激光器腔面钝化的制作方法

专利名称：激光器腔面钝化的制作方法
技术领域：
本发明涉及高功率二极管腔面钝化处理，其提高了二极管激光器 的制造性能以及可靠性。
背景技术：
由于具有高电光效率、较窄光谱宽度以及高束质量，高功率二极 管激光器可以用作常规固态激光器、薄片激光器以及光纤激光器的泵 浦源。对于这些应用，通常希望具有长寿命(例如，超过30000小时)， 可靠以及稳定的输出，高输出功率，高电光效率以及高束质量。这种 性能的标准继续推动二极管激光器的设计以达到新的性能水平。
因为现代的晶体成长反应器可以制造出非常高质量的半导体材 料，这种高功率二级光激光器的长期可靠性可以很大程度上依赖于激 光器腔面的稳定性。尽管通常对于常规涂敷的没有Al的材料比 AlGaAs材料具有更好的腔面稳定性，但是在小于一微米的波长下工 作的高功率无Al的GaAs激光器还受到腔面退化的影响，通过使得 二极管性能标准中短期和长期方面的下降，该腔面退化使得二极管激 光器的可靠性下降。
激光器腔面退化是一个复杂的化学反应，其可以由光、电流以及 热导致，并可以在老化(bum-in)期间导致短期功率退化，在正常操作 期间导致长期功率退化，并且在比较严重的情况下，导致灾变光学镜 面损伤(COMD)。可以在反射涂层和半导体材料之间的界面抑制(trap)
8二极管激光器裂开的表面处存在的复合氧化物和点缺陷。在将电流施 加到器件的时候，由于通过点缺陷和表面的氧化而在带隙之间存在的
状态，使得该面用作载体接收器(carrier sink)，从而电荷载体可以向 该腔面扩散。从二极管发射的光可以光激励腔面表面的载流子，导致 产生电子空穴对，以及从电子空穴对产生的电荷可以电化学驱动该腔 面处的氧化反应。此外，会出现非辐射性的重新结合，导致点缺陷运 动和局部变热。半导体材料变热可以导致在该腔面处的热氧化，还增 加了在半导体氧化物界面处形成的吸收氧化层的厚度。
在其他情况下，GaAs上的天然氧化物和相关的半导体化合物通 常形成层，使得大部分GaO都在化合物表面的附近。砷元素可以在 半导体-氧化物界面沉淀为岛状点缺陷或成为均匀的层。这种类似于 金属的砷缺陷是很强的吸收中心，并且可以认为对于在腔面处的光吸 收有较大作用。随着在表面处的氧化反应继续，界面层的总吸收随着 腔面区域的加热而增加，显著地减少了腔面处的带隙能量，并使得热 失控。

发明内容
在第一主要方面，本发明是通过控制第一室内的气氛来制备二极 管的方法，使得氧气含量和水汽含量控制在预定程度之内，并将该二 极管激光器从在第一室中受控制的气氛内的晶片上解理，以在二极管 激光器的至少一个腔面上形成具有预定厚度的天然氧化层。在解理之 后，该二极管激光器从第一室运送到具有受控气氛的第二室中，通过 至少部分去除该腔面上的天然氧化层来清洁该二极管激光器的腔面， 且使得该二极管激光器的腔面钝化。
这种新方法提供了一种大批量的制造工艺，其使得可以进行可重 复且可靠的二极管激光器腔面钝化。通过部分去除二极管激光器腔面 上的天然氧化物并形成非晶表面层，就在腔面附近获得较低温度，这 提高了二极管激光器的性能标准。在执行解理和随后防止重新氧化的 表面钝化处理之后，进行上述可以重复的部分去除二极管激光器腔面 上形成的天然氧化物。
9具体实施方式
可以包括一个或多个下面的特征。例如，控制的气
氛可以具有约为大气压20%之内的气压(例如，大于大气压)并具有小 于约10ppm的氧气含量以及小于约10ppm的水汽含量。该清洁可以 包括在二极管激光器的腔面上形成非晶表面层。
从晶片上解理二极管激光器可以包括在具有受控气氛的室中进 行解理，以形成在二极管激光器的前腔面和后腔面上具有预定厚度的 天然氧化物层。清洁可以包括清洁该二极管激光器的前腔面和后腔 面，其中包括部分去除前腔面和后腔面上的天然氧化层。钝化可以包 括钝化二极管激光器的前腔面和后腔面。
从晶片上解理激光器可以包括沿着晶片的边缘划出解理标记，在 晶片的内部划出芯片标记，沿着解理标记将晶片解理，以及沿着芯片 标记将晶片解理。从晶片解理激光器可以包括沿着晶片的边缘划出解 理标记，沿着解理标记将晶片解理，并在晶片处理的期间沿着蚀刻在 晶片上的线将该晶片解理。
