CN101702490B - 一种采用阱中量子点(dwell)的中红外锑化物激光器结构 - Google Patents
一种采用阱中量子点(dwell)的中红外锑化物激光器结构 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101702490B CN101702490B CN2009102177838A CN200910217783A CN101702490B CN 101702490 B CN101702490 B CN 101702490B CN 2009102177838 A CN2009102177838 A CN 2009102177838A CN 200910217783 A CN200910217783 A CN 200910217783A CN 101702490 B CN101702490 B CN 101702490B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- dwell
- quantum dot
- trap
- quantum
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
本发明是一种采用阱中量子点(DWELL)的中红外锑化物激光器结构,即阱中量子点(DWELL)中红外激光器结构,即在量子阱(WELL)中嵌入量子点(DOT),通过增加器件中DWELL的有效周期数目提升器件效率。减少有源区In组分和优化量子点、阱宽度和覆盖层,将外延层的应变减至最小。由于量子点的发射效率、光增益都强于量子阱;阱中量子点(DWELL)对电子的俘获能力、反射率和光限制能力强于单层量子点和多量子阱结构,所以这种阱中量子点(DWELL)结构具有较高的发射效率。阱中量子点(DWELL)结构的中红外激光器兼备了传统量子阱和量子点激光器的特点,在阱中量子点(DWELL)中载流子复合效率更高,可以在更高温度下工作。
Description
技术领域
本发明涉及半导体激光器材料技术领域,属于半导体激光器新型材料的外延结构领域。
背景技术
中红外波段在光电子器件应用领域表现了巨大应用潜力,特别是2-10μm波段:大气光学检测和环境监测,自由空间光通讯,红外测试,清洁能源,生物技术和热成像。例如,许多污染物和有毒气体、液体的指纹特征谱线都落在这个波段:甲烷(3.3μm),CO2(4.6μm),CO(4.2μm),NOx(6.5μm)在各种复杂环境、高浓度和大范围(ppb到100%)下的多组件在线精确测量。中红外波段也在要求高感应度和高灵敏度的医药品,生物医学成像上也表现了独特的应用价值,而且中红外波段的激光器在新一代光纤通信领域也有着重要的应用前景。
GaSb基材料是2-10μm中红外波段光电器件的首选材料。世界上许多重要的大学和科研机构都在这方面投入了研究,如美国麻省理工学院林肯实验室、Sarnoff公司、海军实验室、休斯顿大学、德国Fraunhofer研究所、慕尼黑工业大学、法国Montpellier II大学等。
锑化物材料和器件的研究存在相当的难度:窄禁带中红外半导体器件的载流子吸收、俄歇复合、表面复合等效应较大,影响了器件性能。量子点中红外激光器是一种颇有前景的器件,相比于同类竞争的量子阱器件,这种低维结构的器件同时拥有高效率和无需冷却的优点,但是单个量子点层的效率低,仅仅通过简单地生长更多的量子点层来改正这个缺点并不容易,因为这将在外延层中产生应变位错。
本发明设计了一种采用阱中量子点(DWELL)的中红外锑化物激光器结构,即在量子阱(WELL)中嵌入量子点(DOT),通过增加器件中阱中量子点(DWELL)的有效周期数目提升器件效率。该结构的中红外激光器兼备了传统量子阱和量子点激光器的特点,可以在更高温度下工作。
发明内容
本发明是一种采用阱中量子点(DWELL)的中红外锑化物激光器结构,减少有源区In组分和优化量子点、阱宽度和覆盖层,将外延层的应变减至最小,优化的势垒宽度提高DWELL结构效率。由于量子点的发射效率、光增益都强于量子阱;该结构对电子的俘获能力、反射率和光限制能力强于单层量子点和多量子阱结构,所以这种结构具有较高的发射效率。
本发明是一种采用阱中量子点(DWELL)的中红外锑化物激光器结构。本发明是这样实现的,见图1所示,该结构的中红外半导体激光器结构包括GaSb衬底(1),GaSb缓冲层(2),Al0.9Ga0.1As0.03Sb0.97下限制层(3),Al0.3Ga0.7As0.02Sb0.98下波导层(4),阱中量子点(DWELL)层(5),Al0.3Ga0.7As0.02Sb0.98上波导层(9),Al0.9Ga0.1As0.03Sb0.97上限制层(10),GaSb欧姆层(11)。其中阱中量子点(DWELL)层(5)由势垒层Al0.3Ga0.7As002Sb0.98(6),量子阱层In0.2Ga0.8As0.02Sb0.98(7),以及嵌在其中的InGaSb量子点层(8)构成。所采用的设备为分子束外延设备(MBE)。
本发明的技术效果在于通过增加器件中的有效周期数目提升了效率,提高激光器的电光转换效率,从而提高激光器的整体性能。
具体实施方式
如图1所示,一种采用阱中量子点(DWELL)的中红外锑化物激光器结构包括:n型GaSb衬底(1),n型GaSb缓冲层(2),n型Al0.9Ga0.1As0.03Sb0.97下限制层(3),n型Al0.3Ga0.7As0.02Sb0.98下波导层(4),阱中量子点(DWELL)层(5),p型Al0.3Ga0.7As0.02Sb0.98上波导层(9),p型Al0.9Ga0.1As0.03Sb0.97上限制层(10),p型GaSb欧姆层(11);衬底(1)为材料外延生长的基底,采用Te掺杂的GaSb衬底,生长0.5μm的Te掺杂GaSb缓冲层(2),下限制层为厚度为1.2μm的Al0.9Ga0.1As0.03Sb0.97层(3),下波导层为厚度为0.35μm的Al0.3Ga0.7As0.02Sb0.98层(4),有源区为利用3-5个周期阱中量子点(DWELL)层(5),上波导层为厚度为0.35μm的Al0.3Ga0.7As0.02Sb0.98层(9),上限制层为厚度为1.2μm的Al0.9Ga0.1As0.03Sb0.97层(10),欧姆接触层(11)包括200nm的p型GaSb层;其中阱中量子点(DWELL)(5)为3-5个周期的40nm势垒层Al0.3Ga0.7As0.02Sb0.98(6),15nm量子阱层In0.2Ga0.8As0.02Sb0.98(7),以及嵌在其中的2.5原子层的InGaSb量子点层(8)。
