CN110808531A - 一种半导体激光器外延结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及半导体激光器技术领域，提供了一种半导体激光器外延结构，包括位于最底层的衬底、生长在所述衬底上的InP缓冲层以及位于最高层的电极接触层，还包括位于所述InP缓冲层和所述电极接触层之间的多量子阱层，靠近所述多量子阱层制作超晶格层，所述超晶格层位于所述InP缓冲层和所述电极接触层之间。本发明的一种半导体激光器外延结构，通过超晶格层可以吸收能量高于激光发射波长的光子，减小激光光源的半波宽，进而提高半导体激光器的信号识别度。

Description

一种半导体激光器外延结构
技术领域
本发明涉及半导体激光器技术领域，具体为一种半导体激光器外延结构。
背景技术
半导体激光器在固体激光器泵浦、激光医疗、激光加工、激光显示、激光通信以及军事应用等领域得到了越来越广泛的应用，这也对半导体激光器提出了更高的要求。
近年来通信带宽由2G发展到4G，再到即将到来的5G，人类对高速通信的追求在不断扩张，这对信号发生器-半导体激光器的要求越来越高，特别是对信号强度和信号识别度的要求越来越高。
然而常规半导体激光器结构中没有可以吸收波长短于激光发射波长的区域，这会使得激光发射波长半波宽较大，在激光通信中就表现为识别度不高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种半导体激光器外延结构，通过超晶格层可以吸收能量高于激光发射波长的光子，减小激光光源的半波宽，进而提高半导体激光器的信号识别度。
为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：一种半导体激光器外延结构，包括位于最底层的衬底、生长在所述衬底上的InP缓冲层以及位于最高层的电极接触层，还包括位于所述InP缓冲层和所述电极接触层之间的多量子阱层，靠近所述多量子阱层制作超晶格层，所述超晶格层位于所述InP缓冲层和所述电极接触层之间。
进一步，所述多量子阱层的上方制作有所述超晶格层。
进一步，所述多量子阱层的下方设有所述超晶格层。
进一步，所述多量子阱层的上方和下方均设有所述超晶格层，且两层所述超晶格层以所述多量子阱层为对称轴对称设置。
进一步，所述多量子阱层的上方制作有多组所述超晶格层，所述多量子阱层的下方也制作有多组所述超晶格层。
进一步，还包括设于所述InP缓冲层与多量子阱层之间的下限制层和下波导层，所述下限制层生长在InP缓冲层上，所述下波导层制作在所述下限制层上，所述超晶格层位于所述下波导层的上方。
进一步，还包括设于所述多量子阱层与所述电极接触层之间的上限制层和上波导层，所述超晶格层位于所述上波导层的下方。
进一步，所述上波导层和所述下波导层均为Alx1Gay1In(1-x1-y1)As材料，其中，0<x1<1，0≤y1<1。
进一步，所述超晶格层为垒材料Alx2Gay2In(1-x2-y2)As与阱材料Alx3Gay3In(1-x2-y3)As交替生长而成的周期结构，其中，0<x3/x2<x1<1，0<y3/y2<y1<1，生长周期数m的范围是，1<m<200。
进一步，所述多量子阱层为垒材料Alx4Gay4In(1-x4-y4)As与阱材料Alx5Gay5In(1-x5-y5)As交替生长而成的周期结构，其中，0<x5<x4<x3/x2<x1<1，0<y5<y4<y3/y2<y1<1，生长周期数n的范围是，1<n<20。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：一种半导体激光器外延结构，通过超晶格层可以吸收能量高于激光发射波长的光子，减小激光光源的半波宽，进而提高半导体激光器的信号识别度。
附图说明
图1为现有技术常规的半导体激光器外延结构的示意图；
图2为本发明实施例提供的一种半导体激光器外延结构具有对称超晶格层的示意图；
图3为本发明实施例提供的一种半导体激光器外延结构具有多层超晶格层的示意图；
