[發明專利]GaAs基高功率半導體激光器腔面鈍化處理方法及其鈍化液

在審

• 申請號: 202011110365.1
• 申請日: 2020-10-16
• 公開（公告）號: CN112831777A
• 公開（公告）日: 2021-05-25
• 發明（設計）人: 郭林煬;馬曉輝;王麗霞;鄒永剛;周正平;鐘志超;黃華睿
• 申請（專利權）人: 揚州工業職業技術學院
• 主分類號: C23C22/05
• 分類號: C23C22/05;C23C22/78;H01S5/028
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 鄒偉紅

本發明公開了一種GaAs基高功率半導體激光器腔面鈍化處理方法及其鈍化液，將單質Se加入（NH₄）₂S溶液中攪拌均勻，配成Se的飽和溶液，然后將該飽和溶液與叔丁醇以體積比1:1配置成所述鈍化液；其鈍化方法為：將所述激光器作預清洗處理；將預清洗后的激光器于所述鈍化液中進行鈍化處理。本發明中采用含Se鈍化液對激光器腔面鈍化效果明顯，可有效去除GaAs表面氧化成的同時獲得更穩定的鈍化效果。

技術領域

本發明涉及一種GaAs基高功率半導體激光器腔面鈍化液及其處理方法，屬于高功率半導體激光器腔面鈍化技術領域。

背景技術

高功率半導體激光器一直是半導體光電子技術領域的核心器件，在民用和軍事領域都有廣泛的應用。在高功率半導體激光器的研究領域，如何增加光輸出功率、提高可靠性和工作壽命一直是近些年的研究熱點。而災變性光學鏡面損傷（Catastrophic OpticalDegradation，即COD）嚴重影響著高功率半導體激光器最大輸出功率及其可靠性。由于半導體激光器處于高功率工作狀態時，激光器腔面吸收諧振腔內部較高的光輻射，使其溫度高于器件熔點，致使腔面發生熔化的一種災變性破壞，從而造成器件失效。

導致高功率半導體激光器產生COD現象因素有很多，其中一個重要原因是半導體激光器芯片在解理過程中，腔面處產生本征缺陷，即表面態。當激光器芯片未在超高真空下接理，腔面會迅速發生氧化反應，或吸收其他雜質，使得表面態密度增加，而這些表面態對應的在禁帶中引入附加能級，當注入電流時，其將成為載流子復活中心，使得載流子向腔面擴散。在光增益過程中，腔面積累的載流子會吸收光子能量，產生電子空穴對，導致非輻射符合的發生。

目前通過減少諧振腔表面態來降低非輻射復合速率的主要方法有：（1）真空解理或保護氣體解理法。該方法將激光器芯片處于高真空或在氮氣、氬氣等氣體環境下進行外延解理，然后加蓋鈍化膜，避免氧氣或其他雜質對腔面的污染，但該方法由于真空解理鍍膜設備復雜，價格昂貴，工藝難度高，無法進行大范圍推廣。（2）表面處理法。由于激光器芯片處于空氣中解理，碳和氧會污染激光器端面。氧作為深能級雜質，會造成器件發光效率的降低，同時氧還能夠形成雜質缺陷，導致缺陷位錯，假如激光器的工作環境為強電、強磁時，這些缺陷會迅速傳播至激光器內部，導致激光器失效；而碳沾染端面會改變端面反射率，造成功率輸出不穩。該方法主要使用（NH₄）₂S或Na₂S溶液對腔面進行處理，腔體經上述溶液處理后，生成的鈍化層較薄，在空氣中易受到氧侵蝕，從而導致鈍化失效，雖然有研究通過調整溶液酸堿度或進行后續退火處理來增加鈍化層厚度和穩定性，但并不適用于處理脆弱的激光器腔面。（3）非吸收窗口技術。該技術是在腔面附近通過特殊處理后，使得腔面處材料的禁帶寬度加寬，對應發射波長的腔面形成透明區，抑制腔面的光吸收，但該方法的缺陷在于二次外延生長工藝的技術難度大，重復性較差。由于上述方法都存在各自的缺點，如增加加工成本或工藝復雜，導致激光器成品率低，嚴重的限制了高功率半導體激光器技術的實際應用。

發明內容

為了解決傳統的半導體激光器鈍化存在著成本高、工藝復雜，或鈍化層厚度不足等缺點，本發明目的在于提供一種GaAs基高功率半導體激光器腔面鈍化處理方法，本發明采用新型鈍化溶液對半導體激光器腔面進行鈍化處理，達到降低表面態，改善發光性能的目的，同時降低了制備成本和工藝難度。

實現本發明目的的技術解決方案為：一種GaAs基高功率半導體激光器腔面鈍化液，將單質Se加入硫化銨（（NH₄）₂S）溶液中攪拌均勻，配成Se的飽和溶液，然后將該飽和溶液與叔丁醇（t-C₄H₁₀O）以體積比1:1配置成所述鈍化液。

較佳的，Se單質的純度為99.99%。

較佳的，硫化銨溶液的硫含量為8.5 wt%。

一種GaAs基高功率半導體激光器腔面鈍化處理方法，包括如下步驟：