阅读说明：本技术 一种液体环境下解理钝化半导体激光器腔面的方法 (Method for cleaving and passivating cavity surface of semiconductor laser in liquid environment ) 是由 孙春明 夏伟 苏建 徐现刚 于 2020-05-27 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种液体环境下解理钝化半导体激光器腔面的方法,属于半导体激光器腔面钝化镀膜技术领域。该方法利用解理划片机在钝化溶液环境下完成解理,解理后在钝化溶液中放置一段时间,此过程保证半导体激光器腔面不接触到空气,保证了其腔面的洁净度,并且利用钝化溶液在腔面形成一层保护层,之后放入到真空镀膜机中蒸镀增透膜和高反膜。本发明采用液体环境下解理钝化半导体激光器腔面的方法对半导体激光器腔面进行了有效的保护,防止空气中的氧等污染物污染腔面,有效提高半导体激光器的寿命和可靠性。(The invention relates to a method for cleaving and passivating a cavity surface of a semiconductor laser in a liquid environment, and belongs to the technical field of passivation coating of the cavity surface of the semiconductor laser. The method comprises the steps of finishing cleavage in a passivation solution environment by using a cleavage dicing saw, placing the semiconductor laser in the passivation solution for a period of time after the cleavage, ensuring that the cavity surface of the semiconductor laser is not contacted with air in the process, ensuring the cleanliness of the cavity surface of the semiconductor laser, forming a protective layer on the cavity surface by using the passivation solution, and then placing the protective layer into a vacuum coating machine for evaporation coating of an antireflection film and a high-reflection film. The method for cleaving and passivating the cavity surface of the semiconductor laser in the liquid environment is adopted to effectively protect the cavity surface of the semiconductor laser, prevent oxygen and other pollutants in the air from polluting the cavity surface, and effectively improve the service life and reliability of the semiconductor laser.)

一种液体环境下解理钝化半导体激光器腔面的方法

技术领域

本发明涉及一种液体环境下解理钝化半导体激光器腔面的方法，属于半导体激光器腔面钝化镀膜技术领域。

背景技术

半导体激光器由于其光电转换效率高、体积小、全固态以及波长范围宽等独特优势，在工业、医学、军事等行业得到了广泛的应用并其应用领域正在不断的拓宽。目前大多数领域都需要半导体激光器具有高功率、高亮度、高转换效率和长寿命等特点，而高功率、高亮度的半导体激光器在使用过程中会出现功率退化、失效等问题，这是由于在半导体激光器的腔面处，光功率密度较高，缺陷密度较大，位错等缺陷将产生表面光吸收和非辐射复合，光吸收和非辐射复合产生的热量使温度升高，同时导致带隙的局部热收缩，而光吸收和非辐射复合会随着温度的升高而加剧，形成一个正反馈过程，从而导致光学灾变损伤(COD)的发生，这对大功率激光器显得尤为突出。

目前现有技术中，为了提高COD阈值，通常采用等离子清洗、高真空解理等方法，等离子清洗是利用高能量等离子体去除半导体激光器腔面的氧化物和其他污染物，并在清洗后镀一层宽禁带材料作为钝化层以此来减少腔面的悬挂键和防止氧元素以及其它杂质污染腔面。该方法的缺点是低能量下无法有效去除腔面污染物，高能量则会破坏腔面，导致激光器性能下降。高真空解理则是在超高真空环境下对半导体激光器芯片进行解理，解理后马上镀一层宽禁带材料，能有效防止空气中的氧元素和其他杂质对半导体激光器腔面的污染，该方法的缺点是设备昂贵，且无法批量生产，只适合实验室科研用。

