CN105633797A - 一种大功率量子阱半导体激光器外延片结构 - Google Patents

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    • H01S5/34353—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser characterised by the materials of the barrier layers based on (AI)GaAs

Abstract

本发明公开了一种大功率量子阱半导体激光器外延片结构，包括有n-GaAs衬底，在n-GaAs衬底上由下至上依次外延生长n-GaAs缓冲层、n-AlxGa1-xAs组分渐变层、n-AlxGa1-xAs下限制层、AlxGa1-xAs下波导层、AlxGa1-xAs下势垒层、量子阱有源层、AlxGa1-xAs上势垒层、AlxGa1-xAs上波导层、p-AlxGa1-xAs上限制层、p-AlxGa1-xAs组分渐变层、p-GaAs顶层；AlxGa1-xAs上波导层的厚度小于AlxGa1-xAs下波导层的厚度，量子阱有源层中包含一个AlxGa1-xAs双势垒阻挡层，p-AlxGa1-xAs上限制层、p-AlxGa1-xAs组分渐变层、p-GaAs顶层中的掺杂剂为四溴化碳或者四氯化碳。本发明可以降低激光器激射波长线宽，减少电子散失，提高有源区内电子与空穴的辐射复合效率。

Description

一种大功率量子阱半导体激光器外延片结构
技术领域
本发明涉及半导体激光器领域，尤其是指一种大功率量子阱半导体激光器外延片结构。
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。对于大功率半导体激光器而言，特别是对于含有量子阱结构有源区的大功率半导体激光器，提高激光器的量子阱电子注入效率是关键。普通量子阱中的两种载流子的复合几率仍有提升空间。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足与缺点，提出一种大功率量子阱半导体激光器外延片结构，可以降低激光器激射波长线宽，减少电子散失，提高有源区内电子与空穴的辐射复合效率。
为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种大功率量子阱半导体激光器外延片结构，包括有n-GaAs衬底，在所述n-GaAs衬底上由下至上依次外延生长n-GaAs缓冲层、n-AlxGa1-xAs组分渐变层、n-AlxGa1-xAs下限制层、AlxGa1-xAs下波导层、AlxGa1-xAs下势垒层、量子阱有源层、AlxGa1-xAs上势垒层、AlxGa1-xAs上波导层、p-AlxGa1-xAs上限制层、p-AlxGa1-xAs组分渐变层、p-GaAs顶层；所述AlxGa1-xAs上波导层的厚度小于所述AlxGa1-xAs下波导层的厚度，所述量子阱有源层中包含一个AlxGa1-xAs双势垒阻挡层，所述p-AlxGa1-xAs上限制层、p-AlxGa1-xAs组分渐变层、p-GaAs顶层中的掺杂剂为四溴化碳或者四氯化碳。
所述n-AlxGa1-xAs组分渐变层与p-AlxGa1-xAs组分渐变层的厚度范围在800nm至1500nm。
所述n-AlxGa1-xAs下限制层与AlxGa1-xAs下波导层总厚度范围在200nm至800nm。
所述AlxGa1-xAs下势垒层与AlxGa1-xAs上势垒层的Al含量相同；所述AlxGa1-xAs双势垒阻挡层中的Al含量为AlxGa1-xAs上势垒层或AlxGa1-xAs下势垒层的Al含量的三分之一至二分之一。
所述n-AlxGa1-xAs上限制层与上波导层总厚度范围在200nm至800nm。
所述p-GaAs顶层的掺杂浓度大于5×1019cm/m3。
本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：
由于量子阱中存在多种子能级，为了增加量子阱里两种载流子在特定能级差之间的复合机率，降低激光器激射波长线宽。本发明提出一种特殊设计的量子阱有源区结构，在该量子阱中，添加一双势垒阻挡层，只有在外加电压一定的情况下，量子阱中的某一子能级上的电子才能发生共振遂穿，从而起到显著降低激光器激射波长线宽和提高载流子复合效率的效果。
附图说明
