CN112838475B - 一种基于张应变扩散阻挡层的激光器件及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种基于张应变扩散阻挡层的激光器件及其制备方法，所述器件包括由下至上依次设置的GaAs衬底、GaAs缓冲层、Ga_x1In_1‑x1P下过渡层、Al_1‑x2In_x2P下限制层、(Al_1‑x3Ga_x3)_y1In_1‑y1P下波导层、Ga_1‑x4In_x4P第一量子阱、(Al_1‑x5Ga_x5)_y2In_1‑y2P垒层、Ga_1‑x6In_x6P第二量子阱、(Al_1‑x7Ga_x7)_y3In_1‑y3P上波导层、(Al_{1‑ x8}Ga_x8)_y4In_1‑y4P扩散阻挡层、Al_1‑x9In_x9P第一上限制层、Ga_1‑x10In_x10P腐蚀终止层、Al_1‑x11In_x11P第二上限制层、Ga_1‑x12In_x12P上过渡层和GaAs帽层。本发明采用张应变扩散阻挡层，减少了P限制层掺杂剂向有源区的扩散，降低了内损耗；带隙增加，降低了N限制层电子扩散；提高了光限制因子。与现有生长方法相比，此方法可提高光电转效率，提高半导体激光器的高温高可靠性，有利于实现小功率红光激光器的高温高可靠性应用。

Description

一种基于张应变扩散阻挡层的激光器件及其制备方法

技术领域

本发明涉及光电子技术领域,具体地说是一种基于张应变扩散阻挡层的激光器件及其制备方法。

背景技术

GaInP/AlGaInP红光激光器具有价格低、寿命长的特点，在激光器指示及工业测量等领域有着广泛的应用前景。在这些应用中，较高的电光转换效率和良好的工作稳定性，不仅有助于减小器件的发热量，降低器件的散热成本，实现器件的小型化和便携化，提高半导体激光器的出光功率，同时决定了器件的使用寿命，成为当前的研究热点。

为保证晶体生长质量，需要较高的生长温度，而目前AlGaInP材料常用的P型掺杂剂Mg和Zn具有一定的高温扩散性，扩散进有源区不仅会形成大量的点缺陷，影响高温老化性能，同时空穴载流子吸收造成内损耗增加；GaInP和Al(Ga)InP材料导带带隙差小，容易产生载流子泄露，其中电子泄露占主导地位，导致阈值电流增大，内量子效率降低；量子阱发出的光扩散到波导层外，导致载流子散射和吸收损耗，引起了激光器内损耗增加，电光转换效率降低。内损耗增加不仅影响电光转换效率，同时产生大量的热，造成载流子进一步泄露，影响器件的可靠性和使用寿命。

目前广泛使用扩散阻挡层来降低掺杂剂的扩散，主要分为三个方面：(1)利用P型掺杂剂在非In材料GaAs、GaP等中扩散，扩散速度较低，容易形成陡峭界面，起到扩散阻挡层作用，但是这种扩散阻挡层存在As/P界面切换、晶格差异较大的缺点，将会导致阈值电流增加，光电转换效率降低；(2)使用N型掺杂，作为扩散阻挡层，然而形成内建电场会导致电压进一步增大；(3)利用非掺层作为扩散阻挡层，这种情况下掺杂剂对于能带提升的作用几乎可以忽略，无法降低电子泄露。

发明内容

为解决上述问题，本发明实施例中提供了一种基于张应变扩散阻挡层的激光器件以及制备方法，阻挡层受到张应变，带隙增大，减少了电子泄露，光限制因子增大，减少了内损耗，提高了光电转效率及高温可靠性。

