CN100574027C - 非对称结构的无铝有源区808nm大功率量子阱激光器 - Google Patents
非对称结构的无铝有源区808nm大功率量子阱激光器 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种非对称结构的无铝有源区808nm大功率量子阱激光器，其结构由下至上依次包括衬底、缓冲层、N型下限制层、下波导层、量子阱层、上波导层、势垒限制层、P型上限制层、过渡层和欧姆接触层，上波导层和下波导层采用无铝材料镓铟磷，量子阱层为铟镓砷磷材料，波导层和量子阱层共同组成无铝有源区，上限制层与上波导层之间具有一层厚度为50nm-150nm、带隙宽于上限制层并由P型铝镓铟磷材料形成的势垒限制层。本发明能够增加P型材料区的光限制因子，降低光向P型材料区的泄漏，减少高掺杂区的载流子光吸收损耗，提高激光器的工作效率，同时该结构提高了有源区对载流子的限制作用，降低了载流子的泄漏，也有利于阈值电流的减小。
Description
技术领域
本发明涉及一种大功率高效率的808nm量子阱激光器，属于半导体激光器技术领域。
背景技术
808nm大功率量子阱激光器广泛应用于抽运Nd:YAG固体激光器、工业加工和激光医疗等领域，有着非常广泛的应用前景和市场价值。随着应用的发展，要求激光器的输出功率越来越大。
为了获得稳定的高功率输出，目前808nm大功率量子阱激光器普遍采用的是低光学限制因子的对称大光腔甚至超大光腔结构，这些现有的对称结构中，一般采用1um以上厚度的铝镓砷为限制层，0.6um以上甚至1um以上的镓铟磷作为宽波导层。这些结构具有较大的等效横向光斑尺寸，因而可在腔面光学灾变发生之前获得高的输出功率和小的横向远场发散角。但是，在常规的对称结构中，进一步减小光限制因子会导致较强的载流子泄漏和高阶横模的产生；增加有源区厚度会增加激光器的串联电阻，也增加了激光器的温升，因此限制了激光器的连续高功率输出。在对称结构中，虽然大部分激光被限制在波导层中，但仍有一部分光子会泄漏到高掺杂区域，这部分光子与载流子相互作用，造成光吸收而损耗掉。而N型半导体材料中电子对光的吸收小于P型材料中空穴对光的吸收的特性使得P型高掺杂区自由载流子的光吸收成为主要的损失因素。同时大光腔对称结构中侧向模式限制也很弱，由温度梯度在侧向上引起的折射率变化使得输出模式变得不稳定。
发明内容
本发明针对808nm大功率量子阱激光器现有结构存在的问题，提供一种非对称结构的无铝有源区808nm大功率量子阱激光器，此结构激光器能够增加P型材料区的光限制因子，降低光向P型材料区的泄漏，减少高掺杂区的载流子光吸收损耗，提高激光器的工作效率，同时该结构提高了有源区对载流子的限制作用，降低了载流子的泄漏，有利于阈值电流的减小。
本发明提出的非对称结构的无铝有源区808nm大功率量子阱激光器，其结构由下至上依次包括衬底、缓冲层、下限制层、下波导层、量子阱层、上波导层、上限制层、过渡层和欧姆接触层，衬底和缓冲层均为N型掺杂镓砷材料，下限制层为N型铝镓铟磷材料，上限制层为P型铝镓铟磷材料，过渡层为P型镓铟磷材料，欧姆接触层为P型镓砷材料，上波导层和下波导层采用无铝材料镓铟磷，量子阱层为铟镓砷磷材料，上波导层、量子阱层和下波导层共同组成无铝有源区。
上限制层与上波导层之间具有一层厚度为50nm-150nm、带隙宽于上限制层并由P型铝镓铟磷材料形成的势垒限制层。
下限制层和上限制层的铝镓铟磷材料为不同铝组分材料，上限制层的铝镓铟磷材料中铝的重量含量为15％-25％，下限制层中铝的重量含量为5％-15％。均为低铝组分。
下波导层和上波导层的厚度不同，下波导层厚度为300nm-600nm，上波导层厚度为150nm-300nm。
