一种半导体激光器的镀膜方法及半导体激光器
阅读：185发布：2020-05-25
专利汇可以提供一种半导体激光器的镀膜方法及半导体激光器专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供一种 半导体 激光器 的 镀 膜 方法及半导体激光器，该半导体激光器的镀膜方法包括：对半导体激光器芯片的表面进行解理形成解理面；通过 电子 回旋 等离子体 清洗解理面；在解理面上形成 钝化 层。通过 电子回旋共振 等离子体对解理面进行清洗时，无需对激光器芯片进行高温加热，从而避免了因 温度 高导致的激光器芯片 电极 退化、效率降低的问题，并且由于电子回旋共振等离子体的 能量 低，对半导体激光器的解理面进行 正面 轰击也不会对解理面造成损伤。因此通过该半导体激光器的镀膜方法对半导体激光器加工，既可以抑制半导体激光器出光腔面的灾变式的光学损伤，也不会在镀膜过程中对激光器造成电极退化、效率降低、解理面损伤等负面影响。，下面是一种半导体激光器的镀膜方法及半导体激光器专利的具体信息内容。
1.一种半导体激光器的镀膜方法，其特征在于，包括：
对半导体激光器芯片的表面进行解理形成解理面；
通过电子回旋等离子体清洗所述解理面；
在所述解理面上形成钝化层。
2.根据权利要求1所述的半导体激光器的镀膜方法，其特征在于，在所述对半导体激光器芯片的表面进行解理形成解理面的步骤之后，所述通过电子回旋等离子体清洗所述解理面的步骤之前，还包括：
将解理后的半导体激光器芯片放置在真空环境中；
对所述半导体激光器芯片的加热温度为50℃-200℃。
3.根据权利要求1所述的半导体激光器的镀膜方法，其特征在于，所述通过电子回旋等离子体清洗所述解理面，包括：
通过电子回旋等离子氢或等离子氩清洗所述解理面。
4.根据权利要求1所述的半导体激光器的镀膜方法，其特征在于，所述在所述解理面上形成钝化层，包括：
在700℃-1000℃的温度下，通过分子束外延生长技术在所述解理面上进行镀膜沉积，形成钝化层。
5.根据权利要求4所述的半导体激光器的镀膜方法，其特征在于，
进行镀膜沉积的镀膜材料为非氧化物钝化材料，所述钝化层的厚度为10-100nm。
6.根据权利要求1-5任一项所述的半导体激光器的镀膜方法，其特征在于，在所述在所述解理面上形成钝化层的步骤之后，还包括：
在所述钝化层上形成镀膜层。
7.一种半导体激光器，其特征在于，包括：
半导体激光器芯片；
钝化层，通过如权利要求1-6中任一项所述的半导体激光器的镀膜方法形成在所述激光器芯片的出光侧。
8.根据权利要求7所述的半导体激光器，其特征在于，
所述钝化层的材料为非氧化物钝化材料。
9.根据权利要求7所述的半导体激光器，其特征在于，还包括：
镀膜层，形成在所述钝化层上。
一种半导体激光器的镀膜方法及半导体激光器
技术领域
[0001] 本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种半导体激光器的镀膜方法及半导体激光器。
背景技术
[0002] 当高功率GaAs基半导体激光器工作时，出光腔面位置的部分光子会被腔面位置的有源区吸收，产生电子-空穴对，如果腔面具有一层薄的氧化物，这个有源区吸收产生电子-空穴的过程尤其严重。其中一部分电子-空穴对会重新复合变成光子，另一部分电子-空穴对会通过非辐射复合的方式转换成热能，导致腔面位置的温度升高，进一步加速腔面材料的氧化。与此同时，腔面氧化后会促进非辐射复合，进一步提升腔面位置的温度，从而构成恶性循环，最终导致腔面位置温度上升到材料熔点，引起腔面位置的损伤COD(Catastrophic Optical Damage,灾变式的光学损伤)。