为了解决上述技术问题，本发明实施例公开了如下技术方案：

本发明第一方面提供了一种基于张应变扩散阻挡层的激光器件，所述器件包括由下至上依次设置的GaAs衬底、GaAs缓冲层、Ga_x1In_1-x1P下过渡层、Al_1-x2In_x2P下限制层、(Al_1-x3Ga_x3)_y1In_1-y1P下波导层、Ga_1-x4In_x4P第一量子阱、(Al_1-x5Ga_x5)_y2In_1-y2P垒层、Ga_1-x6In_x6P第二量子阱、(Al_1-x7Ga_x7)_y3In_1-y3P上波导层、(Al_1-x8Ga_x8)_y4In_1-y4P扩散阻挡层、Al_1-x9In_x9P第一上限制层、Ga_1-x10In_x10P腐蚀终止层、Al_1-x11In_x11P第二上限制层、Ga_1-x12In_x12P上过渡层和GaAs帽层；

其中，0.45≤x1≤0.55，0.4≤x2≤0.6，0.05≤x3≤0.5,0.3≤y1≤0.7，0.3≤x4≤0.6，0.3≤x5≤0.6,0.45≤y2≤0.7，0.3≤x6≤0.6，0.05≤x7≤0.5,0.3≤y3≤0.7，0.05≤x8≤0.5,0.55≤y4≤0.7，0.3≤x9≤0.6，0.3≤x10≤0.6，0.3≤x11≤0.6，0.45≤x12≤0.55。

本发明第二方面提供了一种基于张应变扩散阻挡层激光器件的制备方法，所述方法包括以下步骤：

S1，将GaAs衬底放在MOCVD设备生长室内，H₂环境升温到720±10℃烘烤，并通入AsH₃，对GaAs衬底进行表面热处理；

S2，将温度缓降到700±10℃，继续通入TMGa和AsH3，在GaAs衬底上生长GaAs缓冲层；

S3,温度保持在700±10℃，继续通入TMIn、TMGa、和PH₃，在GaAs缓冲层上生长Ga_x1In_1-x1P下过渡层；

S4,温度保持在700±10℃，继续通入TMIn、TMAl和PH3，在所述下过渡层上生长n型Al_1-x2In_x2P下限制层；

S5,温度缓变到650±10℃，通入TMIn、TMAl、TMGa和PH₃，在所述下限制层上生长(Al_1-x3Ga_x3)_y1In_1-y1P下波导层；

S6,温度保持在650±10℃，继续通入TMIn、TMGa和PH₃，在所述下波导层上生长Ga_1-x4In_x4P第一量子阱；

S7,温度保持在650±10℃，继续通入TMIn、TMAl、TMGa和PH₃，在所述第一量子阱上生长(Al_1-x5Ga_x5)_y2In_1-y2P垒层；

S8,温度保持在650±10℃，继续通入TMIn、TMAl、TMGa和PH₃，在所述垒层上生长Ga_1-x6In_x6P第二量子阱；

S9,温度保持在650±10℃，继续通入TMIn、TMAl、TMGa和PH₃，在所述第二量子阱上生长(Al_1-x7Ga_x7)_y3In_1-y3P上波导层；

S10，温度保持在650±10℃，继续通入TMIn、TMAl、TMGa和PH₃，在所述上波导层上生长非故意掺杂(Al_1-x8Ga_x8)_y4In_1-y4P扩散阻挡层；

