光器由于體積小，重量輕，波長范圍寬等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)、軍事、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，穩(wěn)定性和可靠性是使用激光器的前提條件。在半導(dǎo)體激光器的腔面處，光功率密度較高，缺陷密度較大，位錯(cuò)等缺陷將產(chǎn)生表面光吸收和非輻射復(fù)合，光吸收和非輻射復(fù)合產(chǎn)生的熱量使溫度升高，同時(shí)導(dǎo)致帶隙的局部熱收縮，而光吸收和非輻射復(fù)合會(huì)隨著溫度的升高而加劇，形成一個(gè)正反饋過程，從而導(dǎo)致光學(xué)災(zāi)變的發(fā)生，這對(duì)大功率激光器顯得尤為突出?，F(xiàn)有技術(shù)中，為了保護(hù)激光器的腔面，通常會(huì)對(duì)激光器腔面進(jìn)行鍍膜，把腔面從空氣中隔離，同時(shí)調(diào)節(jié)激光器的閾值和斜率效率。而普通的氧化物鍍層無法有效減小F-P腔半導(dǎo)體激光器腔面由于解理而出現(xiàn)的懸鍵和表面態(tài)，不利于減小激光器的腔面吸收，很容易導(dǎo)致激光器的腔面由于非輻射復(fù)合，溫度劇烈升高而損壞。為此，在腔面外延生長一層 ZnSe或ZnS寬禁帶半導(dǎo)體材料，作為鈍化層減少激光器腔面的懸鍵以及由此引起的光吸收，但由于ZnSe或ZnS寬禁帶半導(dǎo)體材料的寬度接近GaN、ZnO等的禁帶寬度，只適用于 GaAs基半導(dǎo)體激光器，無法適用于GaN基、ZnO基半導(dǎo)體激光器。

發(fā)明內(nèi)容
為了保護(hù)激光器的腔面，減小激光器的腔面吸收，增大激光器的輸出功率，本發(fā)明克服背景技術(shù)的不足，提供一種F-P腔半導(dǎo)體激光器腔面鈍化的方法。本發(fā)明提供的F-P腔半導(dǎo)體激光器腔面鈍化的方法，具體步驟是1.解理F-P腔脊型半導(dǎo)體激光器，得到激光器bar條；2.用氮等離子體清洗激光器bar條的前后腔面；3.將激光器bar條裝上鍍膜架，放入外延設(shè)備中，應(yīng)用磁控等離子體濺射、電子回旋共振等離子體濺射、M0CVD、HVPE、MBE、離子束輔助沉積、噴霧或者電子束蒸發(fā)的外延生長技術(shù)中的一種，在激光器的前后腔面外延生長一層保護(hù)膜，生長速率可控制在2nm/min至 5nm/min的范圍內(nèi)；其中所述的保護(hù)膜為一種耐高溫寬禁帶材料，耐高溫寬禁帶材料包括 A10N、SiA10N、金剛石、閃鋅礦A1N、纖鋅礦A1N、閃鋅礦BN、纖鋅礦BN、A1203以及Mg0、Ga203、 TiO2, CrO2, BeO 中的一種。4.應(yīng)用沉積或電子束蒸發(fā)的方法在激光器bar條的前腔面鍍一層SiO2增透膜，后腔面鍍高反膜；其中高反膜由6對(duì)單元依次層疊，每對(duì)單元由一層SiO2和一層&02組成，其光學(xué)厚度均為1/4的出射光波長，其中蒸鍍方法為電子束蒸發(fā)。5.用分割或解理的方法把激光器bar條分成單個(gè)激光器芯片或芯片陣列。 本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明是一種簡單易行的F-P腔半導(dǎo)體激光器腔面鈍化的方法。在F-P腔半導(dǎo)體激光器腔面外延生長的保護(hù)膜可以有效地減少激光器腔面處的懸鍵和表面態(tài)，抑制激光器腔面的光吸收；同時(shí)外延生長的薄膜為寬禁帶材料，對(duì)出射 光的吸收非常小，可以極大抑制激光器腔面處的光吸收和由此引起的溫度上升，減小激光器的激射閾值電流密度，提高半導(dǎo)體激光器的腔面光學(xué)災(zāi)變損傷閾值，增大激光器的輸出功率，提高激光器的穩(wěn)定性和可靠性。