[0003] 为了降低COD，高功率半导体激光器需要采用腔面无氧化及钝化处理，减少在界面上光子吸收。其中一种方法为通过真空解理实现无氧表面，然后进行钝化处理，但这个方法的机械操作难度很大，良率低，规模化生产不容易；另一个方法为在大气中解理再在真空下进行物理或化学清洗去除表面的氧化膜，然后再镀上钝化膜。在大气中解理再在真空下进行清洗去除表面的氧化膜一般是在高真空环境下对激光器芯片端面进行高温(300℃-500℃)加热，通过等离子体进行清洗，去除表面氧化层，清洗后在腔面位置原位加盖钝化层，避免氧和其他杂质对腔面的污染，以达到抑制腔面氧化、提升半导体激光器腔面COD水平的效果。但是该技术目前在GaAs基的半导体激光器上难以实现，其中一个原因便是受限于技术运转时所需的高温环境对半导体激光器表面的金属电极的影响，且在高温环境下半导体激光器芯片上面电极会受温度影响产生二次退化，导致芯片电压增加，效率降低。
发明内容
[0005] 本发明第一方面提供一种半导体激光器的镀膜方法，包括：对半导体激光器芯片的表面进行解理形成解理面；通过电子回旋等离子体清洗所述解理面；在所述解理面上形成钝化层。
[0006] 可选地，在所述对半导体激光器芯片的表面进行解理形成解理面的步骤之后，所述通过电子回旋等离子体清洗所述解理面的步骤之前，还包括：将解理后的半导体激光器芯片放置在真空环境中；对所述半导体激光器芯片的加热温度为50℃-200℃。
[0007] 可选地，通过电子回旋等离子体清洗所述解理面，包括：通过电子回旋等离子氢或等离子氩清洗所述解理面。
[0008] 可选地，在所述解理面上形成钝化层，包括：在700℃-1000℃的温度下，通过分子束外延生长技术在所述解理面上进行镀膜沉积，形成钝化层。
[0009] 可选地，进行镀膜沉积的镀膜材料为非氧化物钝化材料，所述钝化层的厚度为10-100nm。
[0010] 可选地，在在所述解理面上形成钝化层的步骤之后，还包括：在所述钝化层上形成镀膜层。
[0011] 本发明第二方面提供一种半导体激光器，包括：半导体激光器芯片；钝化层，通过如本发明第一方面提供的半导体激光器的镀膜方法形成在所述激光器芯片的出光侧。
[0012] 可选地，钝化层的材料为非氧化物钝化材料。
[0013] 可选地，半导体激光器还包括镀膜层，形成在所述钝化层上。
[0014] 本发明技术方案，具有如下优点：
[0015] 1.本发明提供的半导体激光器的镀膜方法，对半导体激光器芯片的表面进行解理形成解理面后，通过电子回旋等离子体对解理面进行清洗，然后在清洗后的解理面上镀钝化膜。电子回旋共振等离子体与霍尔离子源或者考夫曼离子源产生的等离子体相比，具有能量低、密度高的特点，因此通过电子回旋共振等离子体对解理面进行清洗时，无需对激光器芯片进行高温加热，从而避免了因温度高导致的激光器芯片电极退化、效率降低的问题，并且由于电子回旋共振等离子体的能量低，对半导体激光器的解理面进行正面轰击也不会对解理面造成损伤。因此通过该半导体激光器的镀膜方法对半导体激光器加工，既可以抑制半导体激光器出光腔面的灾变式的光学损伤，也不会在镀膜过程中对激光器造成电极退化、效率降低、解理面损伤等负面影响。
[0016] 2.本发明提供的半导体激光器的镀膜方法，对解理面进行清洗前，只需将半导体激光器芯片加热至50℃-200℃即可，避免了因温度高导致的激光器芯片电极退化、效率降低的问题。
[0017] 3.本发明提供的半导体激光器的镀膜方法，通过电子回旋等离子氢或等离子氩对解理面进行清洗，在清洗时等离子不会与激光器的半导体材料发生化学反应产生不益产物。
[0019] 5.本发明提供的半导体激光器，包括激光器芯片和钝化层，钝化层通过本发明第一方面提供的半导体激光器的镀膜方法形成，即，对半导体激光器芯片的表面进行解理形成解理面后，通过电子回旋等离子体对解理面进行清洗，然后在清洗后的解理面上镀钝化膜。电子回旋共振等离子体与霍尔离子源或者考夫曼离子源产生的等离子体相比，具有能量低、密度高的特点，因此通过电子回旋共振等离子体对解理面进行清洗时，无需对激光器芯片进行高温加热，从而避免了因温度高导致的激光器芯片电极退化、效率降低的问题，并且由于电子回旋共振等离子体的能量低，对半导体激光器的解理面进行正面轰击也不会对解理面造成损伤。因此通过该半导体激光器的镀膜方法对半导体激光器加工，既可以抑制半导体激光器出光腔面的灾变式的光学损伤，也不会在镀膜过程中对激光器造成电极退化、效率降低、解理面损伤等负面影响。附图说明