下面结合实例说明本发明,采用的设备为分子束外延设备(MBE)。
衬底(1)为(100)取向、Te掺杂浓度1~2×1018cm-3的GaSb晶体材料;
GaSb缓冲层(2),生长温度560℃,n(Te)掺杂2×1018cm-3,厚度0.5μm;
Al0.9Ga0.1As0.03Sb0.97下限制层(3),生长温度540℃,Te掺杂,浓度为5×1018cm-3,生长1.2μm。
Al0.3Ga0.7As0.02Sb0.98下波导层(4),生长温度540℃,生长0.35μm。
3-5周期阱中量子点(DWELL)层(5):40nm势垒层Al0.3Ga0.7As0.02Sb0.98(6),生长温度540℃;15nm量子阱层In0.2Ga0.8As0.02Sb0.98(7),以及嵌在其中的2.5原子层的InGaSb量子点层(8),生长温度420℃。
Al0.3Ga0.7As0.02Sb0.98上波导层(9),厚度为0.35μm,生长温度540℃;
Al含量0.9的Al0.9Ga0.1As0.03Sb0.97上限制层(10),生长温度540℃,Be掺杂,浓度为5×1018cm-3,厚度为1.2μm;
欧姆接触层(11)为200nm的p型GaSb层,生长温度540℃,Be掺杂,浓度为2×1019cm-3。
附图说明:图1为一种采用阱中量子点(DWELL)的中红外锑化物激光器结构示意图。
Claims (5)
1.一种采用阱中量子点(DWELL)的中红外锑化物激光器结构包括:n型GaSb衬底(1),n型GaSb缓冲层(2),n型Al0.9Ga0.1As0.03Sb0.97下限制层(3),n型Al0.3Ga0.7As0.02Sb0.98下波导层(4),3-5个周期的阱中量子点(DWELL)层(5),p型Al0.3Ga0.7As0.02Sb0.98上波导层(9),p型Al0.9Ga0.1As0.03Sb0.97上限制层(10),p型GaSb欧姆接触层(11);衬底(1)为材料外延生长的基底,采用Te掺杂的GaSb衬底,生长0.5μm的Te掺杂GaSb缓冲层(2),下限制层为厚度为1.2μm的Al0.9Ga0.1As0.03Sb0.97层(3),下波导层为厚度为0.35μm的Al0.3Ga0.7As0.02Sb0.98层(4),有源区为利用3-5个周期阱中量子点(DWELL)层(5),上波导层为厚度为0.351μm的Al0.3Ga0.7As0.02Sb0.98层(9),上限制层为厚度为1.2μm的Al0.9Ga0.1As0.03Sb0.79层(10),欧姆接触层(11)为200nm的p型GaSb层,其中阱中量子点(DWELL)(5)包括40nm势垒层Al0.3Ga0.7As0.02Sb0.98(6),15nm量子阱层In0.2Ga0.8As0.02Sb0.98(7),以及嵌在其中的2.5原子层InGaSb量子点层(8)。
2.根据权利要求1所述的一种采用阱中量子点(DWELL)的中红外锑化物激光器结构,其特征在于,缓冲层(2)生长温度580℃,Te掺杂2×1018cm-3。
3.根据权利要求1所述的一种采用阱中量子点(DWELL)的中红外锑化物激光器结构,其特征在于,下限制层Al0.9Ga0.1As0.03Sb0.97(3),生长温度540℃,Te掺杂,浓度为5×1018cm-3;上限制层Al0.9Ga0.1As0.03Sb0.97(10),生长温度540℃,Be掺杂,浓度为5×1018cm-3。
4.根据权利要求1所述的一种采用阱中量子点(DWELL)的中红外锑化物激光器结构,`特征在于,阱中量子点(DWELL)层(5)包括势垒层40nm Al0.3Ga0.7As0.02Sb0.98(6),生长温度540℃,量子阱层In0.2Ga0.8As0.02Sb0.98(7),InGaSb量子点层(8),生长温度420℃。
5.根据权利要求1所述的一种采用阱中量子点(DWELL)的中红外锑化物激光器结构,其特征在于,欧姆接触层(11)生长温度540℃,Be掺杂,浓度为2×1019cm-3。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN2009102177838A CN101702490B (zh) | 2009-10-29 | 2009-10-29 | 一种采用阱中量子点(dwell)的中红外锑化物激光器结构 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN2009102177838A CN101702490B (zh) | 2009-10-29 | 2009-10-29 | 一种采用阱中量子点(dwell)的中红外锑化物激光器结构 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN101702490A CN101702490A (zh) | 2010-05-05 |
CN101702490B true CN101702490B (zh) | 2011-02-09 |
Family
ID=42157388
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN2009102177838A Expired - Fee Related CN101702490B (zh) | 2009-10-29 | 2009-10-29 | 一种采用阱中量子点(dwell)的中红外锑化物激光器结构 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN101702490B (zh) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9318869B2 (en) | 2013-01-24 | 2016-04-19 | Kla-Tencor Corporation | 193nm laser and inspection system |