图4为本发明实施例提供的一种半导体激光器外延结构仅有位于多量子阱层上方的超晶格层的示意图；
图5为本发明实施例提供的一种半导体激光器外延结构仅有位于多量子阱层下方的超晶格层的示意图；
附图标记中：1-衬底；2-InP缓冲层；3-下限制层；4-下波导层；5-下超晶格层；6-多量子阱层；7-上超晶格层；8-上限制层；9-上波导层；10-电极接触层。
具体实施方式
下面将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它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图2-图5，本发明实施例提供一种半导体激光器外延结构，包括位于最底层的衬底1、生长在所述衬底1上的InP缓冲层2以及位于最高层的电极接触层10，本外延结构还包括位于所述InP缓冲层2和所述电极接触层10之间的多量子阱层6，靠近所述多量子阱层6制作超晶格层，所述超晶格层也位于所述InP缓冲层2和所述电极接触层10之间。在本实施例中，本外延结构为多层结构，在结构上是由若干层依次堆叠而成，即由最底层至最高层方向，上层结构制作在其相邻的下层结构上。本实施例通过在常规的半导体激光器外延结构中制作了超晶格层，可以吸收能量高于激光发射波长的光子，减小激光光源的半波宽，进而提高半导体激光器的信号识别度。其中，衬底1作为最底层，它为InP(磷化铟)衬底，是N型磷化铟，便于实现高频、高功率的工作要求；电极接触层10位于最高层，为重掺杂的P型磷化铟材料；InP缓冲层2生长在衬底1上，为N型磷化铟材料，掺杂浓度大于5×1017cm-3，目的是形成高质量且串联电阻小的外延层，便于后续结构的生长。
作为本发明实施例的优化方案，请参阅图5，所述多量子阱层6的上方制作有所述超晶格层。在本实施例中，将超晶格层制作在多量子阱层6上，可以起到吸收能量高于激光发射波长的光子，减小激光光源的半波宽，进而提高半导体激光器的信号识别度的作用。
作为本发明实施例的优化方案，请参阅图4，所述多量子阱层6的下方设有所述超晶格层。在本实施例中，将超晶格层设于多量子阱层6下方，也可以起到吸收能量高于激光发射波长的光子，减小激光光源的半波宽，进而提高半导体激光器的信号识别度的作用。
作为本发明实施例的优化方案，请参阅图2，所述多量子阱层6的上方和下方均设有所述超晶格层，且两层所述超晶格层以所述多量子阱层6为对称轴对称设置。在本实施例中，在多量子阱层6的上方和下方均设超晶格层，为了方便描述，将在多量子阱层6上方的定义为上超晶格层7，将在多量子阱层6下方的定义为下超晶格层5，上超晶格层7制作在多量子阱层6上。该上超晶格层7和下超晶格层5以多量子阱层6为对称轴对称设置，通过上超晶格层7和下超晶格层5，可以起到吸收能量高于激光发射波长的光子，减小激光光源的半波宽，进而提高半导体激光器的信号识别度的作用。
作为本发明实施例的优化方案，请参阅图3，所述多量子阱层的上方制作有多组所述超晶格层，所述多量子阱层的下方也制作有多组所述超晶格层。在本实施例中，为多组超晶格层的形式，多量子阱层6上方的超晶格层以与多量子阱层6下方的超晶格层对称，也可以不对称，例如如图3所示，为对称的形式，为了便于描述，我们将多量子阱层6上方的两层超晶格层分别定义为第一上超晶格层7.1和第二上超晶格层7.2，并将多量子阱层下方的两层超晶格层分别定义为第一下超晶格层5.1和第二下超晶格层5.2。通过这些超晶格层除了可以起到吸收能量高于激光发射波长的光子，减小激光光源的半波宽，进而提高半导体激光器的信号识别度的作用以外，还可以提高电子-空穴对的注入效率，第一下超晶格层5.1和第二下超晶格层5.2吸收光子后产生电子-空穴对，由第二下超晶格产生5.2的电子和由第一上超晶格层7.1产生的空穴在电场作用下往多量子阱层6注入，提高了电子-空穴对的注入效率，极大的提高半导体激光器的增益系数。
