CN101820136A - 高功率非对称宽波导980nm半导体激光器结构 - Google Patents

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王俊
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Abstract

一种高功率非对称宽波导980nm半导体激光器结构，包括：一衬底，为(100)面的N型镓砷材料，该衬底用于在其上外延生长激光器各层材料；一缓冲层，为N-镓砷材料，该缓冲层制作在衬底上；一N型下限制层，为N-铝镓砷材料，该N型下限制层制作在缓冲层上；一下波导层，为N-铝镓砷材料，该下波导层制作在下限制层上；一下垒层，为镓砷磷材料，该下垒层制作在下波导层上；一量子阱层，该量子阱层制作在下垒层上；一上垒层，该上垒层制作在量子阱层上；一上波导层，该上波导层制作在上垒层上；一P型上限制层，为P-铝镓砷材料，该P型上限制层制作在上波导层上；一过渡层，为P-镓砷材料，该过渡层制作在P型上限制层上；一电极接触层，为P-镓砷材料，该电极接触层制作在过渡层上。

Description

高功率非对称宽波导980nm半导体激光器结构
技术领域
本发明涉及半导体激光器技术领域，特别是一种高功率非对称宽波导980nm半导体激光器结构。
背景技术
980nm半导体激光器在材料加工、激光医疗以及泵浦固体激光器等领域具有非常广泛而重要的应用。在这些应用中，往往需要激光器有很高的出光功率。为了获得稳定的高功率输出，目前普遍采用的是大光腔甚至超大光腔结构。这种结构具有较大的等效横向光斑尺寸，因而可在发生腔面光学灾变损伤之前获得高输出光功率。
但是，在对称的波导结构中，为了进一步提高器件的输出功率，需要继续增大波导层厚度，这样不仅会导致较强的载流子泄漏和高阶横模的产生，而且会增加器件的阈值电流以及串联电阻，降低器件的电光转换效率，从而导致器件出现热饱和，反而限制了激光器的高功率输出。
这就要求对波导层和限制层的厚度进行优化计算，使其既能形成大光腔结构，保证高功率输出，又将载流子泄漏和串联电阻控制在较低的水平，保证高的电光转换效率。
总之，降低光功率密度，降低阈值电流和串联电阻，提高输出功率，抑制高阶模产生，是大功率半导体激光器研究的重点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高功率非对称宽波导980nm半导体激光器结构，通过优化上波导层厚度，来提高激光器的电光转换效率，降低有源区光限制因子，从而有助于提高激光器的输出功率。
为了实现上述目的，本发明提出了一种高功率非对称宽波导980nm半导体激光器结构，包括：
一衬底，为(100)面的N型镓砷材料，该衬底用于在其上外延生长激光器各层材料；
一缓冲层，为N-镓砷材料，该缓冲层制作在衬底上；
一N型下限制层，为N-铝镓砷材料，该N型下限制层制作在缓冲层上；
一下波导层，为N-铝镓砷材料，该下波导层制作在下限制层上；
一下垒层，为镓砷磷材料，该下垒层制作在下波导层上；
一量子阱层，该量子阱层制作在下垒层上；
一上垒层，该上垒层制作在量子阱层上；
一上波导层，该上波导层制作在上垒层上；
一P型上限制层，为P-铝镓砷材料，该P型上限制层制作在上波导层上；
一过渡层，为P-镓砷材料，该过渡层制作在P型上限制层上；
一电极接触层，为P-镓砷材料，该电极接触层制作在过渡层上。
其中量子阱层的材料为铟镓砷，厚度为8-10hm。
其中上垒层的材料为镓砷磷，厚度为8-10nm。
其中上波导层的材料为P-铝镓砷，厚度为400-800nm，形成大光腔宽波导结构，以获得较大的等效横向光斑尺寸，以便在发生腔面光学灾变损伤之前获得更高的输出光功率。
附图说明
以下通过结合附图对具体实施例进行详细描述，进一步说明本发明的结构、特点，其中：
图1是根据本发明提出的高功率非对称宽波导980nm半导体激光器结构的剖面图。
