[发明专利]一种半导体激光器腔镜制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料表面改性及镀膜技术领域，具体涉及一种半导体激光器腔镜制备方法。

背景技术

半导体激光芯片从结构上有三个主要组成部分：半导体増益介质，激光谐振腔体，和驱动电极。在目前的激光芯片现行技术来看，这三个部分都有了一定成熟的设计和制造技术。如半导体能带设计和外延生长技术，谐振腔体的端面处理技术，以及欧姆电极接触生长技术。这些技术推动半导体激光芯片的性能朝更宽的波段，更高亮度及功率，更高的效率，更高可靠性及更长寿命发展。

目前大功率激光器在能量密度上达到了100兆瓦每平方厘米的量级，最高光电量子转换效率也超过70%。但随着激光器应用领域的扩展，要求进一步推动激光芯片性能发展，特别是改善高功率密度运行下的可靠性及长寿命。这些要求需要进一步改进现有技术，甚至发明新的技术。我们针对激光芯片中激光腔体的关键技术，激光谐振腔面的处理及介质膜的生长，提出了新的制备方法。

目前侧面发射激光谐振腔由前腔面及后腔面组成；它们由前，后解理面并分别镀以抗反射或高反射介质膜制备形成。在激光谐振腔内，光功率密度在前腔面达极大值并由于某些界面氧化或吸附原因，从很久以前技术人员就注意到了随激光功率的上升，最早出现材料光损伤的地方就在激光器前腔面的表面层上，这就是COMD（Catastrophic of Mirror Damage）。经分析，COMD的原因是半导体解理面表面层在制备工程中暴露于空气中而氧化, 水吸附或沾污，这一极薄的非完美表面层会吸收光能量并发热，导致COMD。有多种技术被发明并被实际运用于提高COMD量级，主要有三大类技术：

1、扩散技术被用以增加靠近解理面的材料表层能带宽度从而使光吸收下降；

2、真空解离和表面处理技术以避免表面氧化和表面吸收中心的生成；

3、物理或化学清洗技术以去除表面氧化吸附层，从而减少表面层对光能量的吸收。

这三类技术在不同的公司采用，都获得了不错的效果。表面层扩散技术是基于经典的半导体扩散理论和技术，将特定元素源掺入靠进解理面的材料层，以减少对某些波长的吸收，这一技术在COMD的减少以及寿命延长都得到了很好的效果。但随半导体材料体系和激光波长的不同要找寻不同的扩散元素。适用性有限制，控制不同元素的扩散也是一项艰苦的高成本的工艺。因此采用的公司并不太多。

真空解离表面处理技术的中心思路是避免激光芯片在工艺处理过程中暴露于大气中，所有的处理都在高真空环境下完成。在实验室环境下完成的样品确实达到了很高的COMD阈值，证实了此思路的可行性。但在具体的技术操作中确也碰到了很大的困难，如量产适应性差，这也是此技术一直无法进入实际生产的原因。在此技术的具体实现上，首先要设计一套复杂的真空工艺设备，要包括高真空样品存储腔，高真空解理腔和机械操作装置，高真空镀膜腔用于镀钝化保护膜和样品在腔体之间的传递机械系统。这套系统确实可以制备出功率较高的激光芯片，但对生产来说最大的缺陷是生产效率极其低，无法大批量生产。其他的缺点包括设备操作困难，一致性差，设备维护成本高，钝化膜材料的选择有限，无法兼容不同材料体系的激光芯片。另外，从理论上即使高真空也无法彻底避免表面吸收层的生成，只是减慢这一过程。

第三类常规的激光腔表面处理技术是在腔面镀膜前用物理或化学的方法清除腔面，如离子束对表面进行轰击，希望在微观尺度打击去除表面悬挂和吸附，然后再镀激光腔镜，离子束轰击和镀膜可以在同一真空腔体中一次处理。这一技术在实际效果中并不好，主要原因是表面层结合能很高，物理轰击的方法很难去除，另外，离子束能量过大对表面造成伤害，反而不利于改进COMD。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种减少表面缺陷，提高光学性能的半导体激光器腔镜制备方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种半导体激光器腔镜制备方法，其特征在于，集成端面处理,即一次性真空中完成双端面腔镜的介质膜镀膜以及需要的前期辅助步骤,包括表面清洁和改性钝化处理，其具体步骤如下：

步骤一，表面清洁；

步骤二，表面改性钝化；

步骤三，介质膜镀膜；

步骤四，样品翻转，重复步骤一到步骤三，移出。

所述步骤一中的表面清洁是通过以下步骤进行的：

（2.1）将半导体激光器腔镜的样品放入真空腔体中并固定在样品架上；

（2.2）把样品的两个端面中的一个端面的方向调整到与等离子清洁处理方向相同的方向；