该方法可以包括从受控气氛将晶片传送到真空室中，而不将晶片 暴露在比受控气氛中存在的更大氧气和水汽的部分压力的气氛中，并 将真空室中排真空到小于10—8托的基础压力。部分去除天然氧化层的 处理可以包括在真空室中以离子束轰击该天然氧化层。形成该非晶表 面层可以包括在真空室中以离子束轰击该天然氧化层。轰击的离子可 以包括氙离子，氩离子，氖离子，氮离子，质子和/或合成气体离子。 钝化该腔面的处理可以包括在真空室内在该腔面上沉积包括硅、非晶 硅和/或氢化非晶硅的材料的层。
该方法可以包括在前腔面上沉积防反射涂层，并在后腔面沉积高 反射涂层。该防反射涂层可以包括氧化铝、五氧化钽、二氧化硅和/ 或氮化硅。该高反射涂层可以包括低折射率材料和高折射率材料的交 替层。低折射率材料可以包括氧化铝，且高折射率材料可以包括非晶 硅和/或五氧化钽。
在部分去除前腔面上的天然氧化层、在前腔面上形成非晶表面 层、以及钝化前腔面的步骤以及部分去除后腔面上的天然氧化层、在 后腔面上形成非晶表面层、以及钝化后腔面的步骤之间，可以将二极
10管激光器翻转而不使得将其暴露于气氛。在部分去除前腔面的天然氧 化层、在前腔面上形成非晶表面层以及钝化前腔面的步骤之前，可以 将二极管激光器翻转而不使得其暴露于气氛中。
在沉积高反射涂层和沉积防反射涂层的步骤之间可以翻转二极 管激光器而不使其暴露于气氛中。
在另一个总的方面，本发明是通过上述任意方法形成的二极管激 光器。另一个总的方面，本发明是通过上述任何方法形成的二极管激 光器阵列。
除非另外进行了限定，这里使用的所有技术和科技术语具有与本 发明所属领域的技术人员通常所理解的同样含义。在下面描述了合适 的方法和材料，但是与这里所描述的类似或是等同的方法和材料可以 用于本发明的实践或是测试。这里提到的所有的出版物、专利申请、 专利和其他参考文件可以通过引用将其全部内容结合在此。在冲突的 情况下，本说明书包括定义可以控制。此外，材料、方法和例子仅仅 是示意性的而不是限定性的。
一个或多个实施方式的细节将参照附图在下面的说明书中具体 说明。其他的特征和优点将从这些说明书和附图以及权利要求书中更 加显而易见。


图1A、 1B和1C是具有未泵浦腔面(unpumped facet)区域的脊波 导二极管激光器的示意性透视图2A和2B是未泵浦腔面的脊波导二极管激光器中限定脊的第 一掩模布图的示意性俯视图3是限定未泵浦腔面的脊波导二极管激光器的顶部电触点的 第二掩模布图的示意性俯视图4是图1C中二极管激光器通过标记的4-4平面的示意性截面
图5是具有未泵浦腔面区域的脊波导二极管激光器的第二实施 方式的示意性透视图6是图5和11中二极管激光器通过标记的6-6平面的示意性
ii截面图7是具有未泵浦腔面区域的脊波导二极管激光器的第三实施 方式的示意性透视图8是图7和12中二极管激光器通过标记的8-8平面的示意性 截面图9是具有未泵浦腔面区域的脊波导二极管激光器的第四实施 方式的示意性透视图10是定义二极管激光器上未泵浦腔面区域的掩模布图的示意 性俯视图11是具有未泵浦腔面区域的脊波导二极管激光器的第五实施
方式的示意性透视图12是具有未泵浦腔面区域的脊波导二极管激光器的第六实施
方式的示意性透视图13是设置在划片胶带上的晶片的示意性俯视图14是处理二极管激光器的晶片的室的示意图15是在离子束轰击腔面的时候该腔面上非晶层和天然氧化层
厚度的关系图16是二极管激光器的示意俯视图17是比较具有未泵浦腔面的各种脊波导二极管激光器的腔面 温度和注入电流的试验结果的图18是不同脊波导二极管激光器的输出功率和注入电流比较的
图19是比较不同脊波导二极管激光器的束发散角的图20是比较具有钝化的未钝化腔面的激光器的老化效果的图。
在各个图中，类似的附图标记标识类似的元件。
具体实施例方式
总的来说，描述制备二极管激光器前后腔面的方法。该方法在受 控制的环境中(例如，以〈10ppm的氧气，<10ppm的水汽的气压)结 合对多个二极管激光器的处理步骤(例如，解理，堆叠以及腔面涂层)，以可重复地氧化该腔面、部分去除天然氧化物、形成非晶表面层、钝 化该腔面以及沉积光学涂层。
