[发明专利]一种半导体激光器材料钝化方法

说明书

本发明公开了一种半导体激光器材料钝化方法。该方法适用于对半导体激光器谐振腔腔面材料进行钝化处理，具体包括用离子束对半导体激光器谐振腔腔面材料进行轰击清洗和采用ALD技术对半导体激光器谐振腔腔面沉积AlN钝化层实现。本发明公开的这种半导体激光器材料钝化方法，在真空环境中用离子束轰击谐振腔表面后有效去除腔面的氧化层、腔面污染、表面态、表面材料位错、表面材料的悬挂键，获得洁净的半导体激光器谐振腔腔面，在等离子体辅助条件下实现ALD装置中低温沉积获得AlN钝化层对谐振腔腔面进行保护。本发明公开的这种方法通过对谐振腔腔面进行工艺处理，提高了半导体激光器的腔面损伤阈值，实现器件的输出功率、寿命和性能稳定性的提高。

技术领域

本发明涉及半导体激光器领域，特别涉及一种半导体激光器制备工艺，具体涉及半导体激光器谐振腔腔面材料表面钝化工艺，该工艺在半导体激光器谐振腔表面材料钝化过程中结合离子轰击和原子层沉积技术在真空环境中进行，有效降低半导体激光器谐振腔腔面材料的表面态密度和非辐射复合中心，提高半导体激光器器件发光效率、激光输出功率和激光器器件寿命。

背景技术

半导体激光器具有体积小、重量轻、寿命长、成本低、易于大量生产等优点，广泛应用于整个光电子学领域，已成为当今光电子科学领域的核心器件。在半导体激光器实际应用中，高亮度大功率的半导体激光器可作为固体激光器和光纤激光器的理想泵浦源，在材料加工、自由空间通讯、医疗等领域广泛应用。随着半导体激光器应用越来越广泛，对半导体激光器器件激光输出的功率、寿命及输出激光稳定性要求越来越严格，并已成为限制半导体激光器应用的重要影响因素。

在半导体激光器器件中，半导体激光器的谐振腔是一个重要组成部分，由自然解理面构成，因此，解理面对于半导体激光器的可靠性有着重要的影响。在进行到解理激光器Bar条工艺获得的Bar条的端面即为半导体激光器谐振腔的腔面，在半导体激光器谐振腔腔面的材料，材料的晶体周期性被破坏从而产生很多悬键，使得晶体表面存在了很多缺陷能级。另外，表面吸附的氧，位错，表面残留物和污染都会在原有的带隙中引入新的缺陷能级，这些都会在端面形成复合中心。同时，当半导体激光器芯片在空气中解理时，新解理出来的腔面很容易与空气中的氧原子或是其他杂质发生反应，进而产生氧化或是其他污染，并且半导体激光器腔面长时间暴露在空气中也极易产生腔面污染，造成表面态的生成。III-V族化合物半导体材料暴露在空气中时，由于其表面复杂的氧化层的形成，和其他污染物的存在，形成大量的表面态，造成半导体激光器腔面非辐射复合中心的形成，影响半导体激光器器件特性。研究表明，清除掉表面吸附的氧，表面残留和污染并进行表面钝化，可以极大降低表面复合中心的存在，从而提高半导体激光器的输出性能与寿命。

在现有半导体激光器器件制备工艺中，通常会存在Bar条解理面存在被氧化、表面残留物和表面污染的问题，造成这个问题的主要原因是在进行解理外延片时所处的真空环境较差，从而造成半导体激光器的腔面损伤阈值低，而半导体激光器的腔面损伤阈值是影响半导体激光器输出功率和寿命的重要影响因素，因此，对半导体激光器谐振腔腔面进行有效的工艺处理可有效提高半导体激光器的激光输出功率，提高半导体激光器的寿命和器件性能的稳定性。

发明内容

本发明提出一种半导体激光器材料钝化方法，这种方法提出一种对半导体激光器谐振腔腔面进行有效处理的装置，这种装置包括离子束轰击清洗处理部分和原子层沉积镀膜部分，并且这两部分均可以提供较好的真空环境，所述本发明所提出方法在将半导体激光器外延片进行解理获得Bar条后，在半导体激光器谐振腔腔面处理装置中对Bar条端面(即半导体激光器谐振腔前面)进行离子轰击达到对端面氧化物、表面残留物和其他污染进行清洗，处理环境处于真空环境，该处理方法降低了半导体激光器谐振腔腔面材料的表面态密度和非辐射复合中心，然后保持在真空环境中采用原子层沉积设备(ALD)对半导体激光器谐振腔腔面沉积1nm～10nm的钝化层，实现半导体激光器谐振腔腔面材料与外界环境隔绝减少氧和碳的污染，达到对半导体激光器谐振腔腔面保护的目的。通过对半导体激光器谐振腔腔面进行工艺处理，可提高半导体激光器的COD水平，进而提高半导体激光器器件的输出功率、器件的寿命和器件性能的稳定性。