图1为本发明所述大功率量子阱半导体激光器外延片结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，本实施例所述的大功率量子阱半导体激光器外延片结构，包括有n-GaAs衬底，在所述n-GaAs衬底上由下至上依次外延生长n-GaAs缓冲层、n-AlxGa1-xAs组分渐变层、n-AlxGa1-xAs下限制层、AlxGa1-xAs下波导层、AlxGa1-xAs下势垒层、量子阱有源层、AlxGa1-xAs上势垒层、AlxGa1-xAs上波导层、p-AlxGa1-xAs上限制层、p-AlxGa1-xAs组分渐变层、p-GaAs顶层；所述AlxGa1-xAs上波导层的厚度小于所述AlxGa1-xAs下波导层的厚度，所述量子阱有源层中包含一个AlxGa1-xAs双势垒阻挡层，所述p-AlxGa1-xAs上限制层、p-AlxGa1-xAs组分渐变层、p-GaAs顶层中的掺杂剂为四溴化碳或者四氯化碳。
所述n-AlxGa1-xAs组分渐变层与p-AlxGa1-xAs组分渐变层的厚度范围在800nm至1500nm。
所述n-AlxGa1-xAs下限制层与AlxGa1-xAs下波导层总厚度范围在200nm至800nm。
所述AlxGa1-xAs下势垒层与AlxGa1-xAs上势垒层的Al含量相同；所述AlxGa1-xAs双势垒阻挡层中的Al含量为AlxGa1-xAs上势垒层或AlxGa1-xAs下势垒层的Al含量的三分之一至二分之一。
所述n-AlxGa1-xAs上限制层与上波导层总厚度范围在200nm至800nm。
所述p-GaAs顶层的掺杂浓度大于5×1019cm/m3。
由上述结构外延片所制备的米大功率激光器芯片，典型电学性能如下；
350微米条宽，2mm光腔尺寸下，外加共振遂穿发生电压，12安培注入电流情况下，最大输出功率达到15.5W，电光转换效率高达65.6％。激光中心波长半宽小于1纳米。
综上所述，相比现有技术，本发明提出了一种特殊设计的量子阱有源区结构，在该量子阱中，添加一双势垒阻挡层，只有在外加电压一定的情况下，量子阱中的某一子能级上的电子才能发生共振遂穿，从而起到显著降低激光器激射波长线宽和提高载流子复合效率的效果，值得推广。
以上所述实施例只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种大功率量子阱半导体激光器外延片结构，其特征在于：包括有n-GaAs衬底，在所述n-GaAs衬底上由下至上依次外延生长n-GaAs缓冲层、n-AlxGa1-xAs组分渐变层、n-AlxGa1-xAs下限制层、AlxGa1-xAs下波导层、AlxGa1-xAs下势垒层、量子阱有源层、AlxGa1-xAs上势垒层、AlxGa1-xAs上波导层、p-AlxGa1-xAs上限制层、p-AlxGa1-xAs组分渐变层、p-GaAs顶层；所述AlxGa1-xAs上波导层的厚度小于所述AlxGa1-xAs下波导层的厚度，所述量子阱有源层中包含一个AlxGa1-xAs双势垒阻挡层，所述p-AlxGa1-xAs上限制层、p-AlxGa1-xAs组分渐变层、p-GaAs顶层中的掺杂剂为四溴化碳或者四氯化碳。
2.根据权利要求1所述的一种大功率量子阱半导体激光器外延片结构，其特征在于：所述n-AlxGa1-xAs组分渐变层与p-AlxGa1-xAs组分渐变层的厚度范围在800nm至1500nm。
3.根据权利要求1所述的一种大功率量子阱半导体激光器外延片结构，其特征在于：所述n-AlxGa1-xAs下限制层与AlxGa1-xAs下波导层总厚度范围在200nm至800nm。
4.根据权利要求1所述的一种大功率量子阱半导体激光器外延片结构，其特征在于：所述AlxGa1-xAs下势垒层与AlxGa1-xAs上势垒层的Al含量相同；所述AlxGa1-xAs双势垒阻挡层中的Al含量为AlxGa1-xAs上势垒层或AlxGa1-xAs下势垒层的Al含量的三分之一至二分之一。
5.根据权利要求1所述的一种大功率量子阱半导体激光器外延片结构，其特征在于：所述n-AlxGa1-xAs上限制层与上波导层总厚度范围在200nm至800nm。
6.根据权利要求1所述的一种大功率量子阱半导体激光器外延片结构，其特征在于：所述p-GaAs顶层的掺杂浓度大于5×1019cm/m3。
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