制造具有未泵浦腔面的二极管激光器
参照图1A，半导体发光器件(例如，高功率二极管激光器)100包 括多个半导体层，其在基底l上外延生长。例如，GaAs缓冲层2可 以生长在GaAs衬底1上，且n掺杂InGaP熔覆层3可以生长在缓冲 层2上。在n掺杂熔覆层3上，InGaAs活性层5可以生长在两个 InGaAsP波导层4和6之间。在活性层5中，In、 Ga和As的相对含 量，以及活性层的厚度可以这样选择，以使得二极管激光器100具有 所需的工作波长。在上波导层6之上，可以生长p掺杂InGaP熔覆层 9和GaAs盖层10。可以通过各种沉积技术来生长半导体层，例如包 括分子束外延生长(MBE)、化学气相沉积(CVD)以及气相外延(VPE)。 如下面所详细描述的，可以在单个晶片上生长多个二极管激光器IOO，
并随后将其从晶片中解理。
参照图1B，在生长了半导体层之后，可以通过有选择地去除盖 层10和熔覆层9与脊102相邻的一部分，使得具有约3-200微米宽 度w，或是更具体的80-120微米(例如，100微米)、并从二极管激光 器100的前腔面14延伸到后腔面15的脊102形成在二极管激光器 100的上层中。该脊102使用光刻技术来限定，并随后盖层10和熔 覆层9与脊102临近的部分被蚀刻到上波导层6和上熔覆层9之间的 界面。该蚀刻可以使用液体或是等离子蚀刻剂来执行。例如，在HC1: H3P04酸可以用作蚀刻剂时，该波导层6用作蚀刻阻止层，使得与脊 102临近的盖层10和熔覆层9被去除，但是在蚀刻剂到达波导层6
的时候结束蚀刻处理。
脊102的宽度和长度通过脊蚀刻掩模210或220来限定，分别如 图2A和图2B所示。脊掩模210可以具有恒定的宽度(例如，大于IO 微米的宽度)，如图2A所示，或者脊蚀刻掩模220在端部可以比在器 件中间更窄，如图2B所示，以在二极管激光器100上产生恒定宽度 或是锥形宽度脊102。锥形的宽度波导可以用作模式滤波器并由此减 少二极管激光器100发射的光束的慢轴发散角。参照图1C，在形成脊102之后，SbN4绝缘层7可以沉积在器件 IOO的上表面上，因此覆盖脊102。绝缘层7例如可以通过等离子增 强CVD工艺来沉积，其中硅烷和氨从器件IOO之上流过，同时将器 件加热到约300°C,且将强无线电频率电磁场施加在器件的区域上以 使得气体分开(crack)，使得在器件的顶部形成S^N4层。
在沉积绝缘层7之后，通过光刻在脊102的顶表面上对绝缘层进 行构图，以限定与盖层10的电触点区域。如图3所示，用于限定与 盖层10的电触点的掩模具有这样的图案，宽度为w,，这基本等于或 是稍微窄于脊102的宽度，但是这比脊102的长度短，并且没有延伸 到二极管激光器100的端部(腔面区域)。
在光刻之后，通过蚀刻处理将脊102的顶表面的部分绝缘层7去 除，以形成孔12，该孔没有延伸到脊102和二极管激光器100的端 部，由此将沿着脊102延伸的盖层10的一部分暴露出来。随后，顶 部的金属接触层8沉积在器件100的顶表面上，覆盖脊102和在绝缘 层7中限定的孔12中暴露的部分盖层10。
图4示出图1C所示的二极管激光器100的截面。绝缘层7位于 半导体外延层之上，并在盖层IO和上熔覆层9中限定的脊102的一 侧，但是包括脊102上的开口。金属接触层8位于脊102上，并通过 绝缘层7中形成的开口 12与盖层10接触。
在单个衬底上形成二极管激光器阵列的时候，在脊蚀刻之后可以 引入附加掩模层和蚀刻步骤，以光学地隔离相邻二极管激光器，并防 止横向放大自发辐射，或所谓的"交叉激光发射(crosslasing)"。
