CN113991427B - 双非对称波导层的小功率红光半导体激光器及制备方法 - Google Patents

双非对称波导层的小功率红光半导体激光器及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种双非对称波导层的小功率AlGaInP红光半导体激光器及其制备方法，包括由下至上依次设置的GaAs衬底、GaAs缓冲层、下过渡层、下限制层、渐变下波导层、第一量子阱、垒层、第二量子阱、渐变上波导层、第一上限制层腐蚀终止层、第二上限制层、上过渡层和GaAs帽层，下波导层为渐变下波导层，上波导层为渐变上波导层，二分之一掺杂。本发明通过上波导层、下波导层厚度及组分的双非对称设计，降低器件电阻，驱使光场向下波导偏移，减小光场和上限制层的重合带来的载流子吸收带来的内损耗，斜率效率提高至0.9W/A，减少有源区产生的废热，从而利用金属镀层保证光斑质量的同时，提高输出功率，增强高温工作可靠性。

Description

双非对称波导层的小功率红光半导体激光器及制备方法
技术领域
本发明涉及一种双非对称波导层的小功率AlGaInP红光半导体激光器及其制备方法，属于光电子技术领域。
背景技术
小功率AlGaInP红光半导体激光器具有价格低、寿命长的特点，在医疗美容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，同时需要较高的光斑质量，减少侧模的产生。
目前小功率红光半导体激光器主要为脊形结构，侧向发光区域较大，器件对侧向光场模式的控制减弱，光束容易出现丝状效应、空间烧孔等问题，产生侧模，严重影响了侧向光束质量；与此同时，GaInP和Al(Ga)InP材料导带带隙差小，容易产生载流子泄露，同时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，阈值电流大、斜率效率低，导致有源区温度升高，容易产生热透镜效应，导致高阶模光产生，光斑质量变差，如图1a所示为较高质量光斑，图1b所示，可见右侧侧模存在，如箭头所示，为质量较差光斑。
提高光束质量的方法包括：(1)采用导热性较好的热沉、光斑整形、锥形脊条结构等调制方法，但工艺复杂、成本较高，不利于小功率红光半导体激光器的大规模生产；(2)采用超大光腔结构，增大波导层厚度，但会增加器件的整体电阻，光限制因子减小，导致阈值电流增大、斜率效率降低，有源区散热能力较差，不适用于小功率激光器的便携式使用；(3)缩小脊条宽度，减小脊波导两侧折射率的差值，但会减小水平发散角，导致光斑狭长，同时脊宽减小，导致电阻增加，激射时产生更多的热，导致有效折射率梯度变化，恶化光斑质量；(4)利用金属镀层吸收侧模光，保证较好的光斑质量，但会导致阈值电流增大、斜率效率降低，恶化器件性能。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出一种双非对称波导层的小功率红光半导体激光器及制备方法，通过上波导层、下波导层厚度及组分的双非对称设计，降低器件电阻，驱使光场向下波导偏移，减小光场和上限制层的重合带来的载流子吸收带来的内损耗，斜率效率提高至0.9W/A，减少有源区产生的废热，从而利用金属镀层保证光斑质量的同时，提高输出功率，增强高温工作可靠性。
本发明中，“小功率”是指功率小于100mW。
本发明采用以下技术方案：
一种双非对称波导层的小功率AlGaInP红光半导体激光器，包括由下至上依次设置的GaAs衬底、GaAs缓冲层、Gax1In1-x1P下过渡层、(Al1-x2Gax2)y1In1-y1P下限制层、(Al1- x3Gax3)y2In1-y2P渐变下波导层、Ga1-x4Inx4P第一量子阱、(Al1-x5Gax5)y3In1-y3P垒层、Ga1-x6Inx6P第二量子阱、(Al1-x7Gax7)y4In1-y4P渐变上波导层、(Al1-x8Gax8)y5In1-y5P第一上限制层、Ga1- x9Inx9P腐蚀终止层、(Al1-x10Gax10)y6In1-y6P第二上限制层、Ga1-x11Inx11P上过渡层和GaAs帽层，0.4≤x1≤0.6；0.05≤x2≤0.3，0.4≤y1≤0.6；0.05≤x3≤0.6，0.4≤y2≤0.6；0.3≤x4≤0.7；0.25≤x5≤0.7，0.4≤y3≤0.6；0.3≤x6≤0.7；0.05≤x7≤0.6，0.4≤y4≤0.6；0.05≤x8≤0.3，0.4≤y5≤0.6；0.5≤x9≤0.7；0.05≤x10≤0.3，0.4≤y6≤0.6；0.4≤x11≤0.6；