圖1為本發(fā)明方法流程圖。圖2為脊型GaN基半導(dǎo)體激光器芯片的示意圖。圖3為解理后的半導(dǎo)體激光器bar條示意圖。圖4為腔面外延生長的寬禁帶半導(dǎo)體材料及鍍膜后的示意圖。圖5為解理后的單個(gè)激光器芯片的示意圖。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合附圖，結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。如附圖1所示，本發(fā)明方法主要包括以下步驟1、解理F-P腔半導(dǎo)體激光器，得到激光器bar條；2、用氮等離子體清洗激光器bar條的前后腔面；3、清洗完畢后，將激光器bar條裝上鍍膜架，放入外延設(shè)備中，在激光器前后腔面外延生長一層保護(hù)膜；4、保護(hù)膜生長完后，再將激光器bar條放入鍍膜機(jī)器中，在激光器bar條前腔面上蒸鍍或沉積增透膜，后腔面蒸鍍或沉積高反膜；5、用分割或解理的方法把激光器bar條分成單個(gè)激光器芯片或芯片陣列?；趫D1所述的F-P腔半導(dǎo)體激光器腔面鈍化的方法實(shí)施流程圖，下面結(jié)合圖2 至圖5來對(duì)本發(fā)明F-P腔半導(dǎo)體激光器腔面鈍化的方法進(jìn)一步詳細(xì)說明。實(shí)施例1本實(shí)施例采用脊型GaN基激光器。脊型GaN基激光器芯片的示意圖如附圖2所示， 激光器的有源區(qū)為InGaN/GaN多量子阱，芯片的上方為脊型1。本方法主要包括以下步驟1、解理F-P腔脊型GaN基半導(dǎo)體激光器，得到激光器bar條，激光器bar條示意圖如附圖3所示；2、用氮等離子體清洗激光器bar條的前后腔面；3、清洗完畢后，將激光器bar條裝上鍍膜架，放入磁控等離子體濺射系統(tǒng)中，在激光器的前后腔面外延生長一層AlON保護(hù)膜2，如附圖4所示。外延生長AlON保護(hù)膜2時(shí)， 控制其生長速率為2nm/min，不能太快，使外延AlON保護(hù)膜2生長在激光器腔面上，而不是沉積在激光器腔面上；4、保護(hù)膜生長完后，再將激光器bar條放入電子束蒸發(fā)系統(tǒng)中，在激光器bar條前腔面上蒸鍍一層SiO2增透膜3，后腔面蒸鍍高反膜4，如圖4所示；其中高反膜4由6對(duì)單元依次層疊，每對(duì)單元由一層SiO2和一層&02組成，其光學(xué)厚度均為1/4的出射光波長。
5、用分割或解理的方法把激光器bar條分成單個(gè)激光器芯片，如圖5所示。經(jīng)過上述步驟所得的激光器芯片，由于腔面外延生長了一層AlON保護(hù)膜2，使得腔面懸掛鍵減少，表面態(tài)減少，同時(shí)AlON禁帶寬度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于GaN，因此激光器腔面處的光吸收非常小，光損耗較小，溫升減弱，激光器的閾值電流密度減小，輸出功率增加，穩(wěn)定性得到增強(qiáng)。實(shí)施例2本實(shí)施例采用脊型GaN基激光器。脊型GaN基激光器芯片的示意圖如附圖2所示， 激光器的有源區(qū)為InGaN/GaN多量子阱，芯片的上方為脊型1。本方法主要包括以下步驟1、解理F-P腔脊型GaN基半導(dǎo)體激光器，得到激光器bar條，激光器bar條示意圖如附圖3所示；2、用氮等離子體清洗激光器bar條的前后腔面；3、清洗完畢后，將激光器bar條裝上鍍膜架，放入電子回旋共振等離子體濺射系統(tǒng)中，在激光器的前后腔面外延生長一層Al2O3保護(hù)膜2，如附圖4所示。