具体实施方式
下面结合图1详细说明依据本发明具体实施例高功率非对称宽波导980nm半导体激光器的结构细节。
参阅图1，本发明一种高功率非对称宽波导980nm半导体激光器结构，包括：
一衬底1，为(100)面的N型镓砷材料，该衬底1用于在其上外延生长激光器各层材料；
一缓冲层2，为缓冲层2为N-镓砷材料，该缓冲层2制作在衬底1上，主要用以调节晶格适配度；
一N型下限制层3，为N-铝镓砷材料，该N型下限制层3制作在缓冲层2上；
一下波导层4，为N-铝镓砷材料，该下波导层4制作在下限制层3上；
一下垒层5，为镓砷磷材料，该下垒层5制作在下波导层4上；
一量子阱层6，该量子阱层6制作在下垒层5上；该量子阱层6的材料为铟镓砷，厚度为8-10nm；
一上垒层7，该上垒层7制作在量子阱层6上；该上垒层7的材料为镓砷磷，厚度为8-10nm；
一上波导层8，该上波导层8制作在上垒层7上；该上波导层8的材料为P-铝镓砷，厚度为400-800nm，形成大光腔宽波导结构，以获得较大的等效横向光斑尺寸，以便在发生腔面光学灾变损伤之前获得更高的输出光功率；
一P型上限制层9，为P-铝镓砷材料，该P型上限制层9制作在上波导层8上；
一过渡层10，为P-镓砷材料，该过渡层10制作在P型上限制层9上；
一电极接触层11，为P-镓砷材料，该电极接触层11制作在过渡层10上。
上垒层7和下垒层5为薄的镓砷磷材料，容易形成强载流子限制结构的高质量外延材料，以降低波导层和限制层的铝组分。
上限制层9和下限制层3为铝镓砷材料，容易得到高掺杂外延材料，减小器件串联电阻，降低温升，从而提高激光器的输出光功率密度。
上波导层8和下波导层4为低铝组分的铝镓砷材料，以提高腔面的光学灾变损伤阈值功率密度，提高激光器输出光功率密度。
上波导层8和下波导层4厚度在400-1000nm，形成大光腔宽波导结构，可获得较大的等效横向光斑尺寸，因此可以在发生腔面光学灾变损伤(COD)之前获得更高的输出光功率。
其中上波导层8的厚度经过计算优化，上波导层8的厚度与下波导层4的厚度不同，这样做的优点在于：第一，使得半导体激光器的光场中心偏离有源区，能够降低激光器有源区的光限制因子，从而能够增大激光器的等效横向光斑尺寸，避免出现COD；第二，能够降低激光器的串联电阻和热阻，提高激光器的电光转换效率，减少器件产生的废热，从而有效抑制激光器热饱和。
以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种高功率非对称宽波导980nm半导体激光器结构，包括：
一衬底，为(100)面的N型镓砷材料，该衬底用于在其上外延生长激光器各层材料；
一缓冲层，为N-镓砷材料，该缓冲层制作在衬底上；
一N型下限制层，为N-铝镓砷材料，该N型下限制层制作在缓冲层上；
一下波导层，为N-铝镓砷材料，该下波导层制作在下限制层上；
一下垒层，为镓砷磷材料，该下垒层制作在下波导层上；
一量子阱层，该量子阱层制作在下垒层上；
一上垒层，该上垒层制作在量子阱层上；
一上波导层，该上波导层制作在上垒层上；
一P型上限制层，为P-铝镓砷材料，该P型上限制层制作在上波导层上；
一过渡层，为P-镓砷材料，该过渡层制作在P型上限制层上；
一电极接触层，为P-镓砷材料，该电极接触层制作在过渡层上。
2.根据权利要求1所述的高功率非对称宽波导980nm半导体激光器结构，其中量子阱层的材料为铟镓砷，厚度为8-10nm。
3.根据权利要求1所述的高功率非对称宽波导980nm半导体激光器结构，其中上垒层的材料为镓砷磷，厚度为8-10nm。
4.根据权利要求1所述的高功率非对称宽波导980nm半导体激光器结构，其中上波导层的材料为P-铝镓砷，厚度为400-800nm，形成大光腔宽波导结构，以获得较大的等效横向光斑尺寸，以便在发生腔面光学灾变损伤之前获得更高的输出光功率。
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