[發(fā)明專利]一種半導(dǎo)體激光器材料鈍化方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201810028476.4
• 申請日: 2018-01-12
• 公開（公告）號: CN108288816A
• 公開（公告）日: 2018-07-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 魏志鵬;方鉉;唐吉龍;賈慧民;房丹;李浩林;李如雪;郝永琴;王曉華;馬曉輝
• 申請（專利權(quán)）人: 長春理工大學(xué)
• 主分類號: H01S5/028
• 分類號: H01S5/028
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明公開了一種半導(dǎo)體激光器材料鈍化方法。該方法適用于對半導(dǎo)體激光器諧振腔腔面材料進行鈍化處理，具體包括用離子束對半導(dǎo)體激光器諧振腔腔面材料進行轟擊清洗和采用ALD技術(shù)對半導(dǎo)體激光器諧振腔腔面沉積AlN鈍化層實現(xiàn)。本發(fā)明公開的這種半導(dǎo)體激光器材料鈍化方法，在真空環(huán)境中用離子束轟擊諧振腔表面后有效去除腔面的氧化層、腔面污染、表面態(tài)、表面材料位錯、表面材料的懸掛鍵，獲得潔凈的半導(dǎo)體激光器諧振腔腔面，在等離子體輔助條件下實現(xiàn)ALD裝置中低溫沉積獲得AlN鈍化層對諧振腔腔面進行保護。本發(fā)明公開的這種方法通過對諧振腔腔面進行工藝處理，提高了半導(dǎo)體激光器的腔面損傷閾值，實現(xiàn)器件的輸出功率、壽命和性能穩(wěn)定性的提高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體激光器領(lǐng)域，特別涉及一種半導(dǎo)體激光器制備工藝，具體涉及半導(dǎo)體激光器諧振腔腔面材料表面鈍化工藝，該工藝在半導(dǎo)體激光器諧振腔表面材料鈍化過程中結(jié)合離子轟擊和原子層沉積技術(shù)在真空環(huán)境中進行，有效降低半導(dǎo)體激光器諧振腔腔面材料的表面態(tài)密度和非輻射復(fù)合中心，提高半導(dǎo)體激光器器件發(fā)光效率、激光輸出功率和激光器器件壽命。

背景技術(shù)

半導(dǎo)體激光器具有體積小、重量輕、壽命長、成本低、易于大量生產(chǎn)等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于整個光電子學(xué)領(lǐng)域，已成為當(dāng)今光電子科學(xué)領(lǐng)域的核心器件。在半導(dǎo)體激光器實際應(yīng)用中，高亮度大功率的半導(dǎo)體激光器可作為固體激光器和光纖激光器的理想泵浦源，在材料加工、自由空間通訊、醫(yī)療等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。隨著半導(dǎo)體激光器應(yīng)用越來越廣泛，對半導(dǎo)體激光器器件激光輸出的功率、壽命及輸出激光穩(wěn)定性要求越來越嚴(yán)格，并已成為限制半導(dǎo)體激光器應(yīng)用的重要影響因素。

在半導(dǎo)體激光器器件中，半導(dǎo)體激光器的諧振腔是一個重要組成部分，由自然解理面構(gòu)成，因此，解理面對于半導(dǎo)體激光器的可靠性有著重要的影響。在進行到解理激光器Bar條工藝獲得的Bar條的端面即為半導(dǎo)體激光器諧振腔的腔面，在半導(dǎo)體激光器諧振腔腔面的材料，材料的晶體周期性被破壞從而產(chǎn)生很多懸鍵，使得晶體表面存在了很多缺陷能級。另外，表面吸附的氧，位錯，表面殘留物和污染都會在原有的帶隙中引入新的缺陷能級，這些都會在端面形成復(fù)合中心。同時，當(dāng)半導(dǎo)體激光器芯片在空氣中解理時，新解理出來的腔面很容易與空氣中的氧原子或是其他雜質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，進而產(chǎn)生氧化或是其他污染，并且半導(dǎo)體激光器腔面長時間暴露在空氣中也極易產(chǎn)生腔面污染，造成表面態(tài)的生成。III-V族化合物半導(dǎo)體材料暴露在空氣中時，由于其表面復(fù)雜的氧化層的形成，和其他污染物的存在，形成大量的表面態(tài)，造成半導(dǎo)體激光器腔面非輻射復(fù)合中心的形成，影響半導(dǎo)體激光器器件特性。研究表明，清除掉表面吸附的氧，表面殘留和污染并進行表面鈍化，可以極大降低表面復(fù)合中心的存在，從而提高半導(dǎo)體激光器的輸出性能與壽命。

在現(xiàn)有半導(dǎo)體激光器器件制備工藝中，通常會存在Bar條解理面存在被氧化、表面殘留物和表面污染的問題，造成這個問題的主要原因是在進行解理外延片時所處的真空環(huán)境較差，從而造成半導(dǎo)體激光器的腔面損傷閾值低，而半導(dǎo)體激光器的腔面損傷閾值是影響半導(dǎo)體激光器輸出功率和壽命的重要影響因素，因此，對半導(dǎo)體激光器諧振腔腔面進行有效的工藝處理可有效提高半導(dǎo)體激光器的激光輸出功率，提高半導(dǎo)體激光器的壽命和器件性能的穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出一種半導(dǎo)體激光器材料鈍化方法，這種方法提出一種對半導(dǎo)體激光器諧振腔腔面進行有效處理的裝置，這種裝置包括離子束轟擊清洗處理部分和原子層沉積鍍膜部分，并且這兩部分均可以提供較好的真空環(huán)境，所述本發(fā)明所提出方法在將半導(dǎo)體激光器外延片進行解理獲得Bar條后，在半導(dǎo)體激光器諧振腔腔面處理裝置中對Bar條端面(即半導(dǎo)體激光器諧振腔前面)進行離子轟擊達到對端面氧化物、表面殘留物和其他污染進行清洗，處理環(huán)境處于真空環(huán)境，該處理方法降低了半導(dǎo)體激光器諧振腔腔面材料的表面態(tài)密度和非輻射復(fù)合中心，然后保持在真空環(huán)境中采用原子層沉積設(shè)備(ALD)對半導(dǎo)體激光器諧振腔腔面沉積1nm～10nm的鈍化層，實現(xiàn)半導(dǎo)體激光器諧振腔腔面材料與外界環(huán)境隔絕減少氧和碳的污染，達到對半導(dǎo)體激光器諧振腔腔面保護的目的。通過對半導(dǎo)體激光器諧振腔腔面進行工藝處理，可提高半導(dǎo)體激光器的COD水平，進而提高半導(dǎo)體激光器器件的輸出功率、器件的壽命和器件性能的穩(wěn)定性。