CN102664351A - 一种多层垂直耦合InAsSb量子点隧道结激光器结构 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种多层垂直耦合InAsSb量子点隧道结激光器结构，其基本思想是采用多层垂直耦合量子点作为隧道结，实现激光器的高效隧穿耦合，即通过多层垂直耦合量子点隧道结将两个或两个以上量子阱激光器串联起来。与采用薄层隧道结结构的激光器相比，多层垂直耦合量子点作为隧道结其效果在于多层耦合的量子点结构具有更高的耦合隧穿效率，可有效实现载流子的隧穿再生，并且减小隧道结带来的压降和电阻，提高隧道结的隧穿几率和光功率转换效率。

Description

一种多层垂直耦合InAsSb量子点隧道结激光器结构
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
不断提高半导体激光器的输出光功率一直是重要的研究方向。一般的方法是优化结构，提高微分量子效率，降低阈值电流，改善光束质量，以提高其注入电流的方法来获得大的输出功率。由于受理论的限制，注入的载流子最多只能产生相应的光子。即常规半导体激光器的量子效率极限是1。而且随着注入电流的增加，激光器内部就要产生过多的焦耳热，很容易造成器件的电热烧毁。同时由于输出光功率的增加，引起激光器输出光端面的光密度增加，很容易引起端面灾变性烧毁(COD)。半导体激光器采用线阵(厘米bar)或者是叠层(几个厘米bar叠层)结构，这样多个单管芯形成的阵列使得激光器有较大输出功率，可以达到几十瓦到上百瓦量级。
本发明提出了一种多层垂直耦合InAsSb量子点隧道结激光器结构，其基本思想是采用多层垂直耦合量子点作为隧道结，实现激光器的高效隧穿耦合，即通过多层垂直耦合量子点隧道结将两个或两个以上量子阱激光器串联起来。与采用薄层隧道结结构的激光器相比，多层垂直耦合量子点作为隧道结其效果在于多层耦合的量子点结构具有更高的耦合隧穿效率，可有效实现载流子的隧穿再生，并且减小隧道结带来的压降和电阻，提高隧道结的隧穿几率和光功率转换效率。
发明内容
本发明是一种多层垂直耦合InAsSb量子点隧道结激光器结构，量子阱激光器结构之间通过多层垂直耦合InAsSb量子点层相连，在激光器中，每个阱结构相互独立，拥有各自的垒层、波导层和限制层。
本发明的技术效果在于多层垂直耦合量子点作为隧道结其效果在于可有效实现载流子的隧穿再生，并且减小隧道结带来的压降和电阻，提高隧道结的隧穿几率和光功率转换效率。
具体实施方式
如图1所示，一种多层垂直耦合InAsSb量子点隧道结激光器结构包括：n型GaSb衬底(1)；n型AlGaAsSb下限制层(2)；n型AlGaAsSb下波导层(3)；量子阱层InGaAsSb/AlGaAsSb(4)；p型AlGaAsSb上波导层(5)；p型AlGaAsSb上限制层(6)；多层耦合InAsSb量子点层(7)，其构成由5层InAsSb量子点(15)和GaAs(Sb)浸润层(14)组成；n型AlGaAsSb下限制层(8)；n型AlGaAsSb下波导层(9)；量子阱层InGaAsSb/AlGaAsSb(10)；p型AlGaAsSb上波导层(11)；p型AlGaAsSb上限制层(12)；p型GaSb欧姆层(13)；
衬底(1)为材料外延生长的基底，采用Te掺杂的GaSb衬底；下限制层AlGaAsSb层(3)和(8)厚度为1.2μm；下波导层AlGaAsSb层(4)和(9)厚度为0.35μm；有源区为量子阱层InGaAsSb/AlGaAsSb(4)和(10)；上波导层AlGaAsSb层(9)和(11)厚度为0.35μm；上限制层AlGaAsSb层(10)和(12)厚度为1.2μm；欧姆接触层为200nm的p型GaSb层(13)；其中隧道结(7)为5个周期的2.5个原子层的InAsSb量子点层(15)和GaAs(Sb)浸润层(14)；
衬底(1)为(100)取向、Te掺杂浓度1～2×1018cm-3的GaSb晶体材料；
AlGaAsSb下限制层(2)和(8)，生长温度540℃，生长温度540℃，Te掺杂，浓度为5×1018cm-3，生长1.2μm；
AlGaAsSb下波导层(4)和(9)，生长温度540℃，生长0.35μm；
有源区为量子阱层InGaAsSb/AlGaAsSb(4)和(10)，生长温度420℃；其中InGaAsSb厚度为15nm，AlGaAsSb厚度为25nm；
5层InAsSb量子点(15)和GaAs(Sb)浸润层(14)，生长温度420℃，总厚度60nm，其中开始的40nm采用p型掺杂，浓度为5×1020cm-3，接下来的20nm，采用n型掺杂，浓度为5×1018cm-3；
欧姆接触层为200nm的p型GaSb层(13)，生长温度540℃，Be掺杂，浓度为2×1019cm-3。
以上结构采用分子束外延(MBE)方法制备。
附图说明：
图1为一种多层垂直耦合InAsSb量子点隧道结激光器结构示意图。
图2多层垂直耦合InAsSb量子点隧道结结构示意图。

Claims (1)

1.一种多层垂直耦合InAsSb量子点隧道结激光器结构包括：n型GaSb衬底(1)；n型AlGaAsSb下限制层(2)；n型AlGaAsSb下波导层(3)；量子阱层InGaAsSb/AlGaAsSb(4)；p型AlGaAsSb上波导层(5)；p型AlGaAsSb上限制层(6)；多层耦合InAsSb量子点层(7)，其构成由5层InAsSb量子点(15)和GaAs(Sb)浸润层(14)组成；n型AlGaAsSb下限制层(8)；n型AlGaAsSb下波导层(9)；量子阱层InGaAsSb/AlGaAsSb(10)；p型AlGaAsSb上波导层(11)；p型AlGaAsSb上限制层(12)；p型GaSb欧姆层(13)；
衬底(1)为材料外延生长的基底，采用Te掺杂的GaSb衬底；下限制层AlGaAsSb层(3)和(8)厚度为1.2μm；下波导层AlGaAsSb层(4)和(9)厚度为0.35μm；有源区为量子阱层InGaAsSb/AlGaAsSb(4)和(10)；上波导层AlGaAsSb层(9)和(11)厚度为0.35μm；上限制层AlGaAsSb层(10)和(12)厚度为1.2μm；欧姆接触层为200nm的p型GaSb层(13)；其中隧道结(7)为5个周期的2.5个原子层的InAsSb量子点层(15)和GaAs(Sb)浸润层(14)；
衬底(1)为(100)取向、Te掺杂浓度1～2×1018cm-3的GaSb晶体材料；
AlGaAsSb下限制层(2)和(8)，生长温度540℃，生长温度540℃，Te掺杂，浓度为5×1018cm-3，生长1.2μm；
AlGaAsSb下波导层(4)和(9)，生长温度540℃，生长0.35μm；
有源区为量子阱层InGaAsSb/AlGaAsSb(4)和(10)，生长温度420℃；其中InGaAsSb厚度为15nm，AlGaAsSb厚度为25nm；
5层InAsSb量子点(15)和GaAs(Sb)浸润层(14)，生长温度420℃，总厚度60nm，其中开始的40nm采用p型掺杂，浓度为5×1020cm-3，接下来的20nm，采用n型掺杂，浓度为5×1018cm-3；
欧姆接触层为200nm的p型GaSb层(13)，生长温度540℃，Be掺杂，浓度为2×1019cm-3。
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