US9529182B2 (en) | 2013-02-13 | 2016-12-27 | KLA—Tencor Corporation | 193nm laser and inspection system |
Families Citing this family (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8873596B2 (en) | 2011-07-22 | 2014-10-28 | Kla-Tencor Corporation | Laser with high quality, stable output beam, and long life high conversion efficiency non-linear crystal |
US20130077086A1 (en) * | 2011-09-23 | 2013-03-28 | Kla-Tencor Corporation | Solid-State Laser And Inspection System Using 193nm Laser |
US9042006B2 (en) | 2012-09-11 | 2015-05-26 | Kla-Tencor Corporation | Solid state illumination source and inspection system |
US9608399B2 (en) | 2013-03-18 | 2017-03-28 | Kla-Tencor Corporation | 193 nm laser and an inspection system using a 193 nm laser |
US9804101B2 (en) | 2014-03-20 | 2017-10-31 | Kla-Tencor Corporation | System and method for reducing the bandwidth of a laser and an inspection system and method using a laser |
CN104037618B (zh) * | 2014-04-22 | 2017-01-18 | 吉林农业大学 | 一种GaAs基近红外波段含Sb多层量子点与非对称量子阱耦合激光器结构 |
US9419407B2 (en) | 2014-09-25 | 2016-08-16 | Kla-Tencor Corporation | Laser assembly and inspection system using monolithic bandwidth narrowing apparatus |
US9748729B2 (en) | 2014-10-03 | 2017-08-29 | Kla-Tencor Corporation | 183NM laser and inspection system |
CN106300014A (zh) * | 2016-08-12 | 2017-01-04 | 成都斯科泰科技有限公司 | 含有空穴阻挡层的锑化镓基量子阱激光器的外延生长方法 |
CN106099643A (zh) * | 2016-08-12 | 2016-11-09 | 成都斯科泰科技有限公司 | 含有空穴阻挡层的锑化镓基2‑4μm量子阱激光器结构 |
US10175555B2 (en) | 2017-01-03 | 2019-01-08 | KLA—Tencor Corporation | 183 nm CW laser and inspection system |
CN110600996B (zh) * | 2019-09-26 | 2024-05-14 | 苏州矩阵光电有限公司 | 一种量子阱层结构、半导体激光器及制备方法 |
CN112059402B (zh) * | 2020-08-24 | 2022-06-03 | 长春理工大学 | 一种激光原位辅助单点金刚石飞切装置 |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101404246A (zh) * | 2008-11-13 | 2009-04-08 | 长春理工大学 | 一种大尺寸InGaSb量子点的外延生长方法 |
-
2009
- 2009-10-29 CN CN2009102177838A patent/CN101702490B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101404246A (zh) * | 2008-11-13 | 2009-04-08 | 长春理工大学 | 一种大尺寸InGaSb量子点的外延生长方法 |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
E.Alphandery.Self-assembled InSb quantum dots grown on GaSb:A photolumiinescence,magnetoluminescence,and atomic force microscopy study.《Applied Phisics Letters》.1999,2041-2043页. * |
蒋中伟.GaSb/GaSb复合应力缓冲层上自组装InAs量子点的生长.《物理学报》.2009,471-475页. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9318869B2 (en) | 2013-01-24 | 2016-04-19 | Kla-Tencor Corporation | 193nm laser and inspection system |
