CN103545713B - 一种具有w型有源区结构的带间级联激光器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有W型有源区结构的带间级联激光器。该激光器是通过在GaSb衬底上,依次制备InAs/AlSb下限制层、GaSb下波导层、W型有源区、GaSb上波导层、InAs/AlSb上限制层和InAs接触层。W型有源区由InAs/AlSb电子注入区、GaAs/AlSb空穴注入区和InAs/GaInSb/AlSb/GaInSb/InAs?W型量子阱组成。本发明是把W型有源区结构(InAs/GaInSb/AlSb/GaInSb/InAs)和带间级联激光器结构结合而形成的。本发明公开的这种带间级联激光器,通过增加有源区内电子、空穴波函数交叠,从而提高有源区增益和激光器性能。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域,尤其涉及一种具有W型有源区结构的带间级联激光器。
背景技术
据2005年BAE世界范围内的飞行器战损统计,48%战斗机、65%直升机、62%运输机的损失来自于红外制导的地空/空空导弹。美国等西方国家大量装备了3-5微米红外凝视成像制导的战术导弹、战略导弹,在战争中威胁极大。而对付其最有效地方法,就是3-5微米中红外激光对抗武器系统。
带间级联激光器(InterbandCascadeLasers,ICL)作为一种新型的激光器,工作波长可覆盖3-5μm波段。带间级联激光器(InterbandCascadeLaser,ICL)的有源区是把带间直接跃迁的II型量子阱与级联的电子、空穴注入区结合起来形成的。带间跃迁的II型量子阱即克服了传统III-V族材料量子阱结构禁带范围有限的问题,可以通过调节InAs、GaInSb厚度,理论上可调节禁带宽度到零。但II型量子阱中电子与空穴分别限制在InAs与GaInSb阱中,导致有源区波函数交叠较小,从而降低了有源区增益。
发明内容
针对有源区波函数交叠较小的问题,本发明提出了一种W型有源区结构的带间级联激光器。
本发明提出的具有W型有源区结构的带间级联激光器,其是通过在GaSb衬底上,依次制备InAs/AlSb下限制层、GaSb下波导层、W型有源区、GaSb上波导层、InAs/AlSb上限制层和InAs接触层形成,其中所述W型有源区包括形状为W型的InAs/GaInSb/AlSb/GaInSb/InAs量子阱势垒层。
本发明提出的上述激光器通过在有源区InGaSb中插入空穴势垒AlSb层,增加了波函数交叠,从而提高了有源区增益,为研制高性能带间级联激光器提供了新的方法。
附图说明
图1是本发明中具有W型有源区结构的带间级联激光器的结构示意图。
图2是本发明中具有W型有源区结构的带间级联激光器的能带模拟结果图。
图3是本发明中具有W型有源区结构的带间级联激光器的制作流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白,以下结合具体实施例,并参照附图,对本发明作进一步的详细说明。
本发明提出了一种具有W型有源区结构的带间级联激光器,通过在有源区InGaSb中插入空穴势垒AlSb层,解决了有源区波函数交叠较小的问题,从而提高了有源区增益,为研制高性能带间级联激光器提供了新的方法。
图1示出了本发明公开的一种W型有源区结构的带间级联激光器的结构示意图。如图1所示,该激光器是用分子束外延技术在GaSb衬底1上,依次制备出InAs/AlSb下限制层2、GaSb下波导层3、多个周期W型有源区4、GaSb上波导层5、InAs/AlSb上限制层6和InAs接触层7,再利用该外延片制造激光器。