其中，(Al1-x3Gax3)y2In1-y2P渐变下波导层的厚度大于(Al1-x7Gax7)y4In1-y4P渐变上波导层的厚度，所述(Al1-x3Gax3)y2In1-y2P渐变下波导层厚度为0.08-0.2μm，优选为0.12μm，非故意掺杂，x3组分渐变，由0.05渐变至0.55，所述(Al1-x7Gax7)y4In1-y4P渐变上波导层的厚度为0.05-0.15μm，优选为0.1μm，二分之一掺杂，x7组分渐变，由0.5渐变至0.15。
本发明中，(Al1-x3Gax3)y2In1-y2P渐变下波导层的厚度大于(Al1-x7Gax7)y4In1-y4P渐变上波导层的厚度，从而实现光场向下限制层的偏移，(Al1-x8Gax8)y5In1-y5P第一上限制层低掺杂以减少载流子吸光造成的内损耗，提高电参数。
一种双非对称波导层的小功率AlGaInP红光半导体激光器的制备方法，包括以下步骤：
S1，将GaAs衬底放在MOCVD设备生长室内，在H2环境中升温到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680±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680±10℃，继续通入TMIn、TMGa和PH3，在GaAs缓冲层上生长Gax1In1-x1P下过渡层；
S4，温度缓升至700±10℃，继续通入TMAl、TMIn、TMGa和PH3，在所述Ga x1In1-x1P下过渡层上生长n型(Al1-x2Gax2)y1In1-y1P下限制层；
S5，温度缓降到650±10℃，通入TMAl、TMIn、TMGa和PH3，在(Al1-x2Gax2)y1In1-y1P下限制层上生长(Al1-x3Gax3)y2In1-y2P渐变下波导层；
本步骤中，可通过改变Al、Ga流量，分别由38cc渐变至22cc，由1.2cc渐变至13.2cc，从而实现(Al1-x3Gax3)y2In1-y2P渐变下波导层中x3由0.05渐变至0.55，实现组分渐变，即可改变Al、Ga通入流量的比例，从而实现生长(Al1-x3Gax3)y2In1-y2P材料的组分渐变。
S6，温度保持在650±10℃，继续通入TMIn、TMGa和PH3，在所述(Al1-x3Gax3)y2In1-y2P渐变下波导层上生长Ga1-x4Inx4P第一量子阱；
S7，温度保持在650±10℃，通入TMAl、TMIn、TMGa和PH3，在所述Ga1-x4Inx4P第一量子阱上生长(Al1-x5Gax5)y3In1-y3P垒层；
S8，温度保持在650±10℃，继续通入TMIn、TMGa和PH3，在所述(Al1-x5Gax5)y3In1-y3P垒层上生长Ga1-x6Inx6P第二量子阱；
S9，温度缓升至700±10℃，继续通入TMAl、TMIn、TMGa和PH3，在所述Ga1-x6Inx6P第二量子阱上生长(Al1-x7Gax7)y4In1-y4P渐变上波导层；
同渐变下波导层，(Al1-x7Gax7)y4In1-y4P渐变上波导层也可改变Al、Ga通入流量的比例，从而实现生长(Al1-x7Gax7)y4In1-y4P材料的组分渐变。
S10，温度保持在700±10℃，继续通入TMIn、TMAl、TMGa和PH3，在所述(Al1-x7Gax7)y4In1-y4P渐变上波导层上生长P型(Al1-x8Gax8)y5In1-y5P第一上限制层；