US9529182B2 (en) | 2013-02-13 | 2016-12-27 | KLA—Tencor Corporation | 193nm laser and inspection system |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN101702490A (zh) | 2010-05-05 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN101702490B (zh) | 一种采用阱中量子点(dwell)的中红外锑化物激光器结构 | |
Xie et al. | Flexible photodetectors based on novel functional materials | |
Rogalski et al. | InAsSb-based infrared photodetectors: Thirty years later on | |
Jabbar et al. | Gallium nitride–based photodiode: a review | |
CN101375407B (zh) | 具有隧穿势垒嵌在无机基质中的量子点的中能带光敏器件 | |
Liu et al. | ZnO-based ultraviolet photodetectors | |
CN105720130A (zh) | 基于量子阱带间跃迁的光电探测器 | |
Su et al. | Scalable manufacture of vertical p‐GaN/n‐SnO2 heterostructure for self‐powered ultraviolet photodetector, solar cell and dual‐color light emitting diode | |
Gautam et al. | Barrier engineered infrared photodetectors based on type-II InAs/GaSb strained layer superlattices | |
CN102623523A (zh) | 一种有多色响应的量子点红外探测器 | |
US20100171130A1 (en) | Semiconductor device and fabrication method | |
CN109686809A (zh) | 一种iii族氮化物半导体可见光雪崩光电探测器及制备方法 | |
Golovynskyi et al. | Near-infrared lateral photoresponse in InGaAs/GaAs quantum dots | |
Dai et al. | Self-powered ultraviolet photodetector based on an n-ZnO: Ga microwire/p-Si heterojunction with the performance enhanced by a pyro-phototronic effect | |
Saleem et al. | Self-powered, all-solution processed, trilayer heterojunction perovskite-based photodetectors | |
CN108376725A (zh) | 一种基于GaSb/InSb/InP异质PIN结构的光伏型红外探测器 | |
Verma et al. | A comprehensive study on piezo-phototronic effect for increasing efficiency of solar cells: A review | |
Liu et al. | All-in-One Optoelectronic Logic Gates Enabled by Bipolar Spectral Photoresponse of CdTe/SnSe Heterojunction | |
US20140000689A1 (en) | Nitride semiconductor-based solar cell and manufacturing method thereof | |
CN109659398A (zh) | 一种AlGaN基背入式MSM紫外焦平面阵列成像系统的制备方法 | |
CN210349846U (zh) | 一种吸收、倍增层分离结构的ⅲ族氮化物半导体雪崩光电探测器 | |
Gomółka et al. | Electrical and optical performance of midwave infrared InAsSb heterostructure detectors | |
Jia et al. | Antimonide-based high operating temperature infrared photodetectors and focal plane arrays: a review and outlook | |
Kathalingam et al. | Effect of indium on photovoltaic property of n-ZnO/p-Si heterojunction device prepared using solution-synthesized ZnO nanowire film | |
CN107393982B (zh) | 提高铟砷/镓锑超晶格红外探测器材料截止波长的方法及铟砷/镓锑ⅱ类超晶格及其应用 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
C17 | Cessation of patent right | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20110209 Termination date: 20111029 |