[发明专利]一种检测扩散Zn半导体激光器窗口区Zn扩散程度的方法及其实现装置

说明书

本发明涉及一种检测扩散Zn半导体激光器窗口区Zn扩散程度的方法，具体步骤包括：A、测定扩散Zn半导体激光器IV曲线中电流值对应的电压V；B、测定不扩散Zn且无其他电流旁路的半导体激光器I₁V₁曲线中电流值对应的开启电压Von；C、V和开启电压Von判定Zn扩散程度，如果Von‑0.05≤V≤Von，则认定Zn还未进入所述有源区或者刚进入所述有源区，量子阱混杂程度不够，Zn扩散程度不足；如果Von‑0.15≤V＜Von‑0.05，则认定Zn扩散程度恰好；如果V＜Von‑0.15，则认定Zn进入下限制层，Zn扩散程度较重，对其器件性能产生影响。本发明有效检测Zn扩散程度，保证量子阱充分混杂，提高半导体激光器的长期可靠性；避免Zn杂质过多进入下限制层，避免影响增益区的电流分布。

技术领域

本发明涉及一种检测扩散Zn半导体激光器窗口区Zn扩散程度的方法及其实现装置，属于半导体激光器检测技术领域。

背景技术

大功率半导体激光器由于体积小、耗能低、易于组装集成等优点，受到人们广泛关注，并且被应用到光存储、光通信、红外照明、激光加工、泵浦固体激光器等方面。增加半导体激光器的输出功率、提高半导体激光器长期工作的可靠性一直都是大功率半导体激光器研究的重点。近年来，单管半导体激光器连续输出功率下可以稳定工作在瓦级以上，脉冲电流驱动下的半导体激光器阵列的峰值功率也达到了数千瓦。

限制半导体激光器功率输出的主要因素为：激光器工作时产生的焦耳热导致器件结温升高，使得半导体激光器的性能恶化；激光器腔面光功率密度过高使得腔面温度升高，导致腔面烧毁，即产生灾变性光学损伤COD。对于前者，可以通过优化材料生长工艺及器件结构降低半导体激光器的阈值电流及工作电压，并且提高半导体激光器的微分量子效率，从而提高半导体激光器的功率转换效率，减少焦耳热的产生，改善半导体激光器的温度特性。造成腔面产生灾变性光学损伤COD的直接原因是腔面温度过高而烧毁，这是一个不可逆转的损毁过程，是导致半导体激光器失效的主要因素。半导体激光器的腔面一般为自然解理面，含有较多缺陷，载流子非辐射复合产生大量热，导致腔面温度升高。并且腔面位置处往往散热不好，使得积累的热量不易散发出去。高温导致腔面处的材料带隙收缩，使得载流子向此处扩散聚集，加重了腔面的非辐射复合及光吸收，导致温度继续升高。这种正反馈过程最终会使半导体激光器的腔面温度快速升高而瞬间烧毁。

提高半导体激光器的功率转换效率，降低焦耳热的产生；增大光腔减小半导体激光器的腔面光功率密度；腔面钝化技术减少腔面处的非辐射复合中心；透明窗口技术增大腔面处材料的带隙。对于红光半导体激光器来说，其激射波长较短，光子能量更高，因此它的灾变性光学损伤COD功率要比红外光半导体激光器低很多。在制作大功率红光半导体激光器时，非吸收窗口是必须使用的一项技术。利用Zn扩散诱导量子阱混杂形成非吸收窗口的工艺比较简单且成本较低，是红光半导体激光器中最常使用的非吸收窗口技术。

中国专利文献CN103368072A公开了一种对红光半导体激光器进行Zn扩散的方法。利用MOCVD设备，将激光器放入反应室中，反应室升温至200℃～350℃时通AsH3，当温度达到400℃时再通入二甲基锌进行腔面扩散，当温度升至450℃～650℃保持20min～70min，在15min～30min内降温至150℃～300℃进行退火；当反应室温度下降至100℃以下时，Zn扩散完毕。

中国专利文献CN1877935A公布了一种适合于大批量生产的激光器COD消除方法，根据量子阱混杂原理，利用锌原子在Ⅲ－Ⅴ族半导体化合物的扩散诱导Ⅲ族元素或Ⅴ族元素互扩，从而产生量子阱混杂现象，即通过金属有机化学气相沉积的方法生长一层ZnO薄膜，然后通过开管扩散的方式使Zn原子选择性的进入窗口区的有源区。

上述两篇专利存在以下缺陷：Zn原子对于III-V族半导体材料来说是一种受主杂质，在对半导体激光器的窗口区进行Zn扩散时，如果对扩散的温度和时间把握不好，Zn侧向扩散严重会减小增益区的面积并且产生光吸收，影响半导体激光器的性能。