在生长外延层、制造脊、以及沉积绝缘和接触层之后，激光器晶 片经受标准后侧处理以在基底1上提供后侧金属层11。其上生长激 光器的晶片随后被解理以产生单独的二极管激光器或二极管激光器 阵列IOO。该晶片这样被解理，以使得单个二极管激光器100的腔面 形成为与脊102上的一点间距10微米之上，在该点处金属接触层8 和盖层10之间的接触结束。最后，单个二极管激光器100的腔面被 覆盖上具有所需反射性的材料。在下面详细描述解理和腔面覆盖的处 理。选择蚀刻Si3Ht层和沉积金属层8的结果是将电触点沿着脊102 的长度设置在盖层10上，但是没有设置在脊端部的附近(例如，在约 10-100微米之内，或是更具体的在二极管激光器端部20-60微米(例 如，30微米)之内)，其中在该脊端部附近设置有二极管激光器的腔面。 在操作二极管激光器100的期间，在金属接触层8与盖层10接触的 区域下面，电流沿着脊102注入器件100，但是不在面14、 15附近 的脊102的末端发生，在这里通过绝缘层7使得金属接触层8与盖层 IO分开。因此，在脊102下面接近于腔面的部分激光腔未受泵浦。
如图5所示，可以有选择地蚀刻二极管激光器100'，使得金属接 触层8在腔面14、 15的附近不与盖层10接触，但是使得完全通过上 熔覆层9和部分通过上波导层6蚀刻脊102。还可以由完全蚀刻通过 上波导层而形成脊102，如图7所示。InGaAsP上波导层6可以用例 如&02: H2S04: H20的蚀刻剂来蚀刻掉。
图6示出图5所示的二极管激光器100'的截面。绝缘层7位于半 导体外延层上面，并位于在盖层10和上熔覆层9之中限定的脊102 的侧面，但是位于较低深度的位置，并且穿入上波导层6直到脊102 的侧面。绝缘层包括脊102上的开口 12，通过该开口，金属接触层8 与盖层102相接触以将电流注入到器件100中。
图8示出图7所示二极管激光器的截面，其中通过完全蚀刻通过 上波导层6，在盖层10、上熔覆层9以及上波导层6之中限定脊102。 通过使得蚀刻工艺前进预定时间长度而控制蚀刻的深度。更深的蚀刻 深度导致提高的横向电流限制，尽管更深的蚀刻深度还引入横向折射 率阶越(lateml index step),这可以导致附加的横向模式，其加宽二极 管激光器IOO射出的光束的慢轴发散角。
如图9所示，在前腔面14和/或后腔面15的附近，可以去除盖 层10的一部分。因此，仅有很少量的电流注入前腔面14和后腔面 15附近的活性层中。在生长外延层之后，如图1A所示，通过光刻来 对顶盖层10进行构图，来限定前腔面14和/或后腔面15附近的要被 去除的盖层10的一个或多个区域。还参照图10，用于限定盖层10 要被去除的部分的掩模具有这样的图案，其以宽度W2，约10-100微
15米，或是更具体的为20-60微米(例如，30微米)靠近二极管激光器100 的腔面14和15。在蚀刻以去除前腔面14和/或后腔面15附近的盖层 IO之后，产生了脊102，沉积该绝缘层7并构图为具有用于顶部触点 的开口12，且沉积金属接触层8。或者，可以在去除前腔面14和/或 后腔面15附近的部分盖层102之前产生脊102。
图4示出图9所示的二极管激光器的截面。绝缘层7位于半导体 外延层上并位于盖层10和上熔覆层9中限定的脊102的侧面，但是 包括脊102上的开口。金属接触层8位于脊102之上并通过绝缘层7 中形成的开口 12与盖层10相接触。
类似地，在这里描述的另一个二极管激光器的结构中，可以去除 前腔面14和/或后腔面15附近的部分盖层10。例如，如图11所示， 在通过部分蚀刻到上波导层6中而限定脊102的二极管激光器中，可 以去除盖层10的一个或多个部分，并且，如图12所示，在通过完全 蚀刻通过上波导层6以限定脊102的二极管激光器中，可以去除盖层 10的一个或多个部分。图5示出图11所示的二极管激光器的截面， 且图6示出图12所示二极管激光器的截面。
这里描述的二极管激光器具有金属接触层8，其与二极管激光器 的盖层10相接触，以将电流注入二极管激光器中间的活性层5中， 但是其没有在到二极管激光器的前腔面14和后腔面15约10-100微 米之内、或是更具体的20-60微米之内接触盖层10。因此，电流没有 注入到面14和15附近的活性层5中，这导致较低欧姆热以及二极管 激光器100中腔面14和15附近的较低温度增加。不希望被原理所限 制，可以相信，在腔面14和15附近具有未泵浦区域的器件中，在腔 面14和15处较少出现热氧化，这会导致器件更好的短期和长期性能。
腔面钝化
