GaAs基半導(dǎo)體激光器芯片在空氣中解理后,解理腔面會(huì)被空氣氧化形成腔面缺陷,在腔面形成的缺陷嚴(yán)重影響了器件的壽命。用GaAs襯底表面模擬半導(dǎo)體激光器的解理腔面,研究了不同的光學(xué)薄膜對(duì)GaAs表面特性的影響。研究結(jié)果表明暴露在大氣中的GaAs表面會(huì)形成Ga₂O₃、As₂O₃和As₂O₅缺陷。在表面鍍含氧光學(xué)膜的GaAs表面上會(huì)形成少量Ga₂O₃缺陷,不形成As₂O₃ 和As₂O₅ 缺陷,在表面鍍ZnSe光學(xué)薄膜的GaAs 表面沒(méi)有形成Ga₂O₃缺陷, 也沒(méi)有形成As2O3和As2O5缺陷。在GaAs表面上蒸鍍ZnSe光學(xué)薄膜能有效地抑制GaAs表面缺陷的形成,提高半導(dǎo)體激光器的壽命。

　　大功率半導(dǎo)體激光器具有體積小、重量輕、效率高、壽命長(zhǎng)等諸多優(yōu)點(diǎn),在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的許多領(lǐng)域有重要應(yīng)用。在光存儲(chǔ)、光通訊、國(guó)防、工業(yè)及醫(yī)療等領(lǐng)域的巨大應(yīng)用前景,促使其向更高功率方向發(fā)展。據(jù)報(bào)道單條激光器最高輸出功率已達(dá)到1010W,而最高效率已經(jīng)超過(guò)85%,另外,數(shù)千瓦輸出的陣列器件也已經(jīng)出現(xiàn)。隨著半導(dǎo)體激光器功率的上升,激光器的可靠性會(huì)急劇下降,壽命會(huì)嚴(yán)重縮短,那么如何保證在高功率輸出的同時(shí)又具有較長(zhǎng)的壽命,如何保證在高功率輸出的同時(shí)盡量延長(zhǎng)器件壽命成為了許多研究者非常關(guān)心的內(nèi)容。由于磁控濺射離子反濺射能量很小,不能有效地去除GaAs表面的不穩(wěn)定態(tài)和固有氧化物。故采用電子束真空鍍膜設(shè)備和離子源裝置來(lái)制備樣品。本文用GaAs 襯底表面模擬半導(dǎo)體激光器的解理腔面,首次研究了不同的光學(xué)薄膜對(duì)GaAs表面特性的影響。研究結(jié)果表明在GaAs表面上蒸鍍ZnSe薄膜能有效地抑制GaAs表面缺陷的形成, 提高半導(dǎo)體激光器的壽命。

　　GaAs襯底樣品制備

　　為了研究不同的光學(xué)膜對(duì)半導(dǎo)體激光器芯片解理腔面的影響, 用GaAs(110)襯底表面來(lái)代替半導(dǎo)體激光器芯片的解理腔面。如圖1 所示制備了三個(gè)樣品, 準(zhǔn)備進(jìn)行X 射線光電光譜(XPS)儀分析。樣品A是暴露在空氣中的GaAs(110) 襯底, 用來(lái)作腔面缺陷分析參考。樣品B 是在GaAs(110)襯底上鍍1/4 波長(zhǎng)808nm 氧化物光學(xué)薄膜。樣品C是在GaAs(110)襯底上鍍1/4 波長(zhǎng)808nm ZnSe光學(xué)薄膜。

　　鍍膜主要過(guò)程為:將樣品B 固定在鍍膜夾具上放進(jìn)萊寶ARES710電子束真空鍍膜機(jī), 當(dāng)真空度達(dá)到1.0×10^-4 Pa 時(shí), 用低能離子源清洗GaAs 表面, 保證離子平均能量小于30eV,目的是去除GaAs表面不穩(wěn)定態(tài)和固有氧化物, 選用低能離子源目的是防止高能離子對(duì)GaAs表面產(chǎn)生破壞, 形成缺陷。接著蒸鍍1/4波長(zhǎng)808nm 氧化物光學(xué)薄膜。樣品C 以相同的真空條件進(jìn)行鍍膜,在GaAs 表面上蒸鍍1/4波長(zhǎng)808nmZnSe光學(xué)薄膜。為了使樣品測(cè)試結(jié)果穩(wěn)定,保證每種樣品在常溫大氣環(huán)境下均暴露6個(gè)月。

圖1  XPS分析的樣品

　　通過(guò)用GaAs襯底表面模擬半導(dǎo)體激光器的解理腔面,在GaAs表面蒸鍍不同的光學(xué)薄膜,通過(guò)XPS測(cè)試分析,測(cè)試結(jié)果表明在GaAs表面鍍ZnSe光學(xué)薄膜的樣品,在表面沒(méi)有形成Ga2O3缺陷, 也沒(méi)有形成As2O3和As2O5缺陷, 能有效的抑制GaAs表面缺陷的形成,提高半導(dǎo)體激光器的壽命。