S11,温度渐变至700±10℃，继续通入TMIn、TMAl和PH3，在所述扩散阻挡层上生长Al_1-x9In_x9P第一上限制层；

S12,温度保持在700±10℃，继续通入TMIn、TMAl和PH3，在所述第一上限制层上生长掺杂的Ga_1-x10In_x10P腐蚀终止层；

S13,温度保持在700±10℃，继续通入TMIn、TMAl和PH3，在所述腐蚀终止层上生长掺杂的Al_1-x11In_x11P第二上限制层；

S14,温度降低至660±10℃，继续通入TMIn、TMGa和PH₃，在所述第二上限制层上生长Ga_1-x12In_x12P上过渡层；

S15,将温度降低到540±10℃，继续通入TMGa和AsH₃，在所述上过渡层上生长GaAs帽层。

进一步地，步骤S3中，所述下过渡层的掺杂浓度为5E17-5E18个原子/cm³，厚度为0.1-0.3μm。

进一步地，步骤S4中，n型Al_1-x2In_x2P下限制层的厚度为0.5-1.5μm，掺杂浓度为5E17-5E18个原子/cm³。

进一步地，步骤S5中，下波导层的厚度为0.05-0.15μm；步骤S6中，所述第一量子阱的厚度为5-8nm；步骤S7中，所述垒层的厚度为5-10nm；步骤S8中，所述第二量子阱的厚度为5-8nm；步骤S9中，上波导层的厚度为0.05-0.15μm；步骤S10中，所述扩散阻挡层的厚度为5-15nm；所述下波导层、第一量子阱、垒层、第二量子阱、上波导层和扩散阻挡层均为非故意掺杂。

进一步地，步骤S11中，所述第一上限制层的厚度为0.1-0.3μm，掺杂浓度为3E17-1E18个原子/cm³。

进一步地，步骤S12中，所述腐蚀终止层的厚度为0.01-0.03μm，掺杂浓度为3E17-5E18个原子/cm³。

进一步地，步骤S13中，所述第二上限制层的厚度为0.5-1μm，掺杂浓度为3E17-2E18个原子/cm³。

进一步地，步骤S14中，所述上过渡层的厚度为0.01-0.05μm，掺杂浓度为3E17-5E18个原子/cm³。

进一步地，步骤S15中，所述帽层的厚度为0.1-0.5μm，掺杂浓度为4E19-1E20个原子/cm³。

发明内容中提供的效果仅仅是实施例的效果，而不是发明所有的全部效果，上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：

上波导层和第一上限制层之间设置有非故意掺杂的扩散阻挡层，扩散阻挡层(Al_1-x8Ga_x8)_y4In_1-y4P中，0.55≤y4≤0.7，In组分为0.3-0.45，In含量较少P限制层扩散受到抑制，此时晶格常数小于GaAs晶格常数，阻挡层受到张应变，带隙增大，减少了电子泄露，光限制因子增大，减少了内损耗，提高了光电转效率及高温可靠性。与现有生长方法相比，此结构采用张应变扩散阻挡层减少P型掺杂向有源区扩散，降低电子泄露，提高光限制因子，器件具有较高的电光转换效率，高温可靠性较好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明所述激光器件的结构示意图；

图2是本发明所述激光器件制备方法的流程示意图；

其中，1 GaAs衬底、2 GaAs缓冲层、3 Ga_x1In_1-x1P下过渡层、4 Al_1-x2In_x2P下限制层、5 (Al_1-x3Ga_x3)_y1In_1-y1P下波导层、6 Ga_1-x4In_x4P第一量子阱、7 (Al_1-x5Ga_x5)_y2In_1-y2P垒层、8Ga_1-x6In_x6P第二量子阱、9 (Al_1-x7Ga_x7)_y3In_1-y3P上波导层、10 (Al_1-x8Ga_x8)_y4In_1-y4P扩散阻挡层、11 Al_1-x9In_x9P第一上限制层、12 Ga_1-x10In_x10P腐蚀终止层、13 Al_1-x11In_x11P第二上限制层、14 Ga_1-x12In_x12P上过渡层、15 GaAs帽层。

具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。

如图1所示，本发明基于张应变扩散阻挡层的激光器件，包括由下至上依次设置的GaAs衬底1、GaAs缓冲层2、Ga_x1In_1-x1P下过渡层3、Al_1-x2In_x2P下限制层4、(Al_1-x3Ga_x3)_y1In_1-y1P下波导层5、Ga_1-x4In_x4P第一量子阱6、(Al_1-x5Ga_x5)_y2In_1-y2P垒层7、Ga_1-x6In_x6P第二量子阱8、(Al_1-x7Ga_x7)_y3In_1-y3P上波导层9、(Al_1-x8Ga_x8)_y4In_1-y4P扩散阻挡层10、Al_1-x9In_x9P第一上限制层11、Ga_1-x10In_x10P腐蚀终止层12、Al_1-x11In_x11P第二上限制层13、Ga_1-x12In_x12P上过渡层14和GaAs帽层15；