在按照上述方式构造晶片以产生二极管激光器之后，将晶片解理 成单个二极管激光器100，且二极管激光器的一个或多个前和后腔面 14和15被钝化并加以涂层。单个二极管激光器100的该解理、加涂 层和面钝化处理在湿度和氧气含量受到控制的环境中进行。通过在该 控制的环境下进行腔面处理，在解理之后在腔面上形成具有可重复实现厚度的天然氧化层，且可以去除预定量的初始天然氧化层，同时在 腔面上形成预定厚度的非晶表面层。以均匀厚度的天然氧化层，就可 以更容易地获得能重复实现且可以预测性能的器件。在去除天然氧化 层的一部分并形成非晶表面层之后，该面被钝化并在该腔面上沉积光 学涂层。
参照图13，在晶片外延生长、p侧处理、晶片减薄以及n侧处理 之后，二极管激光器晶片25初始设置在通过环23保持位置的划片胶 带24上。晶片25这样设置在划片胶带24上，使得气泡没有留在晶 片和胶带之间。例如，晶片100的一边可以靠着划片胶带设置，且随 后该晶片可以逐渐降低放置到该胶带上，使得气氛没有留在该晶片 25和胶带之间。
参照图14，在解理晶片25之前，晶片25和环23加载到通过闸 阀31与解理室32相连的负载锁30上。在负载锁30中设置晶片25 和环24之后，负载锁30中的气氛就被低水气和氧气含量的气氛所取 代(例如，小于约10ppm的氧气和水气)。在获得负载锁30中所需的 气氛后，将闸阀31打开，且晶片25和环24被移动到解理室32中， 其中保持气氛具有预定量的水气和氧气含量(例如，水气和氧气的每 个约《ppm)。在将晶片25和环23加载到解理室32之后，闸阀31 关闭。闸阀30和解理室32中的总压力可以保持为稍微高于标称气压 之上，使得小缝不会使得较大量的水气和氧气进入负载锁30或是解 理室32中。
在解理室32中，晶片24设置在自动划线和分割工具33之上， 其中在晶片25上限定单个二极管激光器。再次参照图13，为了在晶 片上限定单个二极管激光器，沿晶片25的边沿设置划线标记26，以 划出二极管激光器的前腔面14和后腔面15(图1A)将要解理的位置。 下面，将晶片旋转90度，且在晶片25的内部划出芯片标记29，以 限定将要从晶片25中解理的激光条的宽度。下面，将晶片向回旋转 90度，且沿着第一组划线标记26分割晶片25。这些划线标记使得该 断裂(break)沿着二极管激光器晶片25的长度方向传播。下面，晶片 被再次旋转90度，且该晶片25被沿着晶片内的芯片标记组29断开。
17其他方法也可以用于从晶片25中解理单个的二极管激光器。例如， 在"无划线划片(scribdess dicing)"中，通过附加的p侧处理步骤避 免了需要芯片标记组29，该附加步骤例如在晶片上的较深蚀刻，这 就为将激光条分成单个二极管激光器100提供了合适的解理面。
解理晶片使得二极管激光器的腔面暴露于解理室32的气氛中， 使得前腔面和后腔面氧化，即使它们保持在解理室32的受控环境中。 然而，由于连续监视室32内气氛的氧气和湿度程度，并且将其控制 为较低以及可重复生成的程度，因此在腔面上形成的氧化层在室32 内解理的每片晶片上都获得了基本上一样的厚度。尽管希望腔面上具 有相对较薄的氧化层，以使得可以高效地实现随后的去除层，但是对 于在室32中处理的每个晶片，氧化层的厚度应该基本上恒定。
在解理之后，从划片胶带上单独除去单个二极管激光器，并通过 例如自动条堆叠工具在腔面涂层座(mount)中堆叠。自动条堆叠工具 可以用作手动处理单个二极管激光器的替换方式，因为在解理室32 中处理单个二极管激光器是很困难的。垂直堆叠二极管激光器以将前 腔面14和后腔面15暴露于进行腔面涂层。在堆叠上激光器的设置是 受到控制的，并可以重复以最小化在涂敷期间超范围喷洒的量，这可 以导致在封装激光器100的时候出现问题。激光器可以在彼此顶部上 直接堆叠，或是激光器的层可以间隔物交替堆叠。
一旦腔面涂层座己经装载了二极管激光器100，该腔面涂层座就 通过腔面涂层负载锁(loadlock)35被传送到腔面涂层室36。该面涂层 座中的激光器可以从解理室32传送到气密负载锁35中，且负载锁 35和解理室32之间的闸阀37关闭。负载锁35中的气氛保持在基本 与解理室32中气氛类似的条件下(即，低氧气和水气含量)，使得不 会通过将解理的激光器加载到负载锁35上而改变腔面上形成的氧化 层。在加载堆叠的激光器到负载锁35上之后，负载锁35内的气氛被 排出(例如，到小于10—5托)，打开负载锁35和腔面涂层室36之间的 闸阀38，该堆叠的激光器被传送到腔面涂层室36中，并关闭闸阀38。