S11，温度保持在700±10℃，继续通入TMIn、TMGa和PH3，在(Al1-x8Gax8)y5In1-y5P第一上限制层上生长P型Ga1-x9Inx9P腐蚀终止层；
S12，温度保持在700±10℃，继续通入TMIn、TMAl、TMGa和PH3，在Ga1-x9Inx9P腐蚀终止层上生长P型(Al1-x10Gax10)y6In1-y6P第二上限制层；
S13，温度缓降至680±10℃，继续通入TMIn、TMGa和PH3，在(Al1-x10Gax10)y6In1-y6P第二上限制层上生长P型Ga1-x11Inx11P上过渡层；
S14，将温度降低到540±10℃，继续通入TMGa和AsH3，在所述Ga1-x11Inx11P上过渡层上生长GaAs帽层。
本发明的工艺步骤中，“缓降”速度均为40℃/min，“缓升”速度均为60℃/min。
优选的，步骤S3中，所述Ga x1In1-x1P下过渡层的厚度为0.1-0.3μm，0.4≤x1≤0.6，掺杂浓度为1E18-3E18个原子/cm3；
进一步优选的，Ga x1In1-x1P下过渡层的厚度为0.2μm，x1＝0.5，掺杂浓度为2E18个原子/cm3。
优选的，步骤S4中，n型(Al1-x2Gax2)y1In1-y1P下限制层的厚度为0.5-1.5μm，掺杂浓度为5E17-3E18个原子/cm3，0.05≤x2≤0.3，0.4≤y1≤0.6；
进一步优选的，n型(Al1-x2Gax2)y1In1-y1P下限制层的厚度为1.0μm，x2＝0.05，y1＝0.5，掺杂浓度为1E18个原子/cm3。
优选的，步骤S5中，(Al1-x3Gax3)y2In1-y2P渐变下波导层的厚度为0.08-0.2μm，非故意掺杂，0.05≤x3≤0.6，0.4≤y2≤0.6；
进一步优选的，x3由0.05渐变至0.55，y2＝0.5，厚度为0.12μm。
优选的，步骤S6中，所述Ga1-x4Inx4P第一量子阱的厚度为4-7nm，非故意掺杂，0.3≤x4≤0.7；
进一步优选的，Ga1-x4Inx4P第一量子阱的厚度为5nm，x4＝0.4。
优选的，步骤S7中，(Al1-x5Gax5)y3In1-y3P垒层的厚度为5-15nm，非故意掺杂，0.25≤x5≤0.7，0.4≤y3≤0.6；
进一步优选的，(Al1-x5Gax5)y3In1-y3P垒层的厚度为10nm，x5＝0.65，y3＝0.5。
优选的，步骤S8中，所述Ga1-x6Inx6P第二量子阱的厚度为4-7nm，非故意掺杂，0.3≤x6≤0.7；
进一步优选的，Ga1-x6Inx6P第二量子阱的厚度为5nm，x6＝0.4。
优选的，步骤S9中，所述(Al1-x7Gax7)y4In1-y4P渐变上波导层的厚度为0.05-0.15μm，二分之一掺杂，0.05≤x7≤0.6，0.4≤y4≤0.6；
进一步优选的，(Al1-x7Gax7)y4In1-y4P渐变上波导层的厚度为0.1μm，x7由0.5渐变至0.15，y4＝0.5，掺杂浓度为4E17个原子/cm3。
优选的，步骤S10中，P型(Al1-x8Gax8)y5In1-y5P第一上限制层的厚度为0.05-0.25μm，掺杂浓度为5E17-1E18个原子/cm3，0.05≤x8≤0.3，0.4≤y5≤0.6；
进一步优选的，P型(Al1-x8Gax8)y5In1-y5P第一上限制层的厚度为0.15μm，x6＝0.15，y2＝0.5，掺杂浓度为5E17个原子/cm3。
优选的，步骤S11中，P型Ga1-x9Inx9P腐蚀终止层的厚度为0.01-0.05μm，掺杂浓度为5E17-1.2E18个原子/cm3，0.4≤x9≤0.6；
进一步优选的，x9＝0.6，厚度为0.01μm，掺杂浓度为1E18个原子/cm3。
优选的，步骤S12中，P型(Al1-x10Gax10)y6In1-y6P第二上限制层的厚度为0.5-1.2μm，掺杂浓度为5E17-1.5E18个原子/cm3，0.05≤x10≤0.3，0.4≤y6≤0.6；