其中，0.45≤x1≤0.55，0.4≤x2≤0.6，0.05≤x3≤0.5,0.3≤y1≤0.7，0.3≤x4≤0.6，0.3≤x5≤0.6,0.45≤y2≤0.7，0.3≤x6≤0.6，0.05≤x7≤0.5,0.3≤y3≤0.7，0.05≤x8≤0.5,0.55≤y4≤0.7，0.3≤x9≤0.6，0.3≤x10≤0.6，0.3≤x11≤0.6，0.45≤x12≤0.55。

如图2所示，本发明基于张应变扩散阻挡层激光器件的制备方法包括以下步骤：

S1，将GaAs衬底放在MOCVD设备生长室内，H₂环境升温到720±10℃烘烤30分钟，并通入AsH₃，去除衬底表面水养，对GaAs衬底进行表面热处理；H₂的流量为8000－50000sccm。

S2，将温度缓降到700±10℃，继续通入TMGa和AsH3，在GaAs衬底上生长GaAs缓冲层；

S3,温度保持在700±10℃，继续通入TMIn、TMGa、和PH₃，在GaAs缓冲层上生长Ga_x1In_1-x1P下过渡层；

S4,温度保持在700±10℃，继续通入TMIn、TMAl和PH3，在所述下过渡层上生长n型Al_1-x2In_x2P下限制层；

S5,温度缓变到650±10℃，通入TMIn、TMAl、TMGa和PH₃，在所述下限制层上生长(Al_1-x3Ga_x3)_y1In_1-y1P下波导层；

S6,温度保持在650±10℃，继续通入TMIn、TMGa和PH₃，在所述下波导层上生长Ga_1-x4In_x4P第一量子阱；

S7,温度保持在650±10℃，继续通入TMIn、TMAl、TMGa和PH₃，在所述第一量子阱上生长(Al_1-x5Ga_x5)_y2In_1-y2P垒层；

S8,温度保持在650±10℃，继续通入TMIn、TMAl、TMGa和PH₃，在所述垒层上生长Ga_1-x6In_x6P第二量子阱；

S9,温度保持在650±10℃，继续通入TMIn、TMAl、TMGa和PH₃，在所述第二量子阱上生长(Al_1-x7Ga_x7)_y3In_1-y3P上波导层；

S10，温度保持在650±10℃，继续通入TMIn、TMAl、TMGa和PH₃，在所述上波导层上生长非故意掺杂(Al_1-x8Ga_x8)_y4In_1-y4P扩散阻挡层；

S11,温度渐变至700±10℃，继续通入TMIn、TMAl和PH3，在所述扩散阻挡层上生长Al_1-x9In_x9P第一上限制层；

S12,温度保持在700±10℃，继续通入TMIn、TMAl和PH3，在所述第一上限制层上生长掺杂的Ga_1-x10In_x10P腐蚀终止层；

S13,温度保持在700±10℃，继续通入TMIn、TMAl和PH3，在所述腐蚀终止层上生长掺杂的Al_1-x11In_x11P第二上限制层；

S14,温度降低至660±10℃，继续通入TMIn、TMGa和PH₃，在所述第二上限制层上生长Ga_1-x12In_x12P上过渡层；

S15,将温度降低到540±10℃，继续通入TMGa和AsH₃，在所述上过渡层上生长GaAs帽层。

步骤S2中，GaAs缓冲层的厚度为100-500nm，掺杂浓度为5E17-5E18个原子/cm³。

步骤S3中，下过渡层的掺杂浓度为5E17-5E18个原子/cm³，厚度为0.1-0.3μm。

步骤S4中，n型Al_1-x2In_x2P下限制层的厚度为0.5-1.5μm，掺杂浓度为5E17-5E18个原子/cm³。

步骤S5中，下波导层的厚度为0.05-0.15μm；步骤S6中，第一量子阱的厚度为5-8nm；步骤S7中，垒层的厚度为5-10nm；步骤S8中，第二量子阱的厚度为5-8nm；步骤S9中，上波导层的厚度为0.05-0.15μm；步骤S10中，扩散阻挡层的厚度为5-15nm。上述下波导层、第一量子阱、垒层、第二量子阱、上波导层和扩散阻挡层均为非故意掺杂。