在加载激光器和座到腔面涂层室36中之后，该室中的气氛被排 空直到小于5X1(TS托的基本压力。在面涂层室36中，双源离子束沉积工具39用于去除激光器上的部分天然氧化层，并施加涂层到该腔 面上。来自工具39的第一离子源40的低能量(例如，约25-100ev)离 子束被导向该腔面，以部分去除激光器100的前腔面14上的天然氧 化层。第一源40的源气体可以包括氩、氖、氮、氢以及形成气体(即， 约5%氢和约95%氮)。前腔面14的离子轰击使用椭率计现场监视， 以记录表面氧化蚀刻的过程。
如图15所示，在离子轰击前腔面期间记录的代表性数据说明腔 面14上的天然GaAs-氧化物层在轰击发生后随着时间流逝而减少。 由于通过离子束蚀刻了表面氧化物，就在腔面上形成了表面下非晶 GaAs(a-GaAs)层。如图15所示，在大约90秒之后，腔面上表面氧化 层的厚度获得约5埃的渐进值，而表面下非晶层获得约20埃的厚度。 较长时间的离子轰击不会显著减少天然氧化物层的最终厚度，且天然 氧化物不能完全从该腔面上去除。由于在解理室中有气氛，所以就要 小心控制负载锁以及腔面涂层室36，对于在室中处理的所有激光器， 每个激光器的该前腔面的初始和最终厚度是基本相等的。例如，如图 15所示，激光器前腔面上天然氧化层的初始厚度可以约为25埃，而 最终厚度可以为约5埃。
再次参照图14，在腔面清洁之后(g卩，去除部分天然氧化物层和 形成非晶层)，以防止腔面14重氧化的钝化层使得该前腔面钝化。通 过来自工具39的第二离子源41的离子束溅射沉积形成该钝化层。来 自第二源41的较高能量(例如，约500-1000eV)的离子束被导向室36 中的靶，且在靶表面上溅射的材料沉积在激光器100的前腔面14上。 第二源40的源气体可以包括氩、氮或是氙。靶可以包括硅，且典型 的钝化层可以包括非晶硅或是氢化非晶硅，并可以是约20-50埃厚度 (例如，约25、 30、 35、 40或45埃厚度)。
最终，通过使用工具39的第二离子束源41以溅射沉积在激光器 前腔面上沉积低折射率材料的防反射(AR)涂层。AR涂层材料的典型 例子包括氧化铝(Al203)、五氧化钽(Ta20s)、 二氧化硅(Si02)以及氮化
硅(Si3N4)。
在制备激光器前腔面后，将激光器旋转180度，且处理步骤被重
19复以制备激光器100的后腔面15。在制备后腔面的时候，减少天然 氧化物并形成非晶层，将腔面钝化，并沉积高反射率(HR)涂层。为了
产生高反射率涂层，可以在后腔面上沉积Al203层和非晶硅的交替层
或是A1203层和Ta205的交替层。
如图16所示，在处理之后，单个二极管激光器100包括脊102、 前腔面14、和后腔面15。前腔面14包括非晶层50、天然氧化层51、 钝化层52和AR涂层53。后腔面14包括非晶层60、天然氧化层61、 钝化层62和HR涂层63。
性能
参照图17，图1700显示了对于各种脊波导二极管激光器在120 小时老化之后，比较腔面温度(摄氏度)和注入电流(安培)的实验结果。 如图1700所示，与其他具有与越过二极管激光器的脊的整个长度与 盖层接触的金属接触层的相同二极管激光器相比，具有未泵浦区域的 激光二极管在直到1.5A的所有电流上的腔面温度，低于其他器件中 直到1.5A的所有电流上的温度。
参照图18，图1800显示了在适当的老化期之后，对于脊波导二 极管激光器的输出功率(瓦特)与注入电流(安培)的关系。具有未泵浦 腔面二极管激光器100出射的功率(上图)大于具有泵浦腔面的其他相 同激光器的出射功率(下图)。
参照图19，图1900显示了对于不同的脊波导二极管激光器的相 对强度与慢轴远场强度的关系。具有未泵浦腔面的二极管激光器100 出射的束沿着慢轴(即，平行于二极管激光器100的宽度)的该远场发
散角(点划线)低于具有泵浦腔面的其他相同二极管激光器出射的束 的远场发散角(实线)。