外延生長Al2O3保護(hù)膜2時(shí)，控制其生長速率為4nm/min，不能太快，使外延Al2O3保護(hù)膜2生長在激光器腔面上，而不是沉積在激光器腔面上； 4、保護(hù)膜生長完后，再將激光器bar條放入電子束蒸發(fā)系統(tǒng)中，在激光器bar條前腔面上蒸鍍一層SiO2增透膜3，后腔面蒸鍍高反膜4，如圖4所示；其中高反膜4由6對(duì)單元依次層疊，每對(duì)單元由一層SiO2和一層&02組成，其光學(xué)厚度均為1/4的出射光波長。5、用分割或解理的方法把激光器bar條分成單個(gè)激光器芯片，如圖5所示。經(jīng)過上述步驟所得的激光器芯片，由于腔面外延生長了一層Al2O3保護(hù)膜2，使得腔面懸掛鍵減少，表面態(tài)減少，同時(shí)Al2O3禁帶寬度大于GaN，因此激光器腔面處的光吸收非常小，光損耗較小，溫升減弱，激光器的閾值電流密度減小，輸出功率增加，穩(wěn)定性得到增強(qiáng)。實(shí)施例3本實(shí)施例采用脊型GaN基激光器。脊型GaN基激光器芯片的示意圖如附圖2所示， 激光器的有源區(qū)為InGaN/GaN多量子阱，芯片的上方為脊型1。本方法主要包括以下步驟1、解理F-P腔脊型GaN基半導(dǎo)體激光器，得到激光器bar條，激光器bar條示意圖如附圖3所示；2、用氮等離子體清洗激光器bar條的前后腔面；3、清洗完畢后，將激光器bar條裝上鍍膜架，放入MOCVD外延設(shè)備中，在激光器的前后腔面外延生長一層SiAlON保護(hù)膜2，如附圖4所示。外延生長SiAlON保護(hù)膜2時(shí)，控制其生長速率為5nm/min，不能太快，使外延SiAlON保護(hù)膜2生長在激光器腔面上，而不是沉積在激光器腔面上；4、保護(hù)膜生長完后，再將激光器bar條放入電子束蒸發(fā)系統(tǒng)中，在激光器bar條前腔面上蒸鍍一層SiO2增透膜3，后腔面蒸鍍高反膜4，如圖4所示；其中高反膜4由6對(duì)單元依次層疊，每對(duì)單元由一層SiO2和一層&02組成，其光學(xué)厚度均為1/4的出射光波長。5、用分割或解理的方法把激光器bar條分成單個(gè)激光器芯片，如圖5所示。
經(jīng)過上述步驟所得的激光器芯片，由于腔面外延生長了一層SiAlON保護(hù)膜2，使得腔面懸掛鍵減少，表面態(tài)減少，同時(shí)SiAlON禁帶寬度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于GaN，因此激光器腔面處的光吸收非常小，光損耗較小，溫升減弱，激光器的閾值電流密度減小，輸出功率增加，穩(wěn)定性得到增強(qiáng)。步驟3中， 生長保護(hù)膜的外延技術(shù)除本發(fā)明實(shí)施例1、本發(fā)明實(shí)施例2和本發(fā)明實(shí)施例3中分別所述的磁控等離子體濺射、電子回旋共振等離子體濺射和MOCVD外延方法外， 還可以是HVPE、MBE、離子束輔助沉積、噴霧或者電子束蒸發(fā)中的一種；生長的保護(hù)膜的材料為耐高溫寬禁帶材料。除本發(fā)明實(shí)施例1、本發(fā)明實(shí)施例2和本發(fā)明實(shí)施例3中分別所述的A10N、A1203和SiAlON外，還可以為金剛石、閃鋅礦A1N、纖鋅礦A1N、閃鋅礦BN、纖鋅礦 BN以及Mg0、Ga203、Ti02、Cr02、Be0中的一種，所以在此不再增加實(shí)施例進(jìn)行贅述。
權(quán)利要求
1.一種F-P腔半導(dǎo)體激光器腔面鈍化的方法，其特征在于，包括以下步驟(1)解理F-P腔半導(dǎo)體激光器，得到激光器bar條；(2)用氮等離子體清洗激光器bar條的前后腔面；(3)應(yīng)用外延生長技術(shù)在激光器的前后腔面外延生長一層保護(hù)膜；(4)在激光器bar條前腔面上蒸鍍或沉積增透膜，后腔面蒸鍍或沉積高反膜；(5)用分割或解理的方法把激光器bar條分成單個(gè)激光器芯片或芯片陣列。