[发明专利]一种提高半导体激光器寿命方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体光电子学技术领域，涉及一种提高半导体激光器寿命方法。

背景技术

高功率半导体激光器因其功率高、重量轻、体积小及易于调制等优点在泵浦固体激光器、光纤通信、光盘读写、激光加工和激光医疗等领域得到广泛的应用。随着半导体激光器的输出功率的不断提高，而制约半导体激光器直接用来做军事应用、材料加工和激光医疗最主要的因素就是半导体激光器寿命。

影响半导体激光器寿命最主要因素就是半导体激光器腔面损伤。半导体激光器腔面损伤包括光学薄膜的激光损伤和半导体激光器材料本身固有性质带来的损伤。光学薄膜的激光损伤机理包括电介质击穿和热吸收两类。电介质击穿是由表面效应引起的，光学介质吸收入射激光能量，使膜层温度升高以至熔融断裂，导致光学介质的永久性破坏。光学薄膜所附着的基底表面缺陷导致薄膜在较低的激光能量时发生损伤，显著降低薄膜损伤阈值的因素包括表面划痕，小孔，杂质等。在镀膜前，腔面必需进行有效的彻底清洗。第二个损伤机理热吸收，其形式可以是元件整体吸收或表面吸收，整体吸收主要由于基底材料杂质所致，表面吸收通常是因为出现薄膜的吸收层，如微小的灰尘，残留的抛光物质等。而对于半导体激光器来说，半导体激光器两端腔面膜的损伤有两种情况：破坏性腔面损伤和腔面的化学腐蚀损伤。前者主要是当辐射电磁波所建立的电场强度超过临界值，其对应的辐射功率密度也超过一定值时，高能量密度的光时腔面微区熔融、分解。原因是近表面的光吸收、表面复合使电流密度增加，局部大量发热，而且温度增加又使吸收系数加大，这是一个恶性循环的过程。破坏性退化的极限功率视有源区而定。这种破坏性损伤都是灾变性的。第二种是腔面的化学腐蚀，这是由于光化学作用使表面氧化，并在腔面上形成点缺陷，这导致腔面局部反射系数的变化，影响激射光谱的稳定性，增加了非辐射复合速率，腔面氧化腐蚀形成吸收层，使腔面损伤。

在研究提高半导体激光器寿命、抑制腔面膜损伤技术过程中，最早出现的是腔面硫化处理技术，腔面硫化处理技术是把解理的半导体激光器腔面与含硫的化学溶液进行反应，去除半导体激光器腔面表面形成的氧化层，生成一种稳定的硫化物层，并且抑制腔面进一步氧化，减少腔面缺陷，降低腔面非辐射复合，进而提高半导体激光器的输出功率和寿命。腔面硫化处理技术对半导体激光器的性能有明显的作用，但具体应用到高功率器件上仍存在一些问题，腔面钝化效果不够稳定。

高真空解理钝化技术是在高真空中将半导体激光器解理成bar条，然后在解理腔面镀上钝化薄膜，最后再镀后腔面高反射膜和前腔面增透膜，整个过程都在高真空中完成，避免了氧和其他杂质对半导体激光器腔面的污染，有利于提高器件输出功率和寿命。高真空解理钝化技术设备复杂、工艺难度高、重复性差、成品率低。

腔面附近引入非注入区技术是在半导体激光器的腔面附近一定距离处分别引入一电流非注入区，限制电流流入腔面，从而减少腔面附近载流子的密度，降低表面复合电流，减少腔面非辐射复合，降低腔面的热量，从而提高器件输出功率和半导体激光器寿命，腔面附近引入非注入区技术对于小功率的器件效果很好，而对于大功率的器件效果不明显。

非吸收窗口技术是在半导体激光器腔面附近通过特殊处理后使得半导体激光器腔面处材料的禁带宽度加宽，对应发射激光波长的腔面形成透明区，抑制腔面光吸收。处理的方法主要是二次外延生长技术。二次外延生长技术是在半导体激光器腔面附近二次外延生长一宽带隙材料，使腔面没有光吸收，同时也没有电流传导，这种技术能有效的提高半导体激光器腔面损伤阈值和器件的寿命。二次外延生长技术，无论在芯片材料的处理上，还是在二次外延生长工艺上，技术难度大，重复性较差。

发明内容

针对现有技术存在的缺点，本发明提出一种提高半导体激光器寿命方法，即“等离子体技术-钝化技术-离子辅助和光学膜技术”一体化技术，其目的是解决由于半导体激光器腔面存在的氧化物和不稳定表面态产生的腔面光吸收问题，使腔面钝化材料完全占据腔面易氧化状态，消除欲氧化状态，抑制腔面再次被氧化，防止形成腔面缺陷，进而提高半导体激光器寿命。

本发明提供一种提高半导体激光器寿命方法，其特征在于包括：半导体激光器bar条1，经等离子体技术处理的半导体激光器bar条2，钝化膜3，前腔面膜4，后腔面膜5。具体步骤如下：

步骤1：将解理好的半导体激光器bar条1整齐的堆叠在专用的bar条夹具上，放入真空镀膜机里，抽取真空。当达到预定真空度时，采用等离子体技术，进行腔面清洗。

步骤2：采用钝化技术，在解理腔面上沉积一层钝化膜3。