参照图20，图2000显示了对于不同二极管激光器功率改变百分 比和老化时间(小时)的关系。图2000示出具有钝化腔面和未钝化腔 面的不同二极管激光器的老化效应。具体的说，在二极管激光器的腔 面被钝化(上部的线)以防止形成附加氧化层时，在老化时间段之后从 该二极管激光器输出的功率不会退化(如下部的线所示)。
20其他实施方式
已经描述了多种实施方式。但是可以理解还可以作出各种变形方 式。因此，其他实施方式也落在后面权利要求的范围内。
权利要求
1、一种制备二极管激光器的方法，该方法包括控制反应室内的气氛，使得将氧气含量和水汽含量控制在预定水平之内；在该反应室中受控的气氛内将该二极管激光器从晶片上解理，以在该二极管激光器的至少一个腔面上形成具有预定厚度的天然氧化层；清洁该二极管激光器的腔面，包括部分去除该腔面上的天然氧化层；以及将该二极管激光器的所述腔面钝化。
2、 根据权利要求1所述的方法，其中所述清洁包括在该二极管 激光器的所述腔面上形成非晶表面层。
3、 根据权利要求1所述的方法，其中控制在该反应室内的气氛 包括控制在第一反应室内的气氛。
4、 根据权利要求3所述的方法，还包括在受控的气氛中将该二 极管激光器从该第一反应室传送到第二反应室，其中在该第二反应室 中发生清洁和钝化。
5 、 根据权利要求1所述的方法，其中该受控的气氛具有在约20% 大气压之内的压力，并具有小于约10ppm的氧气含量以及小于约 10ppm的水汽含量。
6、 根据权利要求5所述的方法，其中该受控制的气氛具有大于 大气压的压力。
7、 根据权利要求1所述的方法，其中将该二极管激光器从该晶片上解理的处理包括沿着该晶片的边沿划出解理标记； 在该晶片的内部划出芯片标记； 沿着该解理标记使该晶片断开；以及 沿着该芯片标记使该晶片断开。
8、 根据权利要求1所述的方法，其中将该激光器从该晶片上解 理的处理包括沿着该晶片的边沿划出解理标记；沿着该解理标记使该晶片断开；以及沿着在处理晶片期间蚀刻妾IJ该晶片内的线断开该晶片。
9、 根据权利要求1所述的方法，还包括将该晶片从该受控的气氛中传送到真空反应室中，而不将该晶片 暴露于比该受控的气氛中存在的更大氧气或水汽分压中；以及 将该真空反应室排空到小于约10—8托的基本压力。
10、 根据权利要求9所述的方法，其中部分去除该天然氧化层的 处理包括在该真空反应室内以离子束轰击该天然氧化层。
11、 根据权利要求9所述的方法，其中清洁处理包括在该二极管 激光器的腔面上形成非晶表面层，还包括在该真空反应室内以离子束 轰击该天然氧化层。
12、 根据权利要求IO所述的方法，其中该轰击离子束包括从具 有氙离子、氩离子、氖离子、氮离子、质子和合成气体离子的组中选 出的离子。
13、 根据权利要求9所述的方法，其中钝化该腔面的处理包括在 该真空反应室内在该腔面上沉积包括硅的材料的层。
14、 根据权利要求13所述的方法，其中该材料的层包括非晶硅。
15、 根据权利要求13所述的方法，其中该材料的层包括氢化非晶硅o
16、 根据权利要求1所述的方法，其中从晶片解理该二极管激光器包括在该反应室的受控的气氛中进 行解理，以在该二极管激光器的前腔面和后腔面上形成具有预定厚度 的天然氧化层；清洁处理包括清洁该二极管激光器的前腔面和后腔面，包括部分 去除该前腔面和后腔面上的天然氧化层；以及钝化处理包括钝化该二极管激光器的前腔面和后腔面。
17、 根据权利要求16所述的方法，还包括 在该前腔面上沉积防反射涂层；以及 在该后腔面上沉积高反射涂层。
18、 根据权利要求16所述的方法，还包括在清洁和钝化该前腔面的步骤以及清洁和钝化该后腔面的步骤 之间，旋转该二极管激光器而不将该二极管激光器暴露于气氛；以及在该前腔面上沉积防反射涂层的步骤和在该后腔面上沉积高反 射涂层的步骤之间，旋转该二极管激光器而不将该二极管激光器暴露 于气氛。
19、 根据权利要求16所述的方法，还包括在清洁该前腔面和钝化该前腔面的步骤以及清洁该后腔面和钝 化该后腔面的步骤之间，旋转该二极管激光器而不将该二极管激光器 暴露于气氛。
20、 根据权利要求16所述的方法，还包括在清洁和钝化该前腔 面的步骤之前，旋转该二极管激光器而不将该二极管激光器暴露于气 氛。