中国专利CN105633793A公开了“一种半导体激光器腔面钝化方法”，该方法设置有一个钝化腔，将裸露腔面的半导体激光器芯片放置在钝化腔内并在钝化腔内充入钝化气体，利用短波长激光束照射钝化腔使钝化气体形成离化气体分子，在一定温度下与激光器腔面处的材料发生化学反应，生产具有保护作用的表面层。该方法的缺点是半导体激光器的腔面在解理并摆条后才放入到钝化腔内，此时腔面接触空气的时间很长，而经过大量试验证实，腔面暴露在空气中会在很短的时间内形成一层氧化层，导致腔面表面态密度增大，这将会对载流子起到散射中心和非辐射复合中心作用，从而容易引起光学灾变损伤(COD)，而该方法没有有效去除该氧化层，只是在氧化层上生成一层保护层，无法有效改善光学灾变现象。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种液体环境下解理钝化半导体激光器腔面的方法，该方法利用解理划片机在钝化溶液环境下完成解理，解理后在钝化溶液中放置一段时间，此过程保证半导体激光器腔面不接触到空气，保证了其腔面的洁净度，并且利用钝化溶液在腔面形成一层保护层，之后放入到真空镀膜机中蒸镀增透膜和高反膜。采用液体环境下解理钝化半导体激光器腔面的方法对半导体激光器腔面进行了有效的保护，防止空气中的氧等污染物污染腔面，有效提高半导体激光器的寿命和可靠性。

本发明采用以下技术方案：

一种液体环境下解理钝化半导体激光器腔面的方法，包括以下步骤：

(1)样品在外部使用普通的解理划片机在表面的解理位置划好一道刻痕，刻痕深度为10微米以上；

(2)将带有刻痕的样品完全浸入钝化液容器中的钝化液中，并放置在样品台上，使得样品表面的刻痕与滚轮的运动路线保持在一条直线上，通过滚轮的压力使样品沿表面的刻痕裂开，完成解理工作；

(3)解理后的样品放置在钝化液中3-5分钟，钝化液采用冰水混合保持恒温，温度控制在0℃，完成钝化工作，之后将解理后的样品从钝化液中取出，分别在去离子水中清洗后，用氮气吹干；

(4)将吹干的样品装入镀膜专用夹具，放入电子束蒸发真空室，用电子束蒸发工艺对半导体激光器进行腔面镀膜。

优选的，钝化液容器内设置有可旋转的支撑台，样品台底部与可旋转的支撑台顶部固定连接，样品台可随着可旋转支撑台转动，以调节样品台上样品的角度。

本发明的可旋转支撑台、样品台、滚轮均设置于钝化液容器内，可旋转支撑台可旋转地安装在钝化液容器内，具体安装方式不限，比如可通过轴承等方式安装，此处不再赘述。

优选的，步骤(1)中刻痕长度为50-200微米，刻痕的形状可以为矩形、V形等均可，本发明对刻痕的形状没有要求。

优选的，步骤(2)中滚轮的压力值为3-5psi。

优选的，钝化液位于钝化液容器内，钝化液容器放置于防震动台上，钝化液容器的尺寸能够满足解理要求即可。

进一步优选的，钝化液包括Se、(NH₄)₂S、去离子水以及叔丁醇，钝化溶液中Se、(NH₄)₂S、去离子水以及叔丁醇质量比为(1-1.5):(3-5):(7-12):(9-14)。

进一步优选的，钝化液的配置方法为：

首先将(NH₄)₂S与去离子水配置成(NH₄)₂S溶液，然后将高纯Se(纯度为99.999％)加入到(NH₄)₂S溶液中搅拌5-10min，待Se完全溶解后，与叔丁醇混合配置成钝化溶液。

本发明的钝化机理是腔面氧化物能溶于含S溶液中，在去除氧化物的同时，钝化溶液能与新鲜表面生成一层S和Se钝化膜，有效减少表面态密度。

优选的，步骤(4)中，在半导体激光器的前腔面镀增透膜，后腔面镀高反膜。

优选的，本发明的解理划片机型号为LOOMISLSD-100。

根据本发明优选的，滚轮通过气缸控制其在样品表面的压力，控制其压力值为3-5psi，气缸为现有解理划片机的一部分，气缸与滚轮之间的连接方式，可参照现有的解理划片机结构。

本发明优选通过设置在钝化液容器的两侧壁之间的固定杆控制滚轮的运动路线，确保滚轮的运动路线为一条直线，该固定杆起到引导滚轮的作用，不会影响滚轮的对样品的施力。

本发明未详尽之处，均可采用现有技术。

本发明的有益效果为：

1、本发明提供一种液体环境下解理钝化半导体激光器腔面的方法，直接在钝化液环境下进行解理，解理后的新鲜腔面直接接触钝化液，从而达到隔绝空气的目的，有效防止腔面被氧化。

