CN107147005A - 非对称波导980nm单模激光器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种非对称波导980nm单模激光器，涉及激光器技术领域。所述激光器包括衬底以及衬底上从下至上依次生长的缓冲层、下限制层、下波导层、量子阱层、上波导层、第一上限制层、腐蚀停止层、第二上限制层和电极接触层，所述腐蚀停止层采用高掺杂的P型GaInP材料。所述单模激光器在对称结构的基础上采用AlGaAs的非对称波导，并在结构中插入腐蚀阻挡层，能够有效地防止载流子泄漏，提高输出功率，保证了高的电光转换效率等器件性能。
Description
技术领域
本发明涉及激光器技术领域，尤其涉及一种非对称波导980nm单模激光器。
背景技术
980nm半导体激光器作为许多新型固体激光材料如Er:YAG、Er／Yb:玻璃、Er:YLF和Er:Y2SiO2等的泵浦光源，可以获得1.55-1.66um以及2.60-2.90um两个波段范围的激光。另外，980nm半导体激光器是掺铒光纤放大器(Erbium Doped Fiber Amplifier，简称EDFA)的最理想泵浦源。
随着高速度大容量光纤通信和光电子器件的迅速发展，980nm半导体激光器与单模光纤(SMF)的高效耦合日益受到人们的重视。它不仅直接影响光纤传输的中继距离，而且在改善激光器泵浦掺饵光纤放大器的性能上，在提高性价比方面有着十分重要的意义。按照模式耦合理论，980nm半导体激光器与单模光纤的耦合，实质上是两者之间的模场匹配。980nm激光器单模模式控制对光纤耦合至关重要。
在对称的结构中，为了进一步提高器件的输出功率，需要继续增大波导层厚度，这样导致了一些弊端：其一，较强的载流子泄漏；其二，对称结构的器件由于小光场渗透到p型限制层中产生了高阶横模。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是如何提供一种能够有效地防止载流子泄漏，提高输出功率，保证高的电光转换效率的非对称波导980nm单模激光器。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种非对称波导980nm单模激光器，其特征在于：包括衬底以及衬底上从下至上依次生长的缓冲层、下限制层、下波导层、量子阱层、上波导层、第一上限制层、腐蚀停止层、第二上限制层和电极接触层，所述腐蚀停止层采用高掺杂的P型GaInP材料。
进一步的技术方案在于：所述衬底采用N型砷化镓材料制作；所述缓冲层形成于所述衬底的上表面，采用N型砷化镓材料制作。
进一步的技术方案在于：所述下限制层形成于所述缓冲层的上表面，采用高掺杂的N型铝镓砷材料制作。
进一步的技术方案在于：所述下波导层制作与下限制层的上表面，采用非掺杂的N型铝镓砷材料制作。
进一步的技术方案在于：所述量子阱层形成于所述下波导层的上表面，使用非掺杂的铝镓铟砷材料制作。
进一步的技术方案在于：所述上波导层形成于所述量子阱层的上表面，使用非掺杂的P型铝镓砷材料制作，杂质浓度小于1015/cm3，厚度为0.4μm～1μm。
进一步的技术方案在于：所述第一上限制层形成于上波导层的上表面，使用高掺杂的N型铝镓砷材料制作。
进一步的技术方案在于：所述腐蚀停止层形成于第一上限制层的上表面，使用高掺杂的P型铟镓磷材料制作。
进一步的技术方案在于：所述第二上限制层形成于腐蚀停止层的上表面，使用高掺杂的P型铝镓砷材料制作。
进一步的技术方案在于：所述电极接触层形成于第二上限制层上，使用重掺杂的P型砷化镓材料制作，浓度大于1020/cm2。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：所述单模激光器在对称结构的基础上采用AlGaAs的非对称波导，并在结构中插入腐蚀阻挡层，能够有效地防止载流子泄漏，提高输出功率，保证了高的电光转换效率等器件性能。
附图说明
图1是本发明实施例所述激光器的结构示意图；
其中：1、衬底2、缓冲层3、下限制层4、下波导层5、量子阱层6、上波导层7、第一上限制层8、腐蚀停止层9、第二上限制层10、电极接触层。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
如图1所示，本发明实施例公开了一种非对称波导980nm单模激光器，包括衬底1以及衬底1上从下至上依次生长的缓冲层2、下限制层3、下波导层4、量子阱层5、上波导层6、第一上限制层7、腐蚀停止层8、第二上限制层9和电极接触层10。所述腐蚀停止层8采用高掺杂的P型GaInP材料。
所述单模激光器在对称结构的基础上采用AlGaAs的非对称波导，并在结构中插入腐蚀阻挡层，能够有效地防止载流子泄漏，提高输出功率，保证了高的电光转换效率等器件性能。