作为本发明实施例的优化方案，请参阅图2-图5，本外延结构还包括设于所述InP缓冲层2与多量子阱层6之间的下限制层3和下波导层4，所述下限制层3生长在InP缓冲层2上，所述下波导层4制作在所述下限制层3上，所述超晶格层位于所述下波导层4的上方。在本实施例中，下限制层3制作在缓冲层上，为高掺杂的N型铝铟砷材料，下波导层4为Alx1Gay1In(1-x1-y1)As(0<x1<1，0≤y1<1)材料。下超晶格层5可以制作在下波导层4上。
进一步优化上述方案，请参阅图2-图5，本外延结构还包括设于所述多量子阱层6与所述电极接触层10之间的上限制层8和上波导层9，所述超晶格层位于所述上波导层9的下方。在本实施例中，上限制层8为高掺杂的P型铝铟砷材料，上波导层9为以量子阱层6中心与下波导层4对称的Alx1Gay1In(1-x1-y1)As(0<x1<1，0≤y1<1)材料。
作为本发明实施例的优化方案，所述超晶格层为垒材料Alx2Gay2In(1-x2-y2)As与阱材料Alx3Gay3In(1-x2-y3)As交替生长而成的周期结构，其中，0<x3/x2<x1<1，0<y3/y2<y1<1，生长周期数m的范围是，1<m<200。所述多量子阱层6为垒材料Alx4Gay4In(1-x4-y4)As与阱材料Alx5Gay5In(1-x5-y5)As交替生长而成的周期结构，其中，0<x5<x4<x3/x2<x1<1，0<y5<y4<y3/y2<y1<1，生长周期数n的范围是，1<n<20。
以上所述实施例也适用于x1、x2、x3、x4、x5和y1、y2、y3、y4、y5为线性变化或其他变化的结构，也适用于下超晶格层5和上超晶格层7为多组超晶格的组合的结构，仅表达了本发明的一种实施方式。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种半导体激光器外延结构，包括位于最底层的衬底、生长在所述衬底上的InP缓冲层以及位于最高层的电极接触层，其特征在于，还包括位于所述InP缓冲层和所述电极接触层之间的多量子阱层，靠近所述多量子阱层制作超晶格层，所述超晶格层位于所述InP缓冲层和所述电极接触层之间。
2.如权利要求1所述的一种半导体激光器外延结构，其特征在于：所述多量子阱层的上方制作有所述超晶格层。
3.如权利要求1所述的一种半导体激光器外延结构，其特征在于：所述多量子阱层的下方设有所述超晶格层。
4.如权利要求1所述的一种半导体激光器外延结构，其特征在于：所述多量子阱层的上方和下方均设有所述超晶格层，且两层所述超晶格层以所述多量子阱层为对称轴对称设置。
5.如权利要求1所述的一种半导体激光器外延结构，其特征在于：所述多量子阱层的上方制作有多组所述超晶格层，所述多量子阱层的下方也制作有多组所述超晶格层。
6.如权利要求1所述的一种半导体激光器外延结构，其特征在于：还包括设于所述InP缓冲层与多量子阱层之间的下限制层和下波导层，所述下限制层生长在InP缓冲层上，所述下波导层制作在所述下限制层上，所述超晶格层位于所述下波导层的上方。
7.如权利要求6所述的一种半导体激光器外延结构，其特征在于：还包括设于所述多量子阱层与所述电极接触层之间的上限制层和上波导层，所述超晶格层位于所述上波导层的下方。
8.如权利要求7所述的一种半导体激光器外延结构，其特征在于：所述上波导层和所述下波导层均为Alx1Gay1In(1-x1-y1)As材料，其中，0<x1<1，0≤y1<1。
9.如权利要求1所述的一种半导体激光器外延结构，其特征在于：所述超晶格层为垒材料Alx2Gay2In(1-x2-y2)As与阱材料Alx3Gay3In(1-x2-y3)As交替生长而成的周期结构，其中，0<x3/x2<x1<1，0<y3/y2<y1<1，生长周期数m的范围是，1<m<200。
10.如权利要求1所述的一种半导体激光器外延结构，其特征在于：所述多量子阱层为垒材料Alx4Gay4In(1-x4-y4)As与阱材料Alx5Gay5In(1-x5-y5)As交替生长而成的周期结构，其中，0<x5<x4<x3/x2<x1<1，0<y5<y4<y3/y2<y1<1，生长周期数n的范围是，1<n<20。
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