[發明專利]一種真空解理大功率半導體激光器腔面氮鈍化方法

無效

• 申請號: 201210009274.8
• 申請日: 2012-01-12
• 公開（公告）號: CN102570294A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 崔碧峰;陳京湘;計偉;郭偉玲
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: H01S5/028
• 分類號: H01S5/028
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

技術領域

一種真空解理大功率半導體激光器腔面氮鈍化方法，屬于半導體光電子技術領域，涉及半導體激光器鍍膜。

背景技術

大功率半導體激光器具有全固態，體積小，重量輕，長壽命，高效率，可靠性高，可調制，可穩定低壓運轉等特點，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，在未來工業發展中占著舉足輕重的作用。

半導體激光器在生產和使用中，其光學元件部分會出現退化現象。退化現象會影響半導體激光器的壽命和使用的穩定性。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。按照位置分為發生在晶體外部退化叫做外部退化，發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，產生原因是：在外部工作環境影響下，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，且鈍化易產生不穩定的物質；而氮鈍化則較好的克服了以上幾種鈍化方法缺點。

發明內容

本發明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。

本發明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100ev，在解理室里形成N⁺離子，在純氮的環境下進行解理時，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真空鍍膜機行星式轉盤上。

2，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100ev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℃，在除去腔面的氧化物和腔面吸附的雜質同時，減小表面態缺陷，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100ev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℃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。

本發明的優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：本發明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。