[发明专利]一种半导体激光器腔面钝化膜结构及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体光电子器件技术领域，特别涉及一种半导体激光器腔面钝化膜结构及其制备方法。

技术背景

半导体激光器是光通信、光泵浦、光储存等领域的核心器件。其腔面由于界面态、杂质沾污或应变的影响，使得光吸收增强，温度剧烈提升，温度的提升使得界面进一步恶化，又增强了光吸收，很容易发生氧化，产生缺陷，使得激光器性能发生衰减和出现光学灾变性损伤，这对大功率激光器显的尤为突出。为了减小这种因素的影响，提高激光器件可靠性，通常会对激光器腔面进行镀膜，一般地，这种镀膜既保护腔面，同时又起到调节阈值电流和斜率效率的作用。最早直接用反射镜起到对腔面的钝化和保护作用，反射镜多用各种氧化物介质膜，但氧化物作为反射镜或钝化保护层，在工作一段时间后，氧化物里的氧原子就会与激光器材料互相扩散，使器件特性变坏。国际上常常采用的做法是在镀腔面膜之前，先镀一层Si作为钝化阻挡层，但是Si适合的光波段较窄，而且光吸收较大，因此对于较短波长的半导体激光器，Si钝化技术的应用具有一定的局限性。而且为使腔面的氧化减到最小程度，通常在超高真空中实施解理，并立即镀上钝化层和腔面膜，这种方法虽然能比较好的提高器件可靠性，但对设备要求高，工艺复杂，设备价格昂贵。另外，在腔面离子清洗后离子束蒸镀ZnSe和ZnS也是一种很好的钝化方法，然而ZnSe和ZnS在潮湿环境下易潮解，不稳定，对激光器的某些方面的应用具有一定的局限性。

发明内容

为了减小腔面灾变光学损伤，提高激光器件可靠性与稳定性，本发明提供一种具有宽禁带，抗辐照，高硬度，良好地热导率等优点的半导体激光器腔面钝化膜结构及其制备方法。

其结构如说明书附图所示，图中1为半导体激光器bar条，2为前腔面，3为后腔面，4为c-BN钝化膜，5为增透膜，6为高反膜。

其钝化膜采用立方氮化硼(c-BN)，带隙大约为6.3eV，作为一种宽带隙半导体材料，从可见光到红外光范围内有良好的透光性，其化学性质非常稳定，不易被氧化，c-BN同时具有高的热导率、抗辐射特性、与GaAs、Si相近的热膨胀系数、低介电常数。

其制备方法如下。

半导体激光器在空气中解理成条后，装入镀膜专用夹具，然后放入磁控溅射真空室。

对半导体激光器前腔面进行离子预清洗，即在磁控溅射真空室内，用能量小于100eV的低能大束流离子，无损去除在空气中解理时，腔面上的氧化物、杂质及其形成的表面态和界面态，这些非辐射复合中心；离子预清洗时间30秒到6分钟。

在磁控溅射系统的高真空室内，本底真空3*10^-9Torr，沉积气压16～20mTorr，以六方晶氮化硼(h-BN)为靶材，衬底加高频交流电源偏压装置，以控制粒子对衬底的轰击，衬底偏压-10～-120V，射频功率150-250W，衬底由氮化硼电阻加热元件组成，控制衬底温度在800～900℃，，充入工作气体氩气和氮气，流量分别为10sccm和20sccm，在激光器bar条的前腔面镀c-BN钝化膜0.5～3小时。

在沉积c-BN薄膜时，根据制备方案的不同，工艺控制条件也不同，采用的方案可以有多种，本方案采取“两步制备法”：在成核阶段，采用较高的衬底温度和衬底负偏压；在生长阶段采用较低的衬底温度和衬底负偏压。

前腔面在沉积c-BN钝化膜之后，根据现有技术在前腔面镀增透膜。

夹具翻面后，对激光器bar条的后腔面进行工艺处理，从粒子预清洗到c-BN钝化膜的沉积，重复与前腔面相同的工艺工作。

后腔面在沉积c-BN钝化膜之后，根据现有技术在后腔面镀高反膜。

本发明的有益效果：

本发明提供的c-BN钝化膜具有抗辐照、良好的导热性及高硬度等特性，提高了激光器件的稳定性与可靠性。

本发明c-BN钝化膜与GaAs有相近的热膨胀系数、低介电常数、良好的化学和热稳定性，大大降低了不同材料间的应力。

由于c-BN从可见光到红外光范围内有良好的透光性，本发明适合于多种不同波长和结构的激光器。

本发明的工艺制备方法简单。

附图说明

附图为半导体激光器腔面处理结构示意图，图中1为半导体激光器bar条，2为前腔面，3为后腔面，4为c-BN钝化膜，5为增透膜，6为高反膜。

具体实施方式

半导体激光器在空气中解理成bar条1后，装入镀膜专用夹具，然后放入磁控溅射真空室。