衬底1，用于在其上进行半导体激光器各层材料外延生长，本发明中衬底1是<100>面的N型砷化镓，这样能够有利于电子的注入，减小衬底1材料的串联电阻。
缓冲层2制作在衬底1上，为N型砷化镓材料，其目的是形成高质量的外延表面，减小衬底与其它各层的应力，消除衬底的缺陷向其它各层的传播，以利于器件其它各层材料的生长。
下限制层3制作在缓冲层2上，为高掺杂的N型铝镓砷材料，其目的是限制光场横模向缓冲层2和衬底1的扩展，减小光的损耗，也是限制载流子的扩散，减小空穴漏电流，以降低器件的阈值电流，同时降低势垒，减小电压亏损，提高效率。
下波导层4制作在下限制层3上，为非掺杂的N型铝镓砷材料，杂质浓度小于1015/cm3，厚度为0.4～1μm，其目的是加强对光场的限制，减小光束的远场发散角，提高器件的光束质量，同时减小腔面光功率密度，采用非掺杂是为了减少该层对光的吸收损耗。
量子阱层5制作在下波导层4上，为非掺杂的铝镓铟砷材料，其作用是作为激光器的有源区，提供足够的光增益，并决定器件的激射波长以及器件的使用寿命。
上波导层6制作在量子阱层5上，为非掺杂的P型铝镓砷材料，杂质浓度小于1015/cm3，厚度为0.4～1μm，上波导层7的作用是加强对光场的限制，减小光束的远场发散角，提高器件的光束质量，采用非掺杂是为了减少上波导层7对光的吸收损耗。
第一上限制层7制作在上波导层6上，为高掺杂的N型铝镓砷材料，其优点是增加了上波导层7和上限制层9的带阶，能够有效阻碍电子向上限制层9的扩散和漂移，从而减小电子的漏电流，以降低器件的阈值电流，提高注入效率，而且限制光场横模向该上限制层9的扩展，减小光的损耗，也是降低势垒，减小电压亏损，提高效率。
腐蚀停止层8制作在第一上限制层7上，为高掺杂的P型铟镓磷材料，目的是通过第二上限制层9的铝镓砷材料与腐蚀停止层8的铟镓磷材料在干法刻蚀中的高选择比，实现对第二上限制层9的刻蚀深度的精确控制，以获得均匀性好的刻蚀深度。
第二上限制层9制作在上光场作用层8上，为高掺杂的P型铝镓砷材料，其优点是能够有效阻碍电子向上限制层9的扩散和漂移，从而减小电子的漏电流，以降低器件的阈值电流，提高注入效率，而且限制光场横模向该上限制层9的扩展，减小光的损耗，也是降低势垒，减小电压亏损，提高效率。
电极接触层10制作在上限制层9上，为重掺杂的P型砷化镓材料，浓度大于1020/cm2，其目的是实现良好的欧姆接触，采用重掺杂是为了减小串联电阻，提高器件的转换效率。
Claims (10)
1.一种非对称波导980nm单模激光器，其特征在于：包括衬底（1）以及衬底（1）上从下至上依次生长的缓冲层（2）、下限制层（3）、下波导层（4）、量子阱层（5）、上波导层（6）、第一上限制层（7）、腐蚀停止层（8）、第二上限制层（9）和电极接触层（10），所述腐蚀停止层（8）采用高掺杂的P型GaInP材料。
2.如权利要求1所述的非对称波导980nm单模激光器，其特征在于：所述衬底（1）采用N型砷化镓材料制作；所述缓冲层（2）形成于所述衬底（1）的上表面，采用N型砷化镓材料制作。
3.如权利要求1所述的非对称波导980nm单模激光器，其特征在于：所述下限制层（3）形成于所述缓冲层（2）的上表面，采用高掺杂的N型铝镓砷材料制作。
4.如权利要求1所述的非对称波导980nm单模激光器，其特征在于：所述下波导层（4）制作与下限制层（3）的上表面，采用非掺杂的N型铝镓砷材料制作。
5.如权利要求1所述的非对称波导980nm单模激光器，其特征在于：所述量子阱层（5）形成于所述下波导层（4）的上表面，使用非掺杂的铝镓铟砷材料制作。
6.如权利要求1所述的非对称波导980nm单模激光器，其特征在于：所述上波导层（6）形成于所述量子阱层（5）的上表面，使用非掺杂的P型铝镓砷材料制作，杂质浓度小于1015/cm3，厚度为0.4μm～1μm。
7.如权利要求1所述的非对称波导980nm单模激光器，其特征在于：所述第一上限制层（7）形成于上波导层（6）的上表面，使用高掺杂的N型铝镓砷材料制作。
8.如权利要求1所述的非对称波导980nm单模激光器，其特征在于：所述腐蚀停止层（8）形成于第一上限制层（7）的上表面，使用高掺杂的P型铟镓磷材料制作。
9.如权利要求1所述的非对称波导980nm单模激光器，其特征在于：所述第二上限制层（9）形成于腐蚀停止层（8）的上表面，使用高掺杂的P型铝镓砷材料制作。
10.如权利要求1所述的非对称波导980nm单模激光器，其特征在于：所述电极接触层（10）形成于第二上限制层（9）上，使用重掺杂的P型砷化镓材料制作，浓度大于1020/cm2。
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