基于AlxNy的GaAs基高功率半导体激光器腔面钝化膜的制备方法

摘要

本发明公开了一种基于AlxNy的GaAs基高功率半导体激光器腔面钝化膜的制备方法，将半导体激光器镀制一层氮化铝薄膜，工作条件为：工作气压0.35Pa，氮气分压60%，溅射功率200W，沉积速率0.044nm/s。本发明采用氮化铝材料镀制激光器腔面钝化膜，其具有良好的钝化特性，并具有优异的光学特性，热稳定性好，光吸收率低。

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于Al

背景技术

高功率半导体激光器以其体积小、效率高及调制简单等优点，广泛应用于通信、医疗、高精度加工以及军事等领域。高输出功率和长期稳定的可靠性是高功率半导体激光器得以广泛应用的前提，而灾变性光学镜面损伤（Catastrophic Optical Degradation，即COD）一直限制着半导体激光器最大输出功率和可靠性。

在半导体激光器制备过程中，要对激光器腔面进行镀膜处理，即在前腔面镀制增透膜，后腔面镀制高反膜，可以进一步提高GaAs基高功率半导体激光器性能以及保护经钝化处理过的腔面。

然而在增透膜镀制中常采用的材料为SiO

一种材料想要应用到激光器腔面上，必须满足三个条件：（1）薄膜材料必须对能与半导体激光器芯片材料发生反应的杂质粒子起到势垒作用；（2）薄膜材料本身不能与激光器芯片材料发生反应，并且对激射光是透明的；（3）薄膜材料的电导率必须足够地，避免电流从腔面通过。而以往在沉积钝化阻挡层时，往往采用Si钝化层，但是Si在近红外波段光吸收较大，ZnS和ZnSe光吸收虽然小，但薄膜易潮解。

发明内容

为了进一步提高半导体激光器性能以及保护腔面，解决传统钝化沉积层存在的近红外波段光吸收大及易潮解等问题。本发明的目的在于提供一种基于Al

实现本发明目的的解决技术方案为：一种基于Al

较佳的，将解理后的半导体激光器放入丙酮、乙醇混合溶液中进行超声清洗，混合溶液中，丙酮与乙醇的体积比为1:1，超声清洗时间为10min。

与现有技术相比，本发明为了进一步加强钝化效果，整个过程都在同一高真空环境中进行，能最大程度避免了杂质的引入；同时，由于钝化层对致密性的要求很高，因此，我们在磁控溅射系统基片台一次施加偏压，实现离子辅助镀膜。本发明采用氮化铝材料镀制激光器腔面钝化膜，其具有良好的钝化特性，并具有优异的光学特性，热稳定性好，光吸收率低。

附图说明

图1为未经钝化和经Al

图2为 Al

图3 为高温老化170小时前后Al

图4 为Al

图5为工作气压对Al

图6为氮气浓度对Al

图7为溅射功率对Al

图8为溅射功率对Al

具体实施方式

Al

实施例1

本发明采用反应磁控溅射技术，利用高纯铝（99.999%）靶材和高纯氮气和氩气混合气体在GaAs基激光器腔面镀制Al

为了进一步提高半导体激光器性能以及保护腔面，在半导体激光器清洗后，立即对腔面镀制厚度为260nm的Al

同时，Al

激光器工作过程中，腔面温度较高，要想获得稳定的激光输出，腔面膜必须具备良好的热稳定性，因此，对镀有Al

在高能激光作用下，光学薄膜对激光能量的吸收也成为了影响器件特性的关键因素，即使十分微弱的吸收也有可能导致薄膜发生灾变损坏。如图4所示，Al

本发明将工作气压设置为0.35Pa的目的是：薄膜的折射率随气压的增加而呈下降趋势，这是因为工作气压增加，溅射出的铝粒子与腔内气体粒子之间的碰撞几率就增加，从而使到达激光器腔面的铝粒子动能减小，而铝粒子动能的大小直接决定其是否能沉积在激光器腔面以及进一步在腔面表面迁移，因此在高气压下，可能会以内溅射粒子能量较小而导致薄膜表面结构松散，引起折射率下降。如图5所示。

本发明将氮气分压设置为60%（N

本发明将溅射功率设置为200W的目的是：溅射功率从150W增加到300W的过程中，薄膜折射率先增大后减小，最大值出现在200W附近。功率越高，溅射出铝粒子能量也就越高，溅射出铝粒子能量也就越高，铝原子物理反应大于化学反应，即铝原子在未与氮原子反应生成Al

本发明将沉积速率设置为0.044nm/s的目的是：由于部分Ar离子产生“注入效应”，即，等离子体消耗在靶材内部的能量增加，导致铝粒子的溅射产额降低。也就是说，薄膜沉积速率增加幅度会随溅射功率的提高而降低，因此薄膜的沉积速率并非越高越好，速率过高，铝原子物理反应大于化学反应，即铝原子还未与氮原子反应形成Al