步骤S11中，第一上限制层的厚度为0.1-0.3μm，掺杂浓度为3E17-1E18个原子/cm³。

步骤S12中，腐蚀终止层的厚度为0.01-0.03μm，掺杂浓度为3E17-5E18个原子/cm³。

步骤S13中，第二上限制层的厚度为0.5-1μm，掺杂浓度为3E17-2E18个原子/cm³。

步骤S14中，上过渡层的厚度为0.01-0.05μm，掺杂浓度为3E17-5E18个原子/cm³。

步骤S15中，帽层的厚度为0.1-0.5μm，掺杂浓度为4E19-1E20个原子/cm³。

在上述步骤S1-S15完成外延生长后，利用常规的LD封装技术，制作LD器件。GaAs基LD的制备过程中，MOCVD设备的压力为50-200mbar。

GaAs缓冲层、Ga_x1In_1-x1P下过渡层、Al_1-xIn_xP下限制层的N型掺杂源为Si₂H₆；Al_{1- x}In_xP上限制层的P型掺杂源为Cp₂Mg；GaAs帽层的掺杂源为CBr₄。Si₂H₆的纯度为99.9999％；Cp₂Mg的纯度为99.9999％，Cp₂Mg的恒温槽的温度为0-25℃,CBr₄的恒温槽的温度为10-25℃。

步骤S2、S3、S5-S10、S14和S15中TMGa的纯度为99.9999％，TMGa的恒温槽的温度为(-5)-15℃；步骤S3-S14中TMIn的纯度为99.9999％，TMIn的恒温槽的温度为(+)10-(+)25℃；步骤S4、S5、S7-S13中TMAl的纯度为99.9999％，TMAl的恒温槽的温度为10-25℃；步骤S1中AsH₃的纯度为99.9999％。

为支持上述步骤S1-S15中实现步骤，下面对实现过程进行举例说明。

实施例1

从下到上依次生长GaAs缓冲层的厚度为100nm，掺杂浓度为5E17个原子/cm³；Ga_0.5In_0.5P下过渡层的厚度为100nm，掺杂浓度为5E18个原子/cm³；n型Al_0.5In_0.5P下限制层厚度为0.5um，掺杂浓度为5E18个原子/cm³；(Al_1-x3Ga_x3)_y1In_1-y1P下波导层的厚度为50nm，非故意掺杂，组分由(Al_0.9Ga_0.1)_0.5In_0.5P渐变至(Al_0.5Ga_0.5)_0.5In_0.5P；有源区为Ga_0.4In_0.6P量子阱、(Al_0.6Ga_0.4)_0.5In_0.5P垒层、Ga_0.4In_0.6P量子阱组成，厚度分别为5nm、8nm、5nm非故意掺杂；(Al_1-x3Ga_x3)_y1In_1-y1P上波导层的厚度为50nm，非故意掺杂，组分由(Al_0.9Ga_0.1)_0.5In_0.5P渐变至(Al_0.5Ga_0.5)_0.5In_0.5P；(Al_0.9Ga_0.1)_0.6In_0.4P扩散阻挡层的厚度为15nm，非故意掺杂；P型Al_0.5In_0.5P上限制层1厚度为0.1um，掺杂浓度为3E17个原子/cm³；Ga_0.5In_0.5P腐蚀终止层的厚度为100nm，掺杂浓度为1E18个原子/cm³；P型Al_0.5In_0.5P上限制层2厚度为0.5um，掺杂浓度为3E17个原子/cm³；Ga_0.5In_0.5P上过渡层的厚度为10nm，掺杂浓度为1E18个原子/cm³；GaAs帽层的掺杂浓度为4E19个原子/cm³；厚度为0.1μm。通过插入张应变扩散阻挡层，波导层与限制层带隙差增大，抑制电子泄露能力增加，同时P掺杂剂在In组分低层扩散系数小，减少了掺杂剂向有源区的扩散，降低内损耗；利用该扩散阻挡层，电光转换效率增加，减少了热量产生，能够获得更好的高温可靠性。