[0020] 为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0022] 图2为本发明实施例中半导体激光器的镀膜方法的一个具体示例的流程图(二)；
[0023] 图3为本发明实施例中半导体激光器的镀膜方法的一个具体示例的流程图(三)；
[0024] 图4为本发明实施例中半导体激光器的一个具体结构示意图(一)；
[0025] 图5为本发明实施例中半导体激光器的一个具体结构示意图(二)。
具体实施方式
[0026] 下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0027] 此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
[0028] 实施例1
[0029] 本发明实施例提供一种半导体激光器的镀膜方法，如图1及图4所示，包括：
[0030] 步骤S10：对半导体激光器芯片1的表面进行解理形成解理面2，对半导体激光器芯片1进行解理时，可以在大气环境中进行解理，但是作为优选的实施例，对激光器芯片1进行解理时优选在充有惰性气体的环境中进行解理，例如可以在充氮环境中进行解理，减少解理时与空气接触，减少，甚至避免解理面2产生氧化物。
[0031] 步骤S20：通过电子回旋等离子体清洗解理面2，电子回旋等离子体是通过高速电子与气体分子的撞击产生的高密度低能量等离子体，其能量为5-30eV，粒子流密度大于5ma/cm2，通过电子回旋等离子体对解理面2进行清洗时持续时长约为5-60min，具体时长可以根据实际情况适当调整。
[0032] 步骤S30：在解理面2上形成钝化层3。通过在解理面2上形成钝化层3可以将清洗后的解理面2与外界环境进行隔离，避免外界环境使解理面2氧化。
[0033] 本发明实施例提供的半导体激光器的镀膜方法，对半导体激光器芯片1的表面进行解理形成解理面2后，通过电子回旋等离子体对解理面2进行清洗，然后在清洗后的解理面2上镀钝化膜。现有技术中对解理面2进行等离子清洗时，使用的等离子体为霍尔离子源或者考夫曼离子源产生的等离子体，电子回旋共振等离子体与霍尔离子源或者考夫曼离子源产生的等离子体相比，具有能量低、密度高的特点，因此通过电子回旋共振等离子体对解理面2进行清洗时，无需对激光器芯片1进行高温加热，从而避免了因温度高导致的激光器芯片1电极退化、效率降低的问题，并且由于电子回旋共振等离子体的能量低，对半导体激光器的解理面2进行正面轰击也不会对解理面2造成损伤。因此通过该半导体激光器的镀膜方法对半导体激光器加工，既可以抑制半导体激光器出光腔面的灾变式的光学损伤，也不会在镀膜过程中对激光器造成电极退化、效率降低、解理面2损伤等负面影响。
[0034] 在一可选实施例中，如图2所示，本发明实施例提供的半导体激光器的镀膜方法，在上述步骤S10之后，步骤S20之前，还包括：
[0035] 步骤S40：将解理后的半导体激光器芯片1放置在真空环境中，是为了避免在对解理面2进行清洗的同时解理面2表面形成氧化物。实际应用中，真空环境的真空度可以为1×10-2Torr左右。
[0036] 步骤S50：对半导体激光器芯片1进行加热，加热温度为50℃-200℃，加热时间为30min左右，具体的加热时间和加热温度可以根据实际需求作适当调整。在现有技术中，对解理面2进行清洗前要将激光器芯片1放置在300℃-500℃的高温环境中进行加热，高温环境会时激光器芯片1的电极产生二次退化，导致芯片1电压增加，效率降低，而本申请中对激光器芯片1的加热温度为50℃-100℃，与现有技术相比温度大大降低，避免了激光器芯片1电极退化、效率降低的问题。
