CN106099643A - 含有空穴阻挡层的锑化镓基2‑4μm量子阱激光器结构 - Google Patents

含有空穴阻挡层的锑化镓基2‑4μm量子阱激光器结构 Download PDF

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Abstract

一种含有空穴阻挡层的锑化镓基2‑4um量子阱激光器结构，该结构为多层结构，其特征在于，包括：一N型GaSb衬底；一N型GaSb缓冲层，该缓冲层生长在衬底上；一N型AlGaAsSb覆盖层，该覆盖层生长在N型GaSb缓冲层上；一AlGaAsSb下波导层，该下波导层生长在N型AlGaAsSb覆盖层上；一AlGaAsSb下势垒层，该下势垒层生长在AlGaAsSb下波导层上；一InPSb空穴阻挡层，该空穴阻挡层生长在AlGaAsSb下势垒层上；一InGaAsSb量子阱层，该量子阱层生长在InPSb空穴阻挡层上；一AlGaAsSb上势垒层，该上势垒层生长在InGaAsSb量子阱层上；一AlGaAsSb上波导层，该上波导层生长在AlGaAsSb上势垒层上；一P型AlGaAsSb覆盖层，该覆盖层生长在AlGaAsSb上波导层上；一P型GaSb欧姆接触层，该接触层生长在P型AlGaAsSb覆盖层上。

