ZnSe光學(xué)薄膜對GaAs表面特性的影響
GaAs基半導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重影響了器件的壽命。用GaAs襯底表面模擬半導體激光器的解理腔面,研究了不同的光學(xué)薄膜對GaAs表面特性的影響。研究結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,提高半導體激光器的壽命。
大功率半導體激光器具有體積小、重量輕、效率高、壽命長(cháng)等諸多優(yōu)點(diǎn),在國民經(jīng)濟的許多領(lǐng)域有重要應用。在光存儲、光通訊、國防、工業(yè)及醫療等領(lǐng)域的巨大應用前景,促使其向更高功率方向發(fā)展。據報道單條激光器最高輸出功率已達到1010W,而最高效率已經(jīng)超過(guò)85%,另外,數千瓦輸出的陣列器件也已經(jīng)出現。隨著(zhù)半導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 )嚴重縮短,那么如何保證在高功率輸出的同時(shí)又具有較長(cháng)的壽命,如何保證在高功率輸出的同時(shí)盡量延長(cháng)器件壽命成為了許多研究者非常關(guān)心的內容。由于磁控濺射離子反濺射能量很小,不能有效地去除GaAs表面的不穩定態(tài)和固有氧化物。故采用電子束真空鍍膜設備和離子源裝置來(lái)制備樣品。本文用GaAs 襯底表面模擬半導體激光器的解理腔面,首次研究了不同的光學(xué)薄膜對GaAs表面特性的影響。研究結果表明在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)膜對半導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, 準備進(jìn)行X 射線(xiàn)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(cháng)808nm 氧化物光學(xué)薄膜。樣品C是在GaAs(110)襯底上鍍1/4 波長(cháng)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, 當真空度達到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GaAs表面產(chǎn)生破壞, 形成缺陷。接著(zhù)蒸鍍1/4波長(cháng)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(cháng)808nmZnSe光學(xué)薄膜。為了使樣品測試結果穩定,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測試分析,測試結果表明在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,提高半導體激光器的壽命。