[0037] 在一可选实施例中，本发明实施例提供的半导体激光器的镀膜方法，在上述步骤S20中，通过电子回旋等离子氢或等离子氩清洗解理面2。
[0038] 通过电子回旋等离子氢或等离子氩对解理面2进行清洗，在清洗时不会与激光器的半导体材料发生化学反应产生不益产物。
[0039] 在一可选实施例中，在上述步骤S30中，在700℃-1000℃的温度下，通过分子束外延生长技术在解理面2上进行镀膜沉积，形成钝化层3。
[0040] 本发明实施例提供的半导体激光器的镀膜方法，使用分子束外延生长技术进行膜料蒸发，在超高真空的环境下，使具有一定热能的单层原子材料喷射到基底上，在本发明实施例中，镀膜时的温度为700℃-1000℃即可，而对于传统镀膜技术，源炉生长温度需达到1200℃-1500℃，因此在本发明实施例中，实现了钝化层的低温生长，有效减少了互扩散及自参杂的问题。
[0041] 在一可选实施例中，进行镀膜沉积的镀膜材料为非氧化物钝化材料，钝化层3的厚度为10-100nm。现有技术中，镀膜沉积形成钝化层3一般是采用AlON、SiAlON、Al2O3以及MgO、Ga2O3、TiO2、CrO2、BeO等氧化物钝化材料，该类材料在镀膜沉积时需要高温加热蒸发，而高温会导致材料氧分离，造成含氧量偏低，镀膜质量差，所以需要在镀膜过程中通入一定量的氧气或者其他气体以保证材料含氧量平衡，而氧气会导致清洗后的解理面2再次氧化，降低激光器的可靠性，而非氧化物钝化材料可以直接进行热蒸发，无需通入其他气体，避免通入的气体对清洗后的材料造成二次污染。具体的非氧化物钝化材料可以根据半导体激光器的材料进行选取，例如，对于GaAs基的半导体激光器，只要采用对波长为600nm到1500nm的光的吸收率低的宽禁带材料即可，例如可以是ZnSe、ZnS、Si3N4或CdS等。
[0042] 在一可选实施例中，本发明实施例提供的半导体激光器的镀膜方法，如图3及图5所示，在上述步骤S30之后，还包括：
[0043] 步骤S60：在钝化层3上形成镀膜层4。镀膜层4用于调节反射率，使用的材料可以为Al2O3、Ti3O5、Ta2O5或SiO2等。
[0044] 实施例2
[0045] 本发明实施例第二方面提供一种半导体激光器，如图4所示，包括：
[0046] 半导体激光器芯片1；
[0047] 钝化层3，钝化层3形成在半导体激光器芯片1的出光侧，在沉积钝化层3前，需先对激光器芯片1进行解理，形成解理面2，然后在解理面2上沉积钝化膜3，形成钝化层3的详细步骤如上述实施例1中步骤S10-步骤S60。
[0048] 本发明实施例提供的半导体激光器，包括激光器芯片1和钝化层3，钝化层3通过本发明实施例1提供的半导体激光器的镀膜方法形成，即，对半导体激光器芯片1的表面进行解理形成解理面2后，通过电子回旋等离子体对解理面2进行清洗，然后在清洗后的解理面2上镀钝化膜3。电子回旋共振等离子体与霍尔离子源或者考夫曼离子源产生的等离子体相比，具有能量低、密度高的特点，因此通过电子回旋共振等离子体对解理面2进行清洗时，无需对激光器芯片1进行高温加热，从而避免了因温度高导致的激光器芯片1电极退化、效率降低的问题，并且由于电子回旋共振等离子体的能量低，对半导体激光器的解理面2进行正面轰击也不会对解理面2造成损伤。因此通过该半导体激光器的镀膜方法对半导体激光器加工，既可以抑制半导体激光器出光腔面的灾变式的光学损伤，也不会在镀膜过程中对激光器造成电极退化、效率降低、解理面2损伤等负面影响。
[0049] 在一可选实施例中，钝化层3的材料为非氧化物钝化材料。
[0050] 在一可选实施例中，如图5所示，还包括：
[0051] 镀膜层4，形成在钝化层上3，用于调节反射率，使用的材料为Al2O3、Ti3O5、Ta2O5或SiO2等
[0052] 显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
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