进一步优选的，P型(Al1-x10Gax10)y6In1-y6P第二上限制层的厚度为0.8μm，x10＝0.15，y6＝0.5，掺杂浓度为7E17个原子/cm3。
优选的，步骤S13中，P型Ga1-x11Inx11P上过渡层的厚度为0.01-0.05μm，掺杂浓度为1E18-3E18个原子/cm3，0.4≤x11≤0.6；
进一步优选的，P型Ga1-x11Inx11P上过渡层的厚度为0.01μm，x11＝0.5，掺杂浓度为2E18个原子/cm3。
优选的，步骤S14中，所述GaAs帽层的厚度为0.1-0.5μm，掺杂浓度为4E19-1E20个原子/cm3；
进一步优选的，GaAs帽层的厚度为0.02μm，掺杂浓度为7E19个原子/cm3。
本发明未详尽之处，均可采用现有技术。
本发明的有益效果为：
本发明的下波导层和上波导层厚度不同，组分不同，其折射变化率△n不同，为双非对称设计，波导层AlGInP本身电阻较大，通过上波导层掺入掺杂剂(如步骤S9中二分之一掺杂)，降低了器件的电阻，驱使光场向下波导层偏移，减小光场和上限制层的重合带来的载流子吸收带来的内损耗，双非对称使光场偏移，减少了载流子吸收损耗，从而提高了发光效率，斜率效率(类似发光功率与通入电功率的比值)提高至0.9W/A，减少有源区产生的废热，从而保证光斑质量的同时，提高输出功率，增强高温工作可靠性。
附图说明
图1a为较高质量光斑；
图1b为较差质量光斑；
图2为本发明的一种双非对称波导层的小功率AlGaInP红光半导体激光器的结构示意图；
图3为本发明的折射率及光场分布示意图；
图中，1-GaAs衬底，2-GaAs缓冲层，3-Gax1In1-x1P下过渡层，4-(Al1-x2Gax2)y1In1-y1P下限制层，5-(Al1-x3Gax3)y2In1-y2P渐变下波导层，6-Ga1-x4Inx4P第一量子阱，7-(Al1-x5Gax5)y3In1-y3P垒层，8-Ga1-x6Inx6P第二量子阱，9-(Al1-x7Gax7)y4In1-y4P渐变上波导层，10-(Al1- x8Gax8)y5In1-y5P第一上限制层，11-Ga1-x9Inx9P腐蚀终止层，12-(Al1-x10Gax10)y6In1-y6P第二上限制层，13-Ga1-x11Inx11P上过渡层，14-GaAs帽层。
具体实施方式：
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述，但不仅限于此，本发明未详尽说明的，均按本领域常规技术。
实施例1：
一种双非对称波导层的小功率AlGaInP红光半导体激光器，如图2所示，包括由下至上依次设置的GaAs衬底1、GaAs缓冲层2、Gax1In1-x1P下过渡层3、(Al1-x2Gax2)y1In1-y1P下限制层4、(Al1-x3Gax3)y2In1-y2P渐变下波导层5、Ga1-x4Inx4P第一量子阱6、(Al1-x5Gax5)y3In1-y3P垒层7、Ga1-x6Inx6P第二量子阱8、(Al1-x7Gax7)y4In1-y4P渐变上波导层9、(Al1-x8Gax8)y5In1-y5P第一上限制层10、Ga1-x9Inx9P腐蚀终止层11、(Al1-x10Gax10)y6In1-y6P第二上限制层12、Ga1-x11Inx11P上过渡层13和GaAs帽层14，0.4≤x1≤0.6；0.05≤x2≤0.3，0.4≤y1≤0.6；
0.05≤x3≤0.6，0.4≤y2≤0.6；0.3≤x4≤0.7；0.25≤x5≤0.7，0.4≤y3≤0.6；0.3≤x6≤0.7；0.05≤x7≤0.6，0.4≤y4≤0.6；0.05≤x8≤0.3，0.4≤y5≤0.6；0.5≤x9≤0.7；0.05≤x10≤0.3，0.4≤y6≤0.6；0.4≤x11≤0.6；