使用MOCVD技术进行外延层生长后，需要后续对外延片进行管芯工艺、封装工艺制作，最终形成半导体激光器的器件。

实施例2

从下到上依次生长GaAs缓冲层的厚度为100nm，掺杂浓度为5E18个原子/cm³；Ga_0.5In_0.5P下过渡层的厚度为300nm，掺杂浓度为5E17个原子/cm³；n型Al_0.5In_0.5P下限制层厚度为1.5um，掺杂浓度为5E17个原子/cm³；(Al_1-x3Ga_x3)_y1In_1-y1P下波导层的厚度为150nm，非故意掺杂，组分由(Al_0.95Ga_0.05)_0.5In_0.5P渐变至(Al_0.5Ga_0.5)_0.5In_0.5P；有源区为Ga_0.4In_0.6P量子阱、(Al_0.6Ga_0.4)_0.5In_0.5P垒层、Ga_0.4In_0.6P量子阱组成，厚度分别为5nm、8nm、5nm非故意掺杂；(Al_1-x3Ga_x3)_y1In_1-y1P上波导层的厚度为150nm，非故意掺杂，组分由(Al_0.5Ga_0.5)_0.5In_0.5P渐变至(Al_0.95Ga_0.05)_0.5In_0.5P；(Al_0.95Ga_0.1)_0.6In_0.4P扩散阻挡层的厚度为5nm，非故意掺杂；P型Al_0.5In_0.5P上限制层1厚度为0.3um，掺杂浓度为1E18个原子/cm³；Ga_0.5In_0.5P腐蚀终止层的厚度为50nm，掺杂浓度为2E18个原子/cm³；P型Al_0.5In_0.5P上限制层2厚度为0.5um，掺杂浓度为3E17个原子/cm³；Ga_0.5In_0.5P上过渡层的厚度为10nm，掺杂浓度为1E18个原子/cm³；GaAs帽层的掺杂浓度为4E19个原子/cm³；厚度为0.1μm。通过插入张应变扩散阻挡层，波导层与限制层带隙差增大，抑制电子泄露能力增加，同时P掺杂剂在In组分低层扩散系数小，减少了掺杂剂向有源区的扩散，降低内损耗；利用该扩散阻挡层，电光转换效率增加，减少了热量产生，能够获得更好的高温可靠性。

