ZnSe光学薄膜对GaAs表面特性的影响
GaAs基半导体激光器芯片在空气中解理后,解理腔面会被空气氧化形成腔面缺陷,在腔面形成的缺陷严重影响了器件的寿命。用GaAs衬底表面模拟半导体激光器的解理腔面,研究了不同的光学薄膜对GaAs表面特性的影响。研究结果表明暴露在大气中的GaAs表面会形成Ga2O3、As2O3和As2O5缺陷。在表面镀含氧光学膜的GaAs表面上会形成少量Ga2O3缺陷,不形成As2O3 和As2O5 缺陷,在表面镀ZnSe光学薄膜的GaAs 表面没有形成Ga2O3缺陷, 也没有形成As2O3和As2O5缺陷。在GaAs表面上蒸镀ZnSe光学薄膜能有效地抑制GaAs表面缺陷的形成,提高半导体激光器的寿命。
大功率半导体激光器具有体积小、重量轻、效率高、寿命长等诸多优点,在国民经济的许多领域有重要应用。在光存储、光通讯、国防、工业及医疗等领域的巨大应用前景,促使其向更高功率方向发展。据报道单条激光器最高输出功率已达到1010W,而最高效率已经超过85%,另外,数千瓦输出的阵列器件也已经出现。随着半导体激光器功率的上升,激光器的可靠性会急剧下降,寿命会严重缩短,那么如何保证在高功率输出的同时又具有较长的寿命,如何保证在高功率输出的同时尽量延长器件寿命成为了许多研究者非常关心的内容。由于磁控溅射离子反溅射能量很小,不能有效地去除GaAs表面的不稳定态和固有氧化物。故采用电子束真空镀膜设备和离子源装置来制备样品。本文用GaAs 衬底表面模拟半导体激光器的解理腔面,首次研究了不同的光学薄膜对GaAs表面特性的影响。研究结果表明在GaAs表面上蒸镀ZnSe薄膜能有效地抑制GaAs表面缺陷的形成, 提高半导体激光器的寿命。
GaAs衬底样品制备
为了研究不同的光学膜对半导体激光器芯片解理腔面的影响, 用GaAs(110)衬底表面来代替半导体激光器芯片的解理腔面。如图1 所示制备了三个样品, 准备进行X 射线光电光谱(XPS)仪分析。样品A是暴露在空气中的GaAs(110) 衬底, 用来作腔面缺陷分析参考。样品B 是在GaAs(110)衬底上镀1/4 波长808nm 氧化物光学薄膜。样品C是在GaAs(110)衬底上镀1/4 波长808nm ZnSe光学薄膜。
镀膜主要过程为:将样品B 固定在镀膜夹具上放进莱宝ARES710电子束真空镀膜机, 当真空度达到1.0×10-4 Pa 时, 用低能离子源清洗GaAs 表面, 保证离子平均能量小于30eV,目的是去除GaAs表面不稳定态和固有氧化物, 选用低能离子源目的是防止高能离子对GaAs表面产生破坏, 形成缺陷。接着蒸镀1/4波长808nm 氧化物光学薄膜。样品C 以相同的真空条件进行镀膜,在GaAs 表面上蒸镀1/4波长808nmZnSe光学薄膜。为了使样品测试结果稳定,保证每种样品在常温大气环境下均暴露6个月。
图1 XPS分析的样品
通过用GaAs衬底表面模拟半导体激光器的解理腔面,在GaAs表面蒸镀不同的光学薄膜,通过XPS测试分析,测试结果表明在GaAs表面镀ZnSe光学薄膜的样品,在表面没有形成Ga2O3缺陷, 也没有形成As2O3和As2O5缺陷, 能有效的抑制GaAs表面缺陷的形成,提高半导体激光器的寿命。
