激光器芯片的無(wú)雜質(zhì)空位誘導(dǎo)技術(shù)

為了提高激光器的抗COD能力，常用的一個(gè)手段是無(wú)雜質(zhì)空位誘導(dǎo)混合技術(shù)，該方法主要是簡(jiǎn)單。

激光器的原理和結(jié)構(gòu)示意圖如下：

要想在出光面有好的抗COD能力，

在芯片的AR面前端做非吸收窗口。

無(wú)雜質(zhì)空位誘導(dǎo)量子阱混合(IFVD – Impurity Free Vacancy Disordering） 是目前出現(xiàn)的量子阱混合技術(shù)中最簡(jiǎn)單的一種。 IFVD多采用在Ⅲ-Ⅴ族化合物晶體表面覆蓋一層介質(zhì)膜然后在 800℃-1000℃的高溫下進(jìn)行快速退火的方法來(lái)誘導(dǎo)混合。 最常用的介質(zhì)膜是SiO2， 而一些其它的介質(zhì)膜如SrF2、Si3 N4 等則多被用于掩蔽混合。

基于 IFVD 技術(shù)的理論研究還比較少， 大多數(shù)人認(rèn)為 IFVD 的機(jī)制是 Ga 在一些介質(zhì)膜如 SiO2 中的擴(kuò)散速率較高， 在高溫退火時(shí)， 晶體表面的 Ga 原子向介質(zhì)膜中擴(kuò)散， 因而在晶體中留下了 Ga 空位，這些空位向晶體內(nèi)部擴(kuò)散并導(dǎo)致了量子阱組分的互擴(kuò)散。而其它一些介質(zhì)膜如 SrF 2 等則能夠相對(duì)抑制Ga 原子向外擴(kuò)散， 使晶體中的 Ga 空位較少， 因而抑制了混合。

在IFVD中影響混合的因素有介質(zhì)膜的材料、 厚度、 應(yīng)力及淀積方法等， 同時(shí)一個(gè)不能忽略的因素是費(fèi)米能級(jí)效應(yīng)， 但到目前為止還沒(méi)有一個(gè)綜合考慮各種因素的模型。以SiO 2 為例， 我們知道Ga在SiO 2中有較快的擴(kuò)散速率， 而SiO 2 是一種比較疏松的介質(zhì)， 因此Ga在這種介質(zhì)中的固溶度也比較高。?SiO 2的疏松性取決于它的淀積方法， 如果SiO 2 中氧含量較高， 介質(zhì)膜就較為疏松。另外一個(gè)重要的因素是介質(zhì)與GaAs表面之間的應(yīng)力。GaAs的熱膨脹系數(shù)約為SiO 2 的 10 倍左右， 在退火過(guò)程中， GaAs表面將受到壓應(yīng)力的作用， 而Ga原子向外擴(kuò)散則有助于緩解這個(gè)應(yīng)力，??SiO 2 本身就是一種疏松的物質(zhì)， 在GaAs表面對(duì)它施加的巨大張應(yīng)力作用下， SiO 2 的結(jié)構(gòu)可能被破壞而變得更加疏松， 這進(jìn)一步促進(jìn)了Ga原子向外擴(kuò)散。雖然As原子也會(huì)向SiO 2 內(nèi)部擴(kuò)散， 但與Ga原子相比， As在SiO 2 中的擴(kuò)散速率是非常小的。退火方式對(duì)Ga的外擴(kuò)也有一定影響， 在同樣的退火溫度下， 使用升溫速度很快的快速退火時(shí)， Ga原子的外擴(kuò)速率較普通的爐內(nèi)慢退火要大， 這進(jìn)一步說(shuō)明了 應(yīng)力對(duì)Ga外擴(kuò)速率的影響， 因?yàn)榭焖偻嘶饡r(shí)SiO 2 與GaAs界面會(huì)產(chǎn)生更大的應(yīng)力。另外， 如果SiO 2 厚度較大， 量子阱混合程度也較大，這個(gè)現(xiàn)象被歸因于Ga在SiO 2 中達(dá)到了飽和濃度， 如果Ga飽和， 則不會(huì)有更多的Ga原子向外擴(kuò)散， 量子阱混合程度也不會(huì)再增強(qiáng)；而較厚的介質(zhì)膜則能夠容納更多的Ga原子， 從而產(chǎn)生較多的空位來(lái)誘導(dǎo)混合。同時(shí)， 較厚的SiO 2 在GaAs表面產(chǎn)生的應(yīng)力也比較大， 因此有助于Ga原子向外擴(kuò)散。

與 SiO 2 相比，其它介質(zhì)如 SrF 2 、 SiN 等， Ga 原子在其中的擴(kuò)散速率很小， 同時(shí)它們的熱膨脹系數(shù)和GaAs也出不多，因此在退火過(guò)程匯總產(chǎn)生的應(yīng)力就較小。SRF2施加在GaAS表面的應(yīng)力是張應(yīng)力，因此也可以作為IFVD的掩蔽材料。

常用的SiN和GaAs的熱膨脹系數(shù)的差別雖然較SiO2和GaAs的差別要小的多， 但ＳｉＮ是一種較為致密，退火容易起泡炸裂，而且PECVD做的SiN內(nèi)部含H多，退火過(guò)程容易揮發(fā)導(dǎo)致SiN鼓泡。可以先在450℃的氮?dú)猸h(huán)境下退火2小時(shí)，讓H揮發(fā)一下。

如何用好SiO2和SiN做IFVD不知道大家有什么好的想法沒(méi)。