其中,所述的GaSb衬底为n掺杂,厚度为优选为500um;所述W型有源区为多个周期的有源区,优选为5,且所述的W型有源区由InAs/AlSb电子注入区8、GaSb/AlSb空穴注入区9和InAs/GaInSb/AlSb/GaInSb/InAsW型量子阱10组成。所述的InAs/AlSb电子注入区由多对InAs/AlSb组成,优选为6对,厚度优选为42/12/32/12/25/12/20/12/17/12/17/25中间4个InAs层中为Si掺杂,掺杂浓度优选为5×1018cm-3。所述的GaSb/AlSb空穴注入区由2对GaSb/AlSb组成,厚度分别优选为30/10/45/25所述的InAs/GaInSb/AlSb/GaInSb/InAsW型量子阱,厚度分别优选为17/10/10/10/14所述W型量子阱指在导带中InAs/GaInSb/AlSb/GaInSb/InAs依次按照高-低-高-低-高势垒形成状似W型的量子阱势垒层。
其中,所述的InAs/AlSb下限制层为n掺杂,厚度优选为3.2μm;所述的GaSb下波导层为不掺杂,厚度优选为0.2um;所述的GaSb上波导层为不掺杂,厚度为0.2um;所述的InAs/AlSb上限制层为n掺杂,厚度优选为2μm;所述的InAs接触层为n掺杂,厚度为优选为20nm。
图2示出了本发明中W型有源区结构的带间级联激光器的能带模拟结果。如图2所示,在量子阱中插入AlSb层,使量子阱形成“高-低-高-低-高”的W型能带结构。AlSb层的插入使空穴波函数由1个主峰分裂为2个分离的波函数子峰,使电子空穴的波函数交叠增加,从而增加了有源区增益,提高了激光器性能。
本发明还公开了一种具有W型有源区结构的带间级联激光器的制作方法。图3示出了该制作方法的流程图,如图3所示,其具体包括:
步骤1.将GaSb衬底放在分子束外延设备样品架上,在520℃下脱氧,然后将衬底升至550℃在锑(Sb)保护下除气15分钟;
步骤2.将衬底温度降至400℃,依次生长出InAs/AlSb下限制层、GaSb下波导层、5周期的W型有源区、GaSb上波导层、InAs/AlSb上限制层和InAs接触层。
步骤3.制备好的外延片采用标准光刻技术及干法刻蚀技术,然后分别溅射钛金合金、蒸发金锗镍/金制作P面和N面电极,从而制作成激光器。
以上所述的具体实施例,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施例而已,并不用于限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种具有W型有源区结构的带间级联激光器,其特征在于:
该激光器是通过在GaSb衬底上,依次制备InAs/AlSb下限制层、GaSb下波导层、W型有源区、GaSb上波导层、InAs/AlSb上限制层和InAs接触层;
所述的W型有源区还包括InAs/AlSb电子注入区和GaSb/AlSb空穴注入区和InAs/GaInSb/AlSb/GaInSb/InAsW型量子阱。
2.如权利要求1所述的带间级联激光器,其特征在于:所述的GaSb衬底为n掺杂,厚度为500um。
3.如权利要求1所述的带间级联激光器,其特征在于:所述的InAs/AlSb下限制层为n掺杂,厚度为3.2μm。
4.如权利要求1所述的带间级联激光器,其特征在于:所述的GaSb下波导层为不掺杂,厚度为0.2um。
5.如权利要求1所述的带间级联激光器,其特征在于:所述的GaSb上波导层为不掺杂,厚度为0.2um。
6.如权利要求1所述的带间级联激光器,其特征在于:所述的InAs/AlSb上限制层为n掺杂,厚度为2μm。
7.如权利要求1所述的带间级联激光器,其特征在于:所述的InAs接触层为n掺杂,厚度为20nm。
8.如权利要求1所述的带间级联激光器,其特征在于:所述的InAs/AlSb电子注入区由6对InAs/AlSb组成,厚度分别为中间4个InAs层中为Si掺杂,掺杂浓度为5×1018cm-3;所述的GaSb/AlSb空穴注入区由2对GaSb/AlSb组成,厚度分别为
9.如权利要求1所述的带间级联激光器,其特征在于:所述的InAs/GaInSb/AlSb/GaInSb/InAsW型量子阱,厚度分别为
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