基于ZnO薄膜材料的大功率半導(dǎo)體激光器腔面鈍化技術(shù).pdf

1、隨著高功率半導(dǎo)體激光器在光纖通信、工業(yè)加工、宇宙航天、醫(yī)療衛(wèi)生和國防軍事等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用及研究，社會對高功率半導(dǎo)體激光器的需求越來越大。其中，腔面膜技術(shù)是研制半導(dǎo)體激光器的關(guān)鍵技術(shù)之一，腔面膜性能的優(yōu)劣直接影響到半導(dǎo)體激光器的輸出功率、功率效率、可靠性和穩(wěn)定性等方面。本論文從半導(dǎo)體激光器的腔面退化機理和腔面光學(xué)膜的設(shè)計理論展開，以典型的808nmGaAs/AlGaAs高功率半導(dǎo)體激光器作為研究對象，提出了以ZnO薄膜作為腔面鈍化膜，前腔

2、面鍍制單層SiO2增透膜，后端面鍍制Si/SiO2高反射膜的方法，以獲得高激光損傷閾值腔面光學(xué)膜，從而提高半導(dǎo)體激光器的輸出功率和可靠性。主要研究內(nèi)容分為下幾個方面:
　　(1)分析了半導(dǎo)體材料的表面態(tài)來源和表面態(tài)對激光器退化的影響，指出表面態(tài)引起的非輻射復(fù)合是GaAs/AlGaAs激光器腔面發(fā)生光學(xué)災(zāi)變損傷的主要根源。然后，詳細(xì)介紹了等離子體清洗的基本過程和原理。最后研究了薄膜光學(xué)中的單層增透膜、多層增透膜以及多層高反膜的光學(xué)特

3、性和設(shè)計原理，并對多層介質(zhì)膜中的弱吸收情況進(jìn)行了討論。為設(shè)計和制備出高質(zhì)量GaAs/AlGaAs激光器腔面光學(xué)薄膜提供了理論依據(jù)和參考。
　　(2)采用射頻磁控濺射設(shè)備，以輝光放電方式引入等離子體并對GaAs樣品表面污染物和氧化層進(jìn)行清洗。分別探討了氬等離子體清洗技術(shù)、氫等離子體清洗技術(shù)以及氬、氫混合等離子體清洗技術(shù)對GaAs表面特性的影響。實驗結(jié)果表明，三種等離子體清洗技術(shù)均能對GaAs樣品表面進(jìn)行有效清洗，其中氬、氫氣混合等離

4、子體清洗技術(shù)結(jié)合了化學(xué)反應(yīng)和物理刻蝕的雙重作用，對GaAs樣品的清洗效果最佳。在氬氣和氫氣流量分別為10cm3·min-1和30cm3·min-1，工作壓強為2.5Pa，濺射功率為20W，清洗時間為15min的氬、氫混合等離子體清洗條件下，GaAs樣品的光致發(fā)光強度提高約140％，表面的As-O鍵和Ga-O鍵基本消失。
　　(3)采用射頻磁控濺射方法在GaAs(110)襯底上制備了ZnO薄膜，并通過低溫PL和XPS等測試手段分析了

5、ZnO薄膜對GaAs表面的鈍化效果。結(jié)果表明，經(jīng)ZnO薄膜鈍化后的樣品本征光致發(fā)光峰強度提高了112.5％，雜質(zhì)峰強度下降了82.4％。XPS光譜表明ZnO鈍化層能夠有效抑制鎵、砷氧化物的形成，GaAs表面的鎵、砷原子比值由1.47減小到0.94。證實了在GaAs表面沉積ZnO薄膜是一種可行的表面鈍化方法，為GaAs基光電器件性能的進(jìn)一步提高提供了新的途徑。
　　(4)圍繞808nmGaAs/AlGaAs激光器的腔面光學(xué)薄膜設(shè)計及