CN105071223A - 半导体激光器用外延片及其制备方法 - Google Patents

半导体激光器用外延片及其制备方法 Download PDF

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马淑芳
田海军
吴小强
梁建
董海亮
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Abstract

本发明公开了一种半导体激光器外延片及其制备方法。在n-GaAs衬底上由下至上外延生长n-GaAs缓冲层，n-AlxGa1-xAs渐变层，n-AlxGa1-xAs下限制层，AlxGa1-xAs下波导层，有源层，AlxGa1-xAs上波导层，p-AlxGa1-xAs上限制层，p-AlxGa1-xAs渐变层,p-GaAs顶层。其制备方法是：采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)的方法在n-GaAs衬底上至下而上依次外延生长各层。本发明可以减少电子散失，提高有源区内电子与空穴的辐射复合效率。可以生长出高质量的晶体，能提供更深的载流子阱和更大的增益；应变补偿量子阱具有带阶大，波长漂移速度更低和透明载流子浓度更低等优势。

Description

半导体激光器用外延片及其制备方法
技术领域
本发明属于半导体激光技术领域，特别涉及半导体激光器外延片的效率提高和制备方法。
背景技术
半导体激光器是一种新型高效的小型光源，具有体积小、电光转换效率高等优点，在材料处理、医疗仪器、航天及军事等领域获得了广泛的应用。
提高激光器的效率可从多方面考虑：1)减小量子阱内非辐射复合造成的损耗；2)减小波导散射、自由载流子吸收等因素产生的光吸收和散射损耗。可以通过对器件的结构进行设计、工艺改进等措施来解决上述问题。如采用不对称波导，可以减小载流子溢出损耗，增加量子阱里两种载流子的复合机率，提高激光器效率。应变补偿结构有如下优点：可以提供更大的带阶，从而减少了载流子泄漏；可以提供更大的峰值增益；透明载流子浓度更低，使激光器有着低的阈值电流；透明载流子浓度随温度变化不大，激光器有好的温度特性；缓解了有源区的应变，对材料生长有利，改善晶体生长质量。
发明内容
本发明提供一种半导体激光器外延片，所述外延片的结构为：在n-GaAs衬底上由下至上外延生长n-GaAs缓冲层，n-AlxGa1-xAs渐变层，n-AlxGa1-xAs下限制层，AlxGa1-xAs下波导层，有源层，AlxGa1-xAs上波导层，p-AlxGa1-xAs上限制层，p-AlxGa1-xAs渐变层，p-GaAs顶层；所述AlxGa1-xAs上波导层的厚度小于所述AlxGa1-xAs下波导层厚度；所述有源层采用应变补偿量子阱结构。
进一步地，所述上波导层和下波导层的厚度范围为70nm至2000nm。
进一步地，所述有源层由一个或多个InxGa1-xAs量子阱层及对应的GayAs1-yP势垒层组成。
进一步地，本发明还提供一种上述的半导体激光器外延片的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1)以n-GaAs衬底作为基板；
2)在上述基板上采用金属有机化学气相沉积的方法(MOCVD)一次性沉积n-GaAs缓冲层，n-AlxGa1-xAs渐变层，n-AlxGa1-xAs下限制层，AlxGa1-xAs下波导层，有源层，AlxGa1-xAs上波导层，p-AlxGa1-xAs上限制层，p-AlxGa1-xAs渐变层，p-GaAs顶层。
附图说明
通过参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例，本发明的以上和其它方面及优点将变得更加易于清楚，在附图中：
图1为本发明的半导体激光器用外延片的纵剖面结构示意图。
具体实施方式
在下文中，现在将参照附图更充分地描述本发明，在附图中示出了各种实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式来实施，且不应该解释为局限于在此阐述的实施例。相反，提供这些实施例使得本公开将是彻底和完全的，并将本发明的范围充分地传达给本领域技术人员。
在下文中，将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。
参考附图1，本发明提供一种半导体激光器外延片，所述外延片的结构为：在n-GaAs衬底上由下至上外延生长n-GaAs缓冲层，n-AlxGa1-xAs渐变层，n-AlxGa1-xAs下限制层，AlxGa1-xAs下波导层，有源层，AlxGa1-xAs上波导层，p-AlxGa1-xAs上限制层，p-AlxGa1-xAs渐变层，p-GaAs顶层；所述AlxGa1-xAs上波导层的厚度小于所述AlxGa1-xAs下波导层厚度；所述有源层采用应变补偿量子阱结构。
以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明。本发明可以有各种合适的更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种半导体激光器外延片，其特征在于：所述外延片的结构为：在n-GaAs衬底上由下至上外延生长n-GaAs缓冲层，n-AlxGa1-xAs渐变层，n-AlxGa1-xAs下限制层，AlxGa1-xAs下波导层，有源层，AlxGa1-xAs上波导层，p-AlxGa1-xAs上限制层，p-AlxGa1-xAs渐变层，p-GaAs顶层；所述AlxGa1-xAs上波导层的厚度小于所述AlxGa1-xAs下波导层厚度；所述有源层采用应变补偿量子阱结构。
2.根据权利要求1所述的半导体激光器外延片，其特征在于：所述上波导层和下波导层的厚度范围为70nm至2000nm。
3.根据权利要求1所述的半导体激光器外延片，其特征在于：所述有源层由一个或多个InxGa1-xAs量子阱层及对应的GayAs1-yP势垒层组成。
4.一种根据权利要求1-3任意一项所述的半导体激光器外延片的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1)以n-GaAs衬底作为基板；
2)在上述基板上采用金属有机化学气相沉积的方法(MOCVD)一次性沉积n-GaAs缓冲层，n-AlxGa1-xAs渐变层，n-AlxGa1-xAs下限制层，AlxGa1-xAs下波导层，有源层，AlxGa1-xAs上波导层，p-AlxGa1-xAs上限制层，p-AlxGa1-xAs渐变层，p-GaAs顶层。
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