Description

含有空穴阻挡层的锑化镓基2-4μm量子阱激光器结构
技术领域
本发明涉及一种激射波长在2-4μm的铝镓砷锑（AlGaAsSb）/铟镓砷锑（InGaAsSb）/铟磷锑（InPSb）/锑化镓（GaSb）量子阱激光器结构，特别是含空穴阻挡层铟磷锑（InPSb）的量子阱结构。
背景技术
2-4μm波段包含非常重要的大气窗口，包含了许多气体分子的特征谱线，可以广泛应用于大气污染监测、气体检测等民用项目；这是因为非对称双原子和多原子分子气体（如CH4，CO，H2，SO2，NO 和CO2）等都有吸收红外辐射能量的性质，吸收红外光的波长很大一部分在2-4μm。这种性质是具有红外活性物质本身固有的一种属性，如同人类的指纹，具有唯一性，不会因环境、温度等条件的改变而改变，因此可以利用这一特性来对物质进行定性和定量分析，与传统的检测手段相比，红外光谱的检测方法更具有快速、可实时检测、可远距离检测、对待测物体不产生破坏等优点。
在瓦斯、大气污染物和温室气体等气体检测的民用领域，气体检测设备必须具有可在恶劣环境中工作、实时检测、选择性好、稳定性好、工作寿命长、成本低等特点。针对这些市场需求特点，对红外激光器提出了以下要求：
1）工作温度为室温或略高于室温
2）低频脉冲或连续工作
3）多波长、窄线宽
4）波长随温度变化偏移较小
5）阈值电流低
6）输出功率要求低，达到mW量级即可
而锑化物红外半导体激光器完全可以满足以上市场要求。
在2-4μm中红外波段，GaSb 基材料有先天的优势，与衬底晶格匹配的四元锑化物GaInAsSb/AlGaAsSb，根据材料组分的不同，禁带宽度可以覆盖从1.7 到4.4μm的波段。因此，大部分带间跃迁的中红外波段Ⅲ-Ⅴ族系材料的研究多集中于锑化物材料。在1.7-3.5μm，主要是GaSb 基材料体系；在大于3.5μm 波段时，GaSb 基激光器性能急剧下降，其主要原因是量子阱与垒之间价带带阶随波长变长而变小造成的。
对于激光器结构来说，量子阱带阶是一个关键的参数。量子阱带阶越大，势垒对势阱载流子的限制就越强，载流子的泄露就越小，激光器的特征温度就越高。导带带阶是势垒与势阱导带底的差值，价带带阶是势垒与势阱价带顶的差值。
对于InGaAsSb /AlGaAsSb量子阱体系，InGaAsSb作为势阱，选取Al0.35GaAs0.02Sb作为势垒，对势阱与势垒的导带带阶进行计算发现，随着In 组分的增加，导带带阶基本是线性增加；As 组分的增加对导带带阶的影响比较小一些。对于发光波长为2-4μm 的量子阱，导带带阶超过0.5eV，势垒对势阱导带中的电子限制比较大，电子不会泄露出来。
InGaAsSb/AlGaAsSb 量子阱价带带阶的计算结果表明，与导带带阶相比，价带带阶要小得多，即使是GaSb/AlGaAsSb 的带阶也不会超过0.15eV。随着In组分的增加到0.2，价带带阶迅速减小，然后在较大In 组分范围内保持稳定；而As 组分的增加使价带带阶急剧下降。对于发光波长为2μm的量子阱，In 组分为0.18 左右，晶格匹配时所需的As 组分为0.16，这时价带带阶为-0.096eV，仍可较好的限制空穴。但是随着波长的增加，In 组分必须增加，而As 组分也要随之增加，这会使价带带阶进一步变小，激光器难以激射。
价带带阶过小导致势垒对空穴限制较差的问题是激光器在2μm 以上波长激光器激射的主要障碍。目前国际上主要采取两种手段：一是通过引入一定量的压应变。为保持量子阱的发光波长不变，In 组分不变，采取减小As 组分的方法，提高价带带阶。但是过大的压应变，当应变量子阱厚度超过临界厚度时，会在量子阱中引入缺陷，破坏量子阱质量；同时较大的应变会使激光器激射波长蓝移，不利于更长波长的激射。
二是通过引入五元AlGaInAsSb 材料。五元材料的引入，为量子阱能带设计带来了更大的自由度。通过合理选择AlGaInAsSb 的组分，可以解决价带带阶过小、对空穴限制弱的缺点。但材料质量难以提高，光损耗和焦耳热现象比较严重，激光器性能大大下降。
本发明，提出了第三种方法，引入薄层InPSb的材料体系在量子阱的电子注入一侧。由于P材料的加入，基本上不改变导带的带阶结构，但可以迅速地增加价带带阶。所以可以有效地阻挡来自于p型掺杂的空穴向n型掺杂区的泄露。同时对电子的注入基本上不太影响。由此提高了量子阱的发光效率，降低了激光激射阈值。
发明内容
本发明的目的在于，提出了一种含有空穴阻挡层的锑化镓基2-4um量子阱激光器结构，可以有效增加量子阱价带带阶，提高了量子阱的发光效率，降低了激光激射阈值。
本发明提出一种含有空穴阻挡层的锑化镓基2-4um量子阱激光器结构，该结构为多层结构，其特征在于：
一N 型GaSb衬底；
一N型GaSb缓冲层，该N型GaSb缓冲层生长在衬底上；
一N型AlGaAsSb覆盖层，该N型AlGaAsSb覆盖层生长在N型GaSb缓冲层上；
一AlGaAsSb下波导层，该AlGaAsSb下波导层生长在N型AlGaAsSb覆盖层上；
一AlGaAsSb下势垒层，该AlGaAsSb下势垒层生长在AlGaAsSb下波导层上；
一InPSb空穴阻挡层，该InPSb空穴阻挡层生长在AlGaAsSb下势垒层上；
一InGaAsSb量子阱层，该InGaAsSb量子阱层生长在InPSb空穴阻挡层上；
一AlGaAsSb上势垒层，该AlGaAsSb上势垒层生长在InGaAsSb量子阱层上；
一AlGaAsSb上波导层，该AlGaAsSb上波导层生长在AlGaAsSb上势垒层上；
一P型AlGaAsSb覆盖层，该P型AlGaAsSb覆盖层生长在AlGaAsSb上波导层上；
一P型GaSb欧姆接触层，该P型GaSb欧姆接触层生长在P型AlGaAsSb覆盖层上。
附图说明
本发明为量子阱激光器结构设计以及一个实施例，包含结构设计。其中：
图1是激光器结构（层状）图。
具体实施方式
请参阅图1所示，本发明提出一种含有空穴阻挡层的锑化镓基2-4um量子阱激光器结构，该结构为多层结构，包括：
一N型衬底101，起到支撑和N型电极接触层的作用；
一N型缓冲层102，生长在衬底101上，起到平整衬底损伤，平滑表面的作用；
一N型AlGaAsSb覆盖层103，生长在N型缓冲层102上，起到覆盖波导的作用；
一AlGaAsSb下波导层104，生长在N型AlGaAsSb覆盖层103上，起导引光的作用；
一AlGaAsSb下势垒层105，生长在AlGaAsSb下波导层104上，起量子阱势垒的作用；
一InPSb空穴阻挡层106，生长在AlGaAsSb下势垒层105上，起阻挡空穴的作用，也是本发明的核心内容；
一InGaAsSb量子阱层107，生长在InPSb空穴阻挡层106上，起量子阱的作用；
一AlGaAsSb上势垒层108，生长在InGaAsSb量子阱层107上，起量子阱势垒的作用；
一AlGaAsSb上波导层109，生长在AlGaAsSb上势垒层108上，起导引光的作用；
一P型AlGaAsSb覆盖层110，生长在AlGaAsSb上波导层109上，起到覆盖波导的作用；
一P型GaSb欧姆接触层111，生长在P型AlGaAsSb覆盖层110上，起到P型欧姆接触层的作用。
表一所示为具体实施例，包括组分、厚度、掺杂、生长温度等参数。