使用MOCVD技术进行外延层生长后，需要后续对外延片进行管芯工艺、封装工艺制作，最终形成半导体激光器的器件。

实施例3

从下到上依次生长GaAs缓冲层的厚度为300nm，掺杂浓度为2E18个原子/cm³；Ga_0.5In_0.5P下过渡层的厚度为200nm，掺杂浓度为1E18个原子/cm³；n型Al_0.5In_0.5P下限制层厚度为1um，掺杂浓度为1E18个原子/cm³；(Al_1-x3Ga_x3)_y1In_1-y1P下波导层的厚度为100nm，非故意掺杂，组分由(Al_0.9Ga_0.1)_0.5In_0.5P渐变至(Al_0.5Ga_0.5)_0.5In_0.5P；有源区为Ga_0.4In_0.6P量子阱、(Al_0.6Ga_0.4)_0.5In_0.5P垒层、Ga_0.4In_0.6P量子阱组成，厚度分别为5nm、6nm、5nm非故意掺杂；(Al_1-x3Ga_x3)_y1In_1-y1P上波导层的厚度为100nm，非故意掺杂，组分由(Al_0.5Ga_0.5)_0.5In_0.5P渐变至(Al_0.9Ga_0.1)_0.5In_0.5P；(Al_0.9Ga_0.1)_0.6In_0.4P扩散阻挡层的厚度为10nm，非故意掺杂；P型Al_0.5In_0.5P上限制层1厚度为0.18um，掺杂浓度为5E17个原子/cm³；Ga_0.5In_0.5P腐蚀终止层的厚度为20nm，掺杂浓度为7E17个原子/cm³；P型Al_0.5In_0.5P上限制层2厚度为0.8um，掺杂浓度为7E17个原子/cm³；Ga_0.5In_0.5P上过渡层的厚度为10nm，掺杂浓度为3E18个原子/cm³；GaAs帽层的掺杂浓度为5E19个原子/cm³；厚度为0.3μm。通过插入张应变扩散阻挡层，波导层与限制层带隙差增大，抑制电子泄露能力增加，同时P掺杂剂在In组分低层扩散系数小，减少了掺杂剂向有源区的扩散，降低内损耗；利用该扩散阻挡层，电光转换效率增加，减少了热量产生，能够获得更好的高温可靠性。

使用MOCVD技术进行外延层生长后，需要后续对外延片进行管芯工艺、封装工艺制作，最终形成半导体激光器的器件。

以上所述只是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也被视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于张应变扩散阻挡层的激光器件，其特征是，所述器件包括由下至上依次设置的GaAs衬底、GaAs缓冲层、Ga_x1In_1-x1P下过渡层、Al_1-x2In_x2P下限制层、(Al_1-x3Ga_x3)_y1In_1-y1P下波导层、Ga_1-x4In_x4P第一量子阱、(Al_1-x5Ga_x5)_y2In_1-y2P垒层、Ga_1-x6In_x6P第二量子阱、(Al_{1- x7}Ga_x7)_y3In_1-y3P上波导层、(Al_1-x8Ga_x8)_y4In_1-y4P扩散阻挡层、Al_1-x9In_x9P第一上限制层、Ga_{1- x10}In_x10P腐蚀终止层、Al_1-x11In_x11P第二上限制层、Ga_1-x12In_x12P上过渡层和GaAs帽层；

其中，0.45≤x1≤0.55，0.4≤x2≤0.6，0.05≤x3≤0.5,0.3≤y1≤0.7，0.3≤x4≤0.6，0.3≤x5≤0.6,0.45≤y2≤0.7，0.3≤x6≤0.6，0.05≤x7≤0.5,0.3≤y3≤0.7，0.05≤x8≤0.5,0.55≤y4≤0.7，0.3≤x9≤0.6，0.3≤x10≤0.6，0.3≤x11≤0.6，0.45≤x12≤0.55。