2、本发明的一种液体环境下解理钝化半导体激光器腔面的方法，该方法在隔绝空气的同时，在新鲜腔面生成一层具有一定厚度的钝化膜，该钝化膜可在大气环境下有效隔绝空气以及空气中的污染物，达到有效保护腔面的目的。

3、本发明的一种液体环境下解理钝化半导体激光器腔面的方法，可实现对半导体激光器腔面的有效钝化，提升器件的COD功率。

附图说明

图1为本发明一种实施例的钝化液容器整体结构示意图；

图2为发明的一种实施例的带有划痕的样品示意图；

图中，1-钝化液容器，2-钝化液，3-滚轮，4-带有刻痕的样品，5-样品台，6-可旋转的支撑台，7-防震动台。

具体实施方式

：

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述，但不仅限于此，本发明未详尽说明的，均按本领域常规技术。

实施例1：

一种液体环境下解理钝化半导体激光器腔面的方法，包括以下步骤：

(1)样品在外部使用普通的解理划片机在表面的解理位置划好一道刻痕，刻痕深度为10微米以上；

(2)将带有刻痕的样品4完全浸入钝化液容器1中的钝化液2中，并放置在样品台5上，使得样品表面的刻痕与滚轮3的运动路线保持在一条直线上，通过滚轮3的压力使样品沿表面的刻痕裂开，如图2所示，箭头为滚轮运动方向，完成解理工作；

(3)解理后的样品放置在钝化液2中3-5分钟，钝化液2采用冰水混合保持恒温，温度控制在0℃，完成钝化工作，之后将解理后的样品从钝化液中取出，分别在去离子水中清洗后，用氮气吹干；

(4)将吹干的样品装入镀膜专用夹具，放入电子束蒸发真空室，用电子束蒸发工艺对半导体激光器进行腔面镀膜，在半导体激光器的前腔面镀增透膜，后腔面镀高反膜。

优选的，如图1所示，钝化液容器1内设置有可旋转的支撑台6，样品台5底部与可旋转的支撑台6顶部固定连接，并可随着可旋转支撑台6转动，以调节样品台上样品的角度。

本发明的可旋转支撑台6、样品台5、滚轮3均设置于钝化液容器1内，可旋转支撑台6可旋转地安装在钝化液容器1内，可旋转支撑台内设置有轴承。

实施例2：

一种液体环境下解理钝化半导体激光器腔面的方法，如实施例1所述，所不同的是，步骤(1)中刻痕长度为100微米，刻痕的形状为V形。

实施例3：

一种液体环境下解理钝化半导体激光器腔面的方法，如实施例1所述，所不同的是，步骤(2)中滚轮的压力值为3-5psi。

实施例4：

一种液体环境下解理钝化半导体激光器腔面的方法，如实施例1所述，所不同的是，钝化液容器放置于防震动台7上。

实施例5：

一种液体环境下解理钝化半导体激光器腔面的方法，如实施例1所述，所不同的是，钝化液2包括Se、(NH₄)₂S、去离子水以及叔丁醇，钝化溶液中Se、(NH₄)₂S、去离子水以及叔丁醇质量比为(1-1.5):(3-5):(7-12):(9-14)；

钝化液2的配置方法为：

首先将(NH₄)₂S与去离子水配置成(NH₄)₂S溶液，然后将高纯Se(纯度为99.999％)加入到(NH₄)₂S溶液中搅拌5-10min，待Se完全溶解后，与叔丁醇混合配置成钝化溶液。

本发明的钝化机理是腔面氧化物能溶于含S溶液中，在去除氧化物的同时，钝化溶液能与新鲜表面生成一层S和Se钝化膜，有效减少表面态密度。

实施例6：

一种液体环境下解理钝化半导体激光器腔面的方法，如实施例1所述，所不同的是，本发明的解理划片机型号为LOOMISLSD-100。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。