Claims (12)

1.一种含有空穴阻挡层的锑化镓基2-4μm量子阱激光器结构，该结构为多层结构，其特征在于，包括：
一N 型GaSb衬底；
一N型GaSb缓冲层，该N型GaSb缓冲层生长在衬底上；
一N型AlGaAsSb覆盖层，该N型AlGaAsSb覆盖层生长在N型GaSb缓冲层上；
一AlGaAsSb下波导层，该AlGaAsSb下波导层生长在N型AlGaAsSb覆盖层上；
一AlGaAsSb下势垒层，该AlGaAsSb下势垒层生长在AlGaAsSb下波导层上；
一InPSb空穴阻挡层，该InPSb空穴阻挡层生长在AlGaAsSb下势垒层上；
一InGaAsSb量子阱层，该InGaAsSb量子阱层生长在InPSb空穴阻挡层上；
一AlGaAsSb上势垒层，该AlGaAsSb上势垒层生长在InGaAsSb量子阱层上；
一AlGaAsSb上波导层，该AlGaAsSb上波导层生长在AlGaAsSb上势垒层上；
一P型AlGaAsSb覆盖层，该P型AlGaAsSb覆盖层生长在AlGaAsSb上波导层上；
一P型GaSb欧姆接触层，该P型GaSb欧姆接触层生长在P型AlGaAsSb覆盖层上。
2.按权利要求1所述的锑化镓基2-4μm量子阱激光器结构，其特征在于，其中N型GaSb缓冲层的厚度为400-700nm。
3.按权利要求1所述的锑化镓基2-4μm量子阱激光器结构，其特征在于，其中N型GaSb缓冲层的厚度为400-700nm，掺杂浓度为1e18-3e18cm-3。
4.按权利要求1所述的锑化镓基2-μm量子阱激光器结构，其特征在于，其中N型AlGaAsSb覆盖层的厚度为500-1500nm，掺杂浓度为3e17-6e17cm-3。
5.按权利要求1所述的锑化镓基2-4μm量子阱激光器结构，其特征在于，其中AlGaAsSb下波导层的厚度为100-300nm。
6.按权利要求1所述的锑化镓基2-4μm量子阱激光器结构，其特征在于，其中AlGaAsSb下势垒层的厚度为10-30nm。
7.按权利要求1所述的锑化镓基2-4μm量子阱激光器结构，其特征在于，其中InPSb空穴阻挡层的厚度为4-8nm。
8.按权利要求1所述的锑化镓基2-4μm量子阱激光器结构，其特征在于，其中InGaAsSb量子阱层的厚度为8-12nm。
9.按权利要求1所述的锑化镓基2-4μm量子阱激光器结构，其特征在于，其中AlGaAsSb上势垒层的厚度为10-30nm。
10.按权利要求1所述的锑化镓基2-4μm量子阱激光器结构，其特征在于，其中AlGaAsSb上波导层的厚度为100-300nm。
11.按权利要求1所述的锑化镓基2-4μm量子阱激光器结构，其特征在于，其中P型AlGaAsSb覆盖层的厚度为500-1500nm，掺杂浓度为3e18-6e18cm-3。
12.按权利要求1所述的锑化镓基2-4μm量子阱激光器结构，其特征在于，其中P型GaSb欧姆接触层的厚度为200-400nm，掺杂浓度为1e19-2e19cm-3。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101626143A (zh) * 2009-04-10 2010-01-13 长春理工大学 采用InGaSb柱形量子点实现高效率1.5μm通讯波段激光器结构的外延生长设计及方法
CN101702490A (zh) * 2009-10-29 2010-05-05 长春理工大学 一种采用dwell的中红外锑化物激光器结构

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101626143A (zh) * 2009-04-10 2010-01-13 长春理工大学 采用InGaSb柱形量子点实现高效率1.5μm通讯波段激光器结构的外延生长设计及方法
CN101702490A (zh) * 2009-10-29 2010-05-05 长春理工大学 一种采用dwell的中红外锑化物激光器结构

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
R.M.BIEFELD, ET AL.: "InAsSb/InPSb strained-layer superlattice growth using metal-organic chemical vapor deposition", 《JOURNAL OF CRYSTAL GROWTH》 *

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