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的F-P腔半導(dǎo)體激光器腔面鈍化的方法，其特征在于F-P腔半導(dǎo)體激光器為脊型半導(dǎo)體激光器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的F-P腔半導(dǎo)體激光器腔面鈍化的方法，其特征在于步驟3中所述的外延生長技術(shù)是指等離子體濺射、MOCVD、HVPE、MBE、離子束輔助沉積、噴霧或者電子束蒸發(fā)中的一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的F-P腔半導(dǎo)體激光器腔面鈍化的方法，其特征在于等離子體濺射包括磁控等離子體濺射、電子回旋共振等離子體濺射。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的F-P腔半導(dǎo)體激光器腔面鈍化的方法，其特征在于步驟3中所述的保護(hù)膜為一種耐高溫寬禁帶材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的F-P腔半導(dǎo)體激光器腔面鈍化的方法，其特征在于所述的耐高溫寬禁帶材料包括A10N、SiAlON、金剛石、閃鋅礦A1N、纖鋅礦A1N、閃鋅礦BN、纖鋅礦 BN、Al2O3 以及 MgO、Ga2O3、TiO2、CrO2、BeO 中的一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的F-P腔半導(dǎo)體激光器腔面鈍化的方法，其特征在于步驟3中所述的保護(hù)膜的生長速率控制在2nm/min至5nm/min范圍內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的F-P腔半導(dǎo)體激光器腔面鈍化的方法，其特征在于步驟4中所述的蒸鍍方法為電子束蒸發(fā)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的F-P腔半導(dǎo)體激光器腔面鈍化的方法，其特征在于，步驟4中所述的在激光器bar條前腔面上蒸鍍或沉積的增透膜為一層Si02。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的F-P腔半導(dǎo)體激光器腔面鈍化的方法，其特征在于步驟4 中所述的在激光器bar條后腔面上蒸鍍或沉積的高反膜，由6對(duì)單元依次層疊，每對(duì)單元由一層SiO2和一層&02組成，其光學(xué)厚度均為1/4的出射光波長。
全文摘要
一種F-P腔半導(dǎo)體激光器腔面鈍化的方法，包括以下步驟1、解理F-P腔半導(dǎo)體激光器，得到激光器bar條；2、用氮等離子體清洗激光器bar條的前后腔面；3、應(yīng)用外延生長技術(shù)在激光器的前后腔面外延生長一層保護(hù)膜；4、在激光器bar條前腔面上蒸鍍或沉積增透膜，后腔面蒸鍍或沉積高反膜；5、用分割或解理的方法把激光器bar條分成單個(gè)激光器芯片或芯片陣列。本發(fā)明可以有效地減少激光器腔面處的懸鍵和表面態(tài)，抑制激光器腔面的光吸收；同時(shí)外延生長的薄膜為寬禁帶材料，對(duì)出射光的吸收非常小，可以極大抑制激光器腔面處的光吸收和由此引起的溫度上升，提高激光器的穩(wěn)定性和可靠性。
文檔編號(hào)C23C14/35GK102299479SQ20111019826
公開日2011年12月28日 申請(qǐng)日期2011年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月15日
發(fā)明者馮美鑫, 劉建平, 張書明, 曾暢, 李增成, 楊輝, 王懷兵, 王輝 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所