一种腔面镀膜的半导体激光器及镀膜方法与流程

本发明涉及一种腔面镀膜的半导体激光器及镀膜方法，属于半导体激光器。

背景技术：

1、半导体激光器是一种紧凑、高效且易于操作的激光器，其利用半导体的特性，产生受激发射的光束。半导体激光器具有许多优点，如体积小、重量轻、耗能低、寿命长等，因此在多个领域得到广泛应用，这些领域包括光谱分析、航空、通信等。例如在光通信领域，通讯波长范围较窄，那么作为传输信号的激光器就要求具有较窄的线宽和波长稳定性，此外在半导体泵浦源中，激光器泵浦光与晶体吸收谱波长有最佳匹配，一旦波长发生变化，晶体的耦合效率会降低，输出功率降低，在以上应用时都要求激光器波长随温度、电流或持续工作时波长变化小。但激光器长时间工作时，随着温度升高，中心波长发生红移，严重制约了半导体激光器的应用前景。

2、目前改善激光器波长漂移主要通过反馈布拉格激光器(dfb)、反射式体布拉格光栅(vbg)和垂直腔面发射激光器(vcsel)来实现。

3、其中，vcsel因具有温漂系数小、低功耗、易于与芯片集成等诸多优点而备受关注，但其单个芯片输出功率较低，限制了其应用范围；而dfb激光器则具有光束质量好、结构紧凑和易于制造等优点，但其工作温度范围较窄，且存在模式简并现象，稳定性相对较差；vbg通常被安置于激光器芯片外部，与ld(半导体激光器)一起使用。这种结构可以使激光器的波长保持稳定，但是对vbg空间位置、旋转角度及快速准直透镜的调整极其敏感，制造工艺复杂，成本较高。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供一种半导体激光器腔面膜膜系结构及镀膜方法，使用边发射激光器，在不增加芯片制备难度、降低功率的前提的下，通过改变激光器腔面膜系结构，降低波长红移，实现激光器波长锁定，降低随工作电流或温度产生的波长漂移。

2、本发明的技术方案如下：

3、一种腔面镀膜的半导体激光器，激光器一腔面镀有增透膜，增透膜结构为：

4、al2o3/tio2/sio2/tio2/sio2/tio2/sio2/tio2/sio2，或

5、al2o3/ta2o5/sio2/ta2o5/sio2/ta2o5/sio2/ta2o5/sio2，或al2o3/si/sio2/si/sio2/si/sio2/si

6、/sio2结构；高折射率材料为tio2或si或ta2o3，低折射率材料为sio2或al2o3；

7、激光器相对一侧腔面镀有高反膜，高反膜结构为al2o3/(sio2/tio2)^6，或(al2o3/tio2)^6，或(sio2/si)^6，或(al2o3/si)^6结构。

8、优选的，al2o3/tio2/sio2/tio2/sio2/tio2/sio2/tio2/sio2增透膜结构各层厚度为80nm/60nm/110nm/80nm/150nm/250nm/130nm/250nm/220nm；

9、al2o3/ta2o5/sio2/ta2o5/sio2/ta2o5/sio2/ta2o5/sio2增透膜结构各层厚度为88nm/61nm/116nm/92nm/150nm/278nm/135nm/276nm/223nm；al2o3/si/sio2/si/sio2/si/sio2/si/sio2增透膜结构各层厚度为88nm/30nm/108nm/35nm/134nm/152nm/121nm/150nm/202nm。

10、优选的，高反膜结构为al2o3/(sio2/tio2)^6时厚度为20nm/(140nm/80nm)^6，高反膜结构为(al2o3/tio2)^6时厚度为(125nm/91nm)^6；高反膜结构为(sio2/si)^6时厚度为(140nm/60nm)^6；高反膜结构为(al2o3/si)^6时厚度为(125nm/60nm)^6。

11、一种腔面镀膜的半导体激光器的镀膜方法，包括步骤如下：

12、1)使用晶片划裂机将半导体激光器芯片解理成巴条，将解理后的巴条放入专用巴条夹具；

13、2)提前清理电子束蒸发腔室，保证腔室整洁，确认坩埚膜料充足；

14、3)将巴条夹具放入电子束蒸发设备的行星架位置，抽真空，当真空度达到6×e-6torr时，打开烘烤装置烘烤温度设置为120-260℃温度烘烤30min，当真空度达到1×e-6torr时，开启镀膜控制开关，进行增透膜蒸镀，腔面接触层镀al2o3，高折射率材料tio2或si或ta2o3，低折射率材料为sio2，先镀al2o3薄膜，再依次蒸镀高低折射率tio2/sio2材料，具体的膜系结构及镀膜厚度为sub/al2o3/tio2/sio2/tio2/sio2/tio2/sio2/tio2/sio2/air＝

15、sub/80nm/60nm/110nm/80nm/150nm/250nm/130nm/250nm/220nm/air,增透膜al2o3材料镀膜速率蒸镀速率为高折射率材料tio2蒸镀速率为sio2蒸镀速率为

16、4)镀完增透膜后，打开自动翻转装置，进行高反膜蒸镀，高反膜结构为al2o3/(sio2/tio2)^6，或(al2o3/tio2)^6，或(sio2/si)^6，或(al2o3/si)^6结构；高反膜al2o3材料镀膜速率蒸镀速率为tio2蒸镀速率为sio2蒸镀速率为si蒸镀速率为