2.一种基于张应变扩散阻挡层激光器件的制备方法，基于权利要求1所述的激光器件，其特征是，所述方法包括以下步骤：

S1，将GaAs衬底放在MOCVD设备生长室内，H₂环境升温到720±10℃烘烤，并通入AsH₃，对GaAs衬底进行表面热处理；

S2，将温度缓降到700±10℃，继续通入TMGa和AsH3，在GaAs衬底上生长GaAs缓冲层；

S3,温度保持在700±10℃，继续通入TMIn、TMGa、和PH₃，在GaAs缓冲层上生长Ga_x1In_1-x1P下过渡层；

S4,温度保持在700±10℃，继续通入TMIn、TMAl和PH3，在所述下过渡层上生长n型Al_{1- x2}In_x2P下限制层；

S5,温度缓变到650±10℃，通入TMIn、TMAl、TMGa和PH₃，在所述下限制层上生长(Al_{1- x3}Ga_x3)_y1In_1-y1P下波导层；

S6,温度保持在650±10℃，继续通入TMIn、TMGa和PH₃，在所述下波导层上生长Ga_{1- x4}In_x4P第一量子阱；

S7,温度保持在650±10℃，继续通入TMIn、TMAl、TMGa和PH₃，在所述第一量子阱上生长(Al_1-x5Ga_x5)_y2In_1-y2P垒层；

S8,温度保持在650±10℃，继续通入TMIn、TMAl、TMGa和PH₃，在所述垒层上生长Ga_{1- x6}In_x6P第二量子阱；

S9,温度保持在650±10℃，继续通入TMIn、TMAl、TMGa和PH₃，在所述第二量子阱上生长(Al_1-x7Ga_x7)_y3In_1-y3P上波导层；

S10，温度保持在650±10℃，继续通入TMIn、TMAl、TMGa和PH₃，在所述上波导层上生长非故意掺杂(Al_1-x8Ga_x8)_y4In_1-y4P扩散阻挡层；

S11,温度渐变至700±10℃，继续通入TMIn、TMAl和PH3，在所述扩散阻挡层上生长Al_{1- x9}In_x9P第一上限制层；

S12,温度保持在700±10℃，继续通入TMIn、TMAl和PH3，在所述第一上限制层上生长掺杂的Ga_1-x10In_x10P腐蚀终止层；

S13,温度保持在700±10℃，继续通入TMIn、TMAl和PH3，在所述腐蚀终止层上生长掺杂的Al_1-x11In_x11P第二上限制层；

S14,温度降低至660±10℃，继续通入TMIn、TMGa和PH₃，在所述第二上限制层上生长Ga_1-x12In_x12P上过渡层；

S15,将温度降低到540±10℃，继续通入TMGa和AsH₃，在所述上过渡层上生长GaAs帽层。

3.根据权利要求2所述的基于张应变扩散阻挡层激光器件的制备方法，其特征是，步骤S3中，所述下过渡层的掺杂浓度为5E17-5E18个原子/cm³，厚度为0.1-0.3μm。

4.根据权利要求2所述的基于张应变扩散阻挡层激光器件的制备方法，其特征是，步骤S4中，n型Al_1-x2In_x2P下限制层的厚度为0.5-1.5μm，掺杂浓度为5E17-5E18个原子/cm³。

5.根据权利要求2所述的基于张应变扩散阻挡层激光器件的制备方法，其特征是，步骤S5中，下波导层的厚度为0.05-0.15μm；步骤S6中，所述第一量子阱的厚度为5-8nm；步骤S7中，所述垒层的厚度为5-10nm；步骤S8中，所述第二量子阱的厚度为5-8nm；步骤S9中，上波导层的厚度为0.05-0.15μm；步骤S10中，所述扩散阻挡层的厚度为5-15nm；所述下波导层、第一量子阱、垒层、第二量子阱、上波导层和扩散阻挡层均为非故意掺杂。

6.根据权利要求2所述的基于张应变扩散阻挡层激光器件的制备方法，其特征是，步骤S11中，所述第一上限制层的厚度为0.1-0.3μm，掺杂浓度为3E17-1E18个原子/cm³。

7.根据权利要求2所述的基于张应变扩散阻挡层激光器件的制备方法，其特征是，步骤S12中，所述腐蚀终止层的厚度为0.01-0.03μm，掺杂浓度为3E17-5E18个原子/cm³。

8.根据权利要求2所述的基于张应变扩散阻挡层激光器件的制备方法，其特征是，步骤S13中，所述第二上限制层的厚度为0.5-1μm，掺杂浓度为3E17-2E18个原子/cm³。

9.根据权利要求2所述的基于张应变扩散阻挡层激光器件的制备方法，其特征是，步骤S14中，所述上过渡层的厚度为0.01-0.05μm，掺杂浓度为3E17-5E18个原子/cm³。

10.根据权利要求2所述的基于张应变扩散阻挡层激光器件的制备方法，其特征是，步骤S15中，所述帽层的厚度为0.1-0.5μm，掺杂浓度为4E19-1E20个原子/cm³。

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