21、 根据权利要求16所述的方法，还包括 在钝化该后腔面之后在该后腔面上沉积高反射涂层； 在该前腔面上沉积防反射涂层；以及在沉积该高反射涂层和沉积该防反射涂层的步骤之间，旋转该二 极管激光器而不将该二极管激光器暴露于气氛。
22、 根据权利要求16所述的方法，还包括在该前腔面上沉积该 防反射涂层的步骤之前，旋转该二极管激光器而不将该二极管激光器 暴露于气氛。
23、 根据权利要求16所述的方法，还包括 部分去除前腔面上的该天然氧化物、在该前腔面上形成非晶层、钝化该前腔面、并在该前腔面上沉积防反射涂层；随后旋转该二极管激光器而不将该二极管激光器暴露于气氛；且随后 部分去除后腔面上的该天然氧化物、在该后腔面上形成非晶层、钝化该后腔面、并在该后腔面上沉积高反射涂层。
24、 根据权利要求16所述的方法，还包括 部分去除后腔面上的该天然氧化物、在该后腔面上形成非晶层、钝化该后腔面、并在该后腔面上沉积高反射涂层；随后旋转该二极管激光器而不将该二极管激光器暴露于气氛；且随后 部分去除前腔面上的该天然氧化物、在该前腔面上形成非晶层、钝化该前腔面、并在该前腔面上沉积防反射涂层。
25、 根据权利要求16所述的方法，还包括部分去除前腔面上的该天然氧化物、在该前腔面上形成非晶层、钝化该前腔面；随后旋转该二极管激光器而不将该二极管激光器暴露于气氛；随后部分去除后腔面上的该天然氧化物、在该后腔面上形成非晶层、 钝化该后腔面、并在该后腔面上沉积高反射涂层；随后旋转该二极管激光器而不将该二极管激光器暴露于气氛；且随后在该前腔面上沉积防反射涂层。
26、 根据权利要求16所述的方法，还包括 部分去除后腔面上的该天然氧化物、在该后腔面上形成非晶层、并钝化该后腔面；随后旋转该二极管激光器而不将该二极管激光器暴露于气氛；且随后部分去除前腔面上的该天然氧化物、在该前腔面上形成非晶层、 钝化该前腔面、在该前腔面上沉积防反射涂层；随后旋转该二极管激光器而不将该二极管激光器暴露于气氛；且随后在该后腔面上沉积高反射涂层。
27、 根据权利要求1所述的方法，还包括在腔面上沉积防反射涂层。
28、 根据权利要求27所述的方法，其中该防反射涂层具有从包 括氧化铝、五氧化钽、二氧化硅以及氮化硅的组中选出的一种或多种 材料。
29、 根据权利要求1所述的方法，还包括在该后腔面上沉积高反 射涂层。 ，
30、 根据权利要求29所述的方法，其中该高反射涂层包括低折 射率材料和高折射率材料的交替层。
31、 根据权利要求30所述的方法，其中所述低折射率材料包括氧化铝，且其中该高折射率材料包括非晶硅。
32、 根据权利要求30所述的方法，其中所述低折射率材料包括 氧化铝，且其中该高折射率材料包括五氧化钽。
33、 一种由权利要求1所述的方法形成的二极管激光器。
34、 一种二极管激光器阵列，通过下面步骤形成 控制反应室内的气氛，使得将氧气含量和水汽含量控制在预定程度之内；在该反应室中控制的气氛内将每个二极管激光器阵列从晶片上 解理，以在该二极管激光器的腔面上形成具有预定厚度的天然氧化 层；清洁该阵列中每个二极管激光器的腔面，包括部分去除该二极管 激光器腔面上的该天然氧化层；钝化该阵列中每个二极管激光器的腔面；以及 光学地隔离该阵列中的相邻二极管激光器。
全文摘要
制备二极管激光器前腔面和后腔面的方法，该方法包括控制第一反应室内的气氛，使得将氧气含量和水汽含量控制在预定程度之内，并在该第一反应室中控制的气氛内将该二极管激光器从晶片上解理，以在该二极管激光器的前腔面和后腔面上形成具有预定厚度的天然氧化层。在解理之后，将该二极管激光器在控制气氛中从第一反应室运送到第二反应室中，部分除去该二极管激光器前腔面和后腔面上的天然氧化层，在该二极管激光器前腔面和后腔面上形成非晶表面层，且钝化该二极管激光器前腔面和后腔面。
文档编号H01L21/20GK101501816SQ200680018185
公开日2009年8月5日 申请日期2006年3月27日 优先权日2005年3月25日
发明者G·沙拉什, H·施吕特, J·霍斯泰勒, R·J·门纳, R·W·罗弗, R·拉迪奥诺瓦, 江钦龙 申请人:通快光子学公司