[發明專利]具有高度致密鈍化層半導體激光器的制備方法

無效

• 申請號: 201210075605.8
• 申請日: 2012-03-21
• 公開（公告）號: CN102570286A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 鄭鋼;李弋;高松信;武德勇
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院應用電子學研究所
• 主分類號: H01S5/02
• 分類號: H01S5/02;H01S5/028
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 卿誠;吳彥峰

技術領域

本發明屬于光電技術領域，具體涉及一種半導體激光器，特別是具有高度致密的鈍化層半導體激光器的制備方法。

背景技術

半導體激光器（DL）是近年來激光器發展的一個重要方向，由于其體積小，功率高，壽命長等特點，在醫療、工農業加工以及軍事領域中的激光武器、測距、制導、探潛等方面具有極其廣闊的應用前景。DL的功率和壽命是衡量其性能的重要指標，目前腔面光學災變現象是限制高功率DL功率和壽命提高的一個關鍵因素。為了防止腔面光學災變的發生，從上世紀70年代開始各個公司與科研單位的眾多研究人員進行了多種方法的探索。目前各單位主要使用的抗腔面光學災變的技術包括以下幾類：

1?腔面鈍化處理技術。在上世紀80年代至90年代，為了解決腔面光學災變問題，多個科研小組提出了腔面鈍化處理技術。1983年美國的P.?L.?Buchmann等人就申請了相關的專利，1996年德國費迪南德布勞恩學院的G.?Beister等人提出用硫化銨進行腔面處理，其操作方法是首先在大氣中將芯片解理，然后浸泡在硫化銨等鈍化溶液中，溶液中的鈍化物質會填充到激光器腔面的懸掛鍵上，穩定腔面結構從而達到提高腔面損傷閾值的目的。2006年北京工業大學的研究小組也發表了類似工作。

2?腔面鈍化薄膜技術。早在1996年摩爾多瓦科技大學的A.V.?Syrbu等人就提出使用ZnSe做為鈍化薄膜提高半導體激光器的輸出功率，近年來越來越多的報道提出了包括ZnSe、Si、Si₃N₄在內的鈍化薄膜制備方法，2009年和2010年中電十三所和中科院長春光機所分別報道了利用Si和ZnSe制備鈍化薄膜的實驗結果。鈍化薄膜的制備目前主要是通過離子輔助電子束蒸發的方法實現的，在沉積鈍化薄膜之前，激光器的腔面需要經過清洗去除表面氧化物，一般采取低能離子轟擊的方式。

3?超高真空解理技術。此技術與腔面鈍化薄膜技術的結合進一步的提高了腔面抗腔面光學災變的能力。將半導體激光器芯片在超高真空中解理開后原位沉積鈍化薄膜可以防止空氣中氧氣對腔面的氧化損傷，而且可以省略制備鈍化薄膜前的清洗步驟，從而防止清洗步驟對腔面的損傷，這在最大限度上保護了腔面結構的完好。1996年，美國波士頓大學的Schubert等人提出了真空解理鍍鈍化薄膜的方法，隨著實驗技術的不斷發展，該技術也逐漸成熟，2011年以色列的Dan?Yanson等人報道了超高真空解理的實驗結果，單出光單元的功率可以達到12W，壽命超過1000小時。

4?非輻射吸收窗口技術。該技術是通過在激光器腔面二次外延生長或摻雜擴散的方法制備一層寬禁帶半導體材料，其目的是減少光子在此區域的輻射吸收，降低腔面的溫度。2009年中科院半導體所的研究小組報道了利用擴散Zn原子制備非輻射吸收窗口的半導體激光器實驗結果，其測試結果表明非輻射吸收窗口能夠提高激光器的功率。

除上述技術之外，還有一些其他的腔面處理技術，包括低應力高反射/增透光學薄膜制備技術，腔面清洗技術等。雖然上述方法能在一定程度上解決腔面光學災變問題，但是（請敘述上述解決方案的缺點）。

發明內容

本發明的目的在于在于克服上述現有技術的不足，提供一種半導體激光器腔面鈍化的方法，采用這種方法可以比現有鈍化方法更好的阻擋其他原子穿過鈍化薄膜進入腔面材料中，從而提高腔面損傷閾值，提高半導體激光器的功率與壽命。

本發明的解決方案是：一種具有高度致密鈍化層半導體激光器的制備方法，其特點是包括以下步驟：

A、在襯底上依次外延生長下金屬化層，下限制層，下波導層，下過渡層，量子阱層，上過渡層，上波導層，上限制層，上金屬化層，然后制備金屬電極；

B、沿芯片邊緣線解理后，在半導體激光器前后腔面上通過原子層沉積方法沉積一層高度致密的鈍化層，然后在前腔面的鈍化層上沉積增透膜，在后腔面的鈍化層上沉積高反射膜；

C、芯片焊接到熱沉，壓焊電極引線。

本發明中，由于采用原子層沉積方法在前后腔面沉積一層高度致密的鈍化層，這種鈍化層高度致密，因此高度致密的鈍化層比現有鈍化方法更加有效的阻擋其它原子通過鈍化層進入到腔面材料中，從而防止腔面光學災變，提高腔面損傷閾值，提高半導體激光器的功率與壽命。