[发明专利]提高激光器寿命和发光效率的方法

说明书

一种提高激光器寿命和发光效率的方法，包括如下步骤：步骤1：通过电子束热蒸发方式在激光器管芯两端面分别生长高反膜和增透膜；步骤2：生长完高反膜和增透膜之后，将激光器管芯迅速置入快速热退火设备中；步骤3：提前设定好热退火条件，进行热退火；步骤4：冷却至室温。本发明因为引入了激光器对高反膜和增透膜进行快速热退火工艺，可以有效提高激光器的效率和寿命。

技术领域

本发明涉及一种提高激光器寿命和发光效率的方法，特别是指Si/SiO2(高反膜)、Al2O3(高反膜)为代表的光学介质膜。

背景技术

半导体激光器的效率是指激光器管芯有效出光功率占输入激光器电功率的比例，是表征激光器性能的重要指标。高效率半导体激光器在国际上得到了快速发展并逐渐应用，但是国内在相当长的一段时间内，半导体激光器的效率始终没有特别大的提高，导致激光器功率没有大幅度提到，大大阻碍了我国半导体激光器发展和应用的进程。效率高功率半导体激光器可以用于泵浦泵浦(光纤)激光器，此类激光器还需要具有高寿命和高可可靠性，能够连续工作上万小时而性能不下降。高效率高功率半导体的另一重要领域是材料处理和加工，可以直接取代传统的加工手段直接用于材料的热处理、切割、精密焊接等。此类激光器还可以应用于包括泌尿科、内科、妇科、耳鼻喉科等医学领域。激光作用于人体组织可以产生包括电场效应、生物刺激效应、压场效应、热效应等多种效应，这些效应可以人体组织影响形态或者机能从而预防病变和疾病。此外高效率半导体激光器在军事上也起着重要的作用。总之，高效率高功率半导体激光器将在更广更多的领域得到应用，高效率半导体激光器制造技术已经成为许多国家(美国、德国、日本等)极力支持的重要研究领域，并取得许多关键性的突破和创新。

近年来，美国启动了SHEDS项目ADHELS项目，提高激光器的功率和寿命就是其中一项重要指标。许多实验室和团体都采用各种方法提高提高半导体激光器的效率和寿命。其中大部分集中在激光器材料外延生长的优化和调整，另一部分是提出新奇的工艺结构来提升功率。JDS LASER公司采用新奇的非对称波导结构来降低光于P面掺杂区的交叠从而减小损耗提高效率。NLight公司引入截止模波导结构和光子晶体来尝试提高效率。A1falight团体采用宽波导设计降低光损耗来实现提高功率的目的。但是这些方法实验周期很长，且各个实验室差别很大(效果不容易在其他实验室重复)。而且其中的一些新奇的工艺结构在实际情况中比较难实现。在本专利中，我们提出的方法是基于原有的镀膜功率和热退火工艺。不仅可以有效提高功率、效率和寿命而且操作性强，简单。

半导体激光器谐振腔的解理面是激光器的重要组成部分，在高功率密度激光作用下，由于近场的不均匀、局部过热、氧化、腐蚀等因素，腔面容易遭受损伤。这不仅会形成更多的表面态，增加表面态复合速度，而且还能造成解理面局部熔化，甚至遭受毁灭性的破坏。最有效的措施是在前后解理面上镀介质保护膜。通过腔面镀膜在激光器的前后腔面分别制备增透膜和高反射膜，高反膜的应用降低了阈值电流，而增透膜的采用提高了器件的量子效率和电光转换效率，也可以提高器件的光功率密度。腔面镀膜覆盖解理腔面，防止有源区氧化，提高可靠性和稳定性。可以改变腔面膜反射率，使得激光器在保持腔性能的基础上实现单面出光，提高激光器的输出功率和激光器的利用效率。由此，提高腔面膜的质量显得尤为重要。提高半导体腔面膜的质量还有更广泛深远的意义。半导体激光器腔面膜本质是光学薄膜。光学薄膜技术涉及真空技术、材料科学、精密机械制造、自动控制技术等各个领域，是一类重要的光学元件，可分光透射，分光反射，分光吸收以及改变光的偏振状态或相位，用与各种反射膜，增透膜和干涉滤光片，广泛地应用于现代光学、光学工程以及其他相关的科学技术领域。

本专利中采用快速热退火条件，可以让腔面膜形成更为致密均匀结构，使膜层的稳定性提高，达到改善膜层光学和机械性能的目的。可以有效的提高激光器的效率和寿命。

发明内容