本发明采用非对称无铝有源区结构形式，能够增加P型材料区的光限制因子，降低光向P型材料区的泄漏，减少高掺杂区的载流子光吸收损耗，提高激光器的工作效率，同时该结构提高了有源区对载流子的限制作用，降低了载流子的泄漏，也有利于阈值电流的减小。结构能够容易实现，并且具有非常好的重复性，能够适合批量生产满足市场需求。
附图说明
附图是本发明的非对称无铝有源区808nm大功率量子阱激光器的结构示意图。
图中：1、衬底，2、缓冲层，3、下限制层，4、下波导层，5、量子阱层，6、上波导层，7、势垒限制层，8、上限制层，9、过渡层，10、欧姆接触层。
具体实施方式
如附图所示，本发明的非对称无铝有源区808nm大功率量子阱激光器的结构由下至上依次为衬底1、缓冲层2、下限制层3、下波导层4、量子阱层5、上波导层6、势垒限制层7、上限制层8、过渡层9和欧姆接触层10。衬底1用于在其上进行激光器各层材料的外延生长，衬底为(100)面的N型高掺杂镓砷材料。缓冲层2生长在衬底1上，为N型高掺杂镓砷材料。下限制层3生长在缓冲层2上，为N型铝镓铟磷材料。下波导层4生长在下限制层3上，为镓铟磷材料。量子阱层5生长在下波导层4上，为铟镓砷磷材料。上波导层6生长在量子阱层5上，为镓铟磷材料。势垒限制层7生长在上波导层6上，为P型铝镓铟磷材料。上限制层8生长在势垒限制层7上，为P型铝镓铟磷材料；过渡层9生长在上限制层8上，为P型镓铟磷材料；欧姆接触层10生长在过渡层9上，为P型高掺杂镓砷材料。
上限制层8为低铝组分的铝镓铟磷材料，铝含量只有15％-25％，容易得到高掺杂、高质量的外延材料，能够减小激光器的串联电阻。
下限制层3和上限制层8为不同铝组分的铝镓铟磷材料，下限制层的铝含量更低，只有5％-15％的含量，降低了N型材料区与有源区的折射率差，提高了P型材料区与有源区的折射率差，有利于光场向N型材料区扩展，从而减少光吸收提高光电转换效率并降低远场发散角。
上限制层8与上波导层6之间具有一层50nm-150nm薄的、带隙宽于上限制层8的由P型铝镓铟磷材料形成的势垒限制层7，容易形成强的载流子限制结构，从而降低载流子的泄漏，减小阈值电流，也有利于降低上限制层8的铝组分和厚度。
下波导层4、量子阱层5、上波导层6组成无铝结构的有源区，能够提高腔面的光学灾变损伤阈值，从而提高激光器的最大输出功率。下波导层4和上波导层6的厚度不同，下波导层4厚度为300nm-600nm，上波导层厚度为150nm-300nm，有利于改变有源区和限制层的折射率差，降低远场发散角，并能够降低温度梯度对光场模式的影响。
本发明采用非对称无铝有源区结构形式，结构能够容易实现，并且具有非常好的重复性，能够适合批量生产满足市场需求。提高腔面的光学灾变损伤阈值；在降低N型区的光限制因子的同时增加了P型区的限制因子，有利于减少光吸收、提高转换效率；提高了P面对载流子的限制作用，降低了阈值电流。同时也有利于减小远场发散角，实现低阈值、高效率的大功率808nm半导体量子阱激光器。
Claims (1)
1.一种非对称结构的无铝有源区808nm大功率量子阱激光器，其结构由下至上依次包括衬底、缓冲层、下限制层、下波导层、量子阱层、上波导层、上限制层、过渡层和欧姆接触层，其特征在于，衬底和缓冲层均为N型掺杂镓砷材料，下限制层为N型铝镓铟磷材料，上限制层为P型铝镓铟磷材料，过渡层为P型镓铟磷材料，欧姆接触层为P型镓砷材料，上波导层和下波导层采用无铝材料镓铟磷，量子阱层为铟镓砷磷材料，上波导层、量子阱层和下波导层共同组成无铝有源区，所述上限制层与上波导层之间具有一层厚度为50nm-150nm、带隙宽于上限制层并由P型铝镓铟磷材料形成的势垒限制层，所述下限制层和上限制层的铝镓铟磷材料为不同铝组分材料，上限制层的铝镓铟磷材料中铝的重量含量为15％-25％，下限制层中铝的重量含量为5％-15％，所述下波导层和上波导层的厚度不同，下波导层厚度为300nm-600nm，上波导层厚度为150nm-300nm。
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