17、5)高反膜蒸镀后，腔室自然冷却至60℃，取出镀膜后的巴条，使用全自动划片机、裂片机，将激光器巴条分成单个激光器芯片；

18、将解理后的激光器芯片，使用全自动激光芯片固晶机将单个激光器芯片粘接在铟/铜热沉上合金，合金后的芯片，经装架、键合、封帽工后，完成整个芯片的封装。

19、优选的，步骤3)中，烘烤装置烘烤温度设置为200℃。

20、优选的，步骤4)中，al2o3薄膜沉积速率为tio2薄膜沉积速率为sio2薄膜沉积速率为si蒸镀速率为

21、本发明对激光器的镀膜可以使用电子束蒸发台，通过电子束蒸发的方式实现对增透膜或高反膜的蒸镀，包括等离子体辅助的原子层沉积、磁控溅射、脉冲激光沉积、等离子体增强的化学气相沉积、等离子体氧化、金属有机化合物化学气相沉积、离子束辅助沉积、电子回旋共振等离子体溅射等介质层沉积技术。

22、本发明镀膜工艺提出的先抽真空，且真空度达到1～10×10-7torr，再启动高温烘烤，且目的在于避免高温加速氧化，其烘烤温度可以是200℃，也可以在120-260℃。

23、本发明的有益效果在于：

24、本发明提供了一种激光器增透膜膜系结构及镀膜方法，这种增透膜可以与现有的边发射激光器芯片结构相结合，在不改变芯片结构、不增加芯片制备难度的前提下，能有效地改善激光器波长漂移的问题。

25、本发明制备的激光器方法具有简单、高效和经济的特点，有利于大规模生产和应用。

技术特征：

1.一种腔面镀膜的半导体激光器，其特征在于，激光器一腔面镀有增透膜，增透膜结构为：

2.根据权利要求1所述的腔面镀膜的半导体激光器，其特征在于，al2o3/tio2/sio2/tio2/sio2/tio2/sio2/tio2/sio2增透膜结构各层厚度为80nm/60nm/110nm/80nm/150nm/250nm/130nm/250nm/220nm；al2o3/ta2o5/sio2/ta2o5/sio2/ta2o5/sio2/ta2o5/sio2增透膜结构各层厚度为88nm/61nm/116nm/92nm/150nm/278nm/135nm/276nm/223nm；al2o3/si/sio2/si/sio2/si/sio2/si/sio2增透膜结构各层厚度为88nm/30nm/108nm/35nm/134nm/152nm/121nm/150nm/202nm。

3.根据权利要求1所述的腔面镀膜的半导体激光器，其特征在于，高反膜结构为al2o3/(sio2/tio2)^6时厚度为20nm/(140nm/80nm)^6，高反膜结构为(al2o3/tio2)^6时厚度为(125nm/91nm)^6；高反膜结构为(sio2/si)^6时厚度为(140nm/60nm)^6；高反膜结构为(al2o3/si)^6时厚度为(125nm/60nm)^6。

4.一种腔面镀膜的半导体激光器的镀膜方法，其特征在于，包括步骤如下：

技术总结
本发明涉及一种腔面镀膜的半导体激光器及镀膜方法，属于半导体激光器技术领域，激光器一腔面镀有增透膜，增透膜结构为：Al<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;/TiO<subgt;2</subgt;/SiO<subgt;2</subgt;/TiO<subgt;2</subgt;/SiO<subgt;2</subgt;/TiO<subgt;2</subgt;/SiO<subgt;2</subgt;/TiO<subgt;2</subgt;/SiO<subgt;2</subgt;，或Al<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;/Ta<subgt;2</subgt;O<subgt;5</subgt;/SiO<subgt;2</subgt;/Ta<subgt;2</subgt;O<subgt;5</subgt;/SiO<subgt;2</subgt;/Ta<subgt;2</subgt;O<subgt;5</subgt;/SiO<subgt;2</subgt;/Ta<subgt;2</subgt;O<subgt;5</subgt;/SiO<subgt;2</subgt;，或Al<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;/Si/SiO<subgt;2</subgt;/Si/SiO<subgt;2</subgt;/Si/SiO<subgt;2</subgt;/Si/SiO<subgt;2</subgt;结构；高折射率材料为TiO<subgt;2</subgt;或Si或Ta<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;，低折射率材料为SiO<subgt;2</subgt;或Al<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;；激光器相对一侧腔面镀有高反膜，高反膜结构为Al<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;/(SiO<subgt;2</subgt;/TiO<subgt;2</subgt;)^6，或(Al<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;/TiO<subgt;2</subgt;)^6，或(SiO<subgt;2</subgt;/Si)^6，或(Al<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;/Si)^6结构。在不增加芯片制备难度、降低功率的前提的下，通过改变激光器腔面膜系结构，降低波长红移，实现激光器波长锁定，降低随工作电流或温度产生的波长漂移。

技术研发人员：张佩佩,朱振,梁盼,晏骁哲,秦莉
受保护的技术使用者：潍坊华光光电子有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/11