[发明专利]一种半导体激光器腔面钝化方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种GaAs半导体激光器腔面钝化方法，属于激光技术领域。

背景技术

GaAs基半导体激光器具有工作阈值低、电光效率高等优点，已经成为高功率半导体激光器的主要发展方向。GaAs基高功率半导体激光器的宽面积单条形器件的输出功率已经达到20W以上，高填充因子的巴条激光器输出峰值功率已经高达1000W以上。但是，由于激光器的腔面在高功率工作时极易由于表面氧化而造成腔面局部过热，导致激光器的快速失效，严重影响了GaAs基半导体激光器的高功率可靠工作。因此，GaAs基半导体激光器的腔面钝化已经成为该类激光器技术发展的重要瓶径。通常，该类激光器的腔面钝化主要采用镀膜方法进行腔面保护，如在激光器腔面上采用热蒸发、电子束蒸发或溅射制备Al₂O₃、AlN、ZnS等薄膜，对GaAs基激光器腔面进行钝化处理。由于该类方法是在激光器腔面上覆盖一层分立的保护膜，保护膜的致密性受到物理沉积工艺的限制，激光器工作时环境气氛中的氧仍然可以透过薄膜进一步氧化腔面内部晶体结构。而且明显存在的界面缺陷仍然对激光器腔面工作的稳定性造成严重影响。另外，也有采用射频或直流等离子放电方法钝化半导体光电子器件的报道，但由于高能离子对器件会造成明显的损伤，其钝化效果也受到限制。

发明内容

本发明是这样实现的，见附图所示，将裸露腔面的GaAs基半导体激光器芯片5放置于钝化腔体内的样品台9上，钝化腔体内充入钝化气体，短波长的激光束6通过钝化腔体上的入射窗口7照射到样品台9上，样品台9加温至一固定温度。在激光器芯片5附近的钝化气体分子4在短波长激光束6的照射下形成离化气体分子8，在一定的温度条件下与激光器腔面处的材料发生化学反应，生成具有保护作用的表面层2。

本发明的技术效果在于，所生成表面层2具有高化学稳定性、高致密性，不易于与激光器工作时环境气氛中的氧发生反应，环境气氛中的氧也难以透过该表面层2而进一步氧化激光器腔面的内部晶体结构，同时表面层2是通过激光器腔面的表面化学反应形成的，其与腔面的内部晶体结构不存在明显的界面，避免了传统钝化工艺中难以清除的界面缺陷，从而有效改善GaAs基半导体激光器的腔面钝化效果。

附图说明

图1为钝化实施装置示意图，3为钝化气体入口，4为钝化气体分子，5为激光器芯片，6为短波长激光束，7为入射窗口，8为离化气体分子，9为样品台，10为排气口。

图2为激光器芯片示意图，1为芯片有源区，2为芯片腔面的表面层。

具体实施方式

如附图所示，将裸露腔面的GaAs基半导体激光器芯片5放置于钝化腔体内的样品台9上，钝化腔体内充入钝化气体，短波长的激光束6通过钝化腔体上的入射窗口照射到样品台9上，样品台9加温至一固定温度。在激光器芯片5附近的钝化气体分子4在短波长激光束6的照射下形成离化气体分子8，在一定的温度条件下与激光器腔面处的材料发生化学反应，生成具有保护作用的表面层2，从而有效改善GaAs基半导体激光器腔面在高功率下的工作稳定性。

下面结合实例说明本发明，将解理好的980nm波长GaAs基半导体激光器芯片裸露腔面放置于钝化腔体内的样品台9上，钝化腔体内充入5%的高纯（99.999%）NH₃/N₂钝化气体，流量5sccm，并通过排气口10抽气排出，然后将样品台9的温度由室温升至300±5℃并保持稳定，激光器芯片钝化处理前通气30分钟。将功率200mW、直径为20mm的266nm波长激光束6通过钝化腔体上的入射窗口7照射到样品台9上的激光器芯片5，照射时间持续20分钟，在激光器腔面形成厚度约10-20nm的氮化物层，腔面的砷原子与离化氢离子反应生成挥发性气体脱离激光器芯片的腔面。生成的表面氮化物层相对原始的含砷表面化学稳定性好、结构致密、光吸收弱，可用于制备高功率半导体激光器芯片，使芯片的腔面损伤阈值达到30MW/cm²以上。