[發明專利]一種檢測擴散Zn半導體激光器窗口區Zn擴散程度的方法及其實現裝置

有效

• 申請號: 201410722429.1
• 申請日: 2014-12-02
• 公開（公告）號: CN105720480B
• 公開（公告）日: 2018-08-28
• 發明（設計）人: 朱振;徐現剛;張新;蘇建
• 申請（專利權）人: 山東華光光電子股份有限公司
• 主分類號: H01S5/34
• 分類號: H01S5/34
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 呂利敏

本發明涉及一種檢測擴散Zn半導體激光器窗口區Zn擴散程度的方法，具體步驟包括：A、測定擴散Zn半導體激光器IV曲線中電流值對應的電壓V；B、測定不擴散Zn且無其他電流旁路的半導體激光器I₁V₁曲線中電流值對應的開啟電壓Von；C、V和開啟電壓Von判定Zn擴散程度，如果Von?0.05≤V≤Von，則認定Zn還未進入所述有源區或者剛進入所述有源區，量子阱混雜程度不夠，Zn擴散程度不足；如果Von?0.15≤V＜Von?0.05，則認定Zn擴散程度恰好；如果V＜Von?0.15，則認定Zn進入下限制層，Zn擴散程度較重，對其器件性能產生影響。本發明有效檢測Zn擴散程度，保證量子阱充分混雜，提高半導體激光器的長期可靠性；避免Zn雜質過多進入下限制層，避免影響增益區的電流分布。

技術領域

本發明涉及一種檢測擴散Zn半導體激光器窗口區Zn擴散程度的方法及其實現裝置，屬于半導體激光器檢測技術領域。

背景技術

大功率半導體激光器由于體積小、耗能低、易于組裝集成等優點，受到人們廣泛關注，并且被應用到光存儲、光通信、紅外照明、激光加工、泵浦固體激光器等方面。增加半導體激光器的輸出功率、提高半導體激光器長期工作的可靠性一直都是大功率半導體激光器研究的重點。近年來，單管半導體激光器連續輸出功率下可以穩定工作在瓦級以上，脈沖電流驅動下的半導體激光器陣列的峰值功率也達到了數千瓦。

限制半導體激光器功率輸出的主要因素為：激光器工作時產生的焦耳熱導致器件結溫升高，使得半導體激光器的性能惡化；激光器腔面光功率密度過高使得腔面溫度升高，導致腔面燒毀，即產生災變性光學損傷COD。對于前者，可以通過優化材料生長工藝及器件結構降低半導體激光器的閾值電流及工作電壓，并且提高半導體激光器的微分量子效率，從而提高半導體激光器的功率轉換效率，減少焦耳熱的產生，改善半導體激光器的溫度特性。造成腔面產生災變性光學損傷COD的直接原因是腔面溫度過高而燒毀，這是一個不可逆轉的損毀過程，是導致半導體激光器失效的主要因素。半導體激光器的腔面一般為自然解理面，含有較多缺陷，載流子非輻射復合產生大量熱，導致腔面溫度升高。并且腔面位置處往往散熱不好，使得積累的熱量不易散發出去。高溫導致腔面處的材料帶隙收縮，使得載流子向此處擴散聚集，加重了腔面的非輻射復合及光吸收，導致溫度繼續升高。這種正反饋過程最終會使半導體激光器的腔面溫度快速升高而瞬間燒毀。

提高半導體激光器的功率轉換效率，降低焦耳熱的產生；增大光腔減小半導體激光器的腔面光功率密度；腔面鈍化技術減少腔面處的非輻射復合中心；透明窗口技術增大腔面處材料的帶隙。對于紅光半導體激光器來說，其激射波長較短，光子能量更高，因此它的災變性光學損傷COD功率要比紅外光半導體激光器低很多。在制作大功率紅光半導體激光器時，非吸收窗口是必須使用的一項技術。利用Zn擴散誘導量子阱混雜形成非吸收窗口的工藝比較簡單且成本較低，是紅光半導體激光器中最常使用的非吸收窗口技術。

中國專利文獻CN103368072A公開了一種對紅光半導體激光器進行Zn擴散的方法。利用MOCVD設備，將激光器放入反應室中，反應室升溫至200℃～350℃時通AsH3，當溫度達到400℃時再通入二甲基鋅進行腔面擴散，當溫度升至450℃～650℃保持20min～70min，在15min～30min內降溫至150℃～300℃進行退火；當反應室溫度下降至100℃以下時，Zn擴散完畢。

中國專利文獻CN1877935A公布了一種適合于大批量生產的激光器COD消除方法，根據量子阱混雜原理，利用鋅原子在Ⅲ－Ⅴ族半導體化合物的擴散誘導Ⅲ族元素或Ⅴ族元素互擴，從而產生量子阱混雜現象，即通過金屬有機化學氣相沉積的方法生長一層ZnO薄膜，然后通過開管擴散的方式使Zn原子選擇性的進入窗口區的有源區。

上述兩篇專利存在以下缺陷：Zn原子對于III-V族半導體材料來說是一種受主雜質，在對半導體激光器的窗口區進行Zn擴散時，如果對擴散的溫度和時間把握不好，Zn側向擴散嚴重會減小增益區的面積并且產生光吸收，影響半導體激光器的性能。