其中，(Al1-x3Gax3)y2In1-y2P渐变下波导层5的厚度大于(Al1-x7Gax7)y4In1-y4P渐变上波导层9的厚度，(Al1-x3Gax3)y2In1-y2P渐变下波导层5的厚度为0.08-0.2μm，非故意掺杂，x3组分渐变，由0.05渐变至0.55，(Al1-x7Gax7)y4In1-y4P渐变上波导层9的厚度为0.05-0.15μm，二分之一掺杂，x7组分渐变，由0.5渐变至0.15。
如图3所示，d1、d2分别为下波导层和上波导层厚度，△n1、△n2分别为下波导层和上波导层的折射变化率，d1＞d2，△n1＜△n2，从而使发光中心偏离，向下限制层偏移，减少光场与上限制层的重合面积(S1小于S2)，从而减少载流子吸收带来的损耗(上限制层载流子吸收损耗系数远大于下限制层吸收损耗)；
本发明中(Al1-x3Gax3)y2In1-y2P渐变下波导层的厚度大于(Al1-x7Gax7)y4In1-y4P渐变上波导层的厚度，从而实现光场向下限制层的偏移，(Al1-x8Gax8)y5In1-y5P第一上限制层低掺杂以减少载流子吸光造成的内损耗，提高电参数。
实施例2：
一种双非对称波导层的小功率AlGaInP红光半导体激光器的制备方法，包括以下步骤：
S1，将GaAs衬底1放在MOCVD设备生长室内，在H2环境中升温到720±10℃烘烤，并通入AsH3，对GaAs衬底进行表面热处理，本步骤中，H2浓度无具体要求，只是一种气体保护手段；
S2，将温度缓降到680±10℃，继续通入TMGa和AsH3，在GaAs衬底上生长GaAs缓冲层2；此步骤中，TMGa和AsH3的通入量与V/III有关，与生长材料质量有关，此处不再详述；
S3，温度保持在680±10℃，继续通入TMIn、TMGa和PH3，在GaAs缓冲层上生长Gax1In1-x1P下过渡层3；
S4，温度缓升至700±10℃，继续通入TMAl、TMIn、TMGa和PH3，在Ga x1In1-x1P下过渡层3上生长n型(Al1-x2Gax2)y1In1-y1P下限制层4；
S5，温度缓降到650±10℃，通入TMAl、TMIn、TMGa和PH3，在(Al1-x2Gax2)y1In1-y1P下限制层上生长(Al1-x3Gax3)y2In1-y2P渐变下波导层5；
本步骤中，可通过改变Al、Ga流量，分别由38cc渐变至22cc，由1.2cc渐变至13.2cc，从而实现(Al1-x3Gax3)y2In1-y2P渐变下波导层中x3由0.05渐变至0.55，实现组分渐变，即可改变Al、Ga通入流量的比例，从而实现生长(Al1-x3Gax3)y2In1-y2P材料的组分渐变。
S6，温度保持在650±10℃，继续通入TMIn、TMGa和PH3，在(Al1-x3Gax3)y2In1-y2P渐变下波导层5上生长Ga1-x4Inx4P第一量子阱6；
S7，温度保持在650±10℃，通入TMAl、TMIn、TMGa和PH3，在Ga1-x4Inx4P第一量子阱6上生长(Al1-x5Gax5)y3In1-y3P垒层7；
S8，温度保持在650±10℃，继续通入TMIn、TMGa和PH3，在(Al1-x5Gax5)y3In1-y3P垒层7上生长Ga1-x6Inx6P第二量子阱8；
S9，温度缓升至700±10℃，继续通入TMAl、TMIn、TMGa和PH3，在Ga1-x6Inx6P第二量子阱8上生长(Al1-x7Gax7)y4In1-y4P渐变上波导层9；
同渐变下波导层，(Al1-x7Gax7)y4In1-y4P渐变上波导层也可改变Al、Ga通入流量的比例，从而实现生长(Al1-x7Gax7)y4In1-y4P材料的组分渐变。
S10，温度保持在700±10℃，继续通入TMIn、TMAl、TMGa和PH3，在(Al1-x7Gax7)y4In1-y4P渐变上波导层9上生长P型(Al1-x8Gax8)y5In1-y5P第一上限制层10；
S11，温度保持在700±10℃，继续通入TMIn、TMGa和PH3，在(Al1-x8Gax8)y5In1-y5P第一上限制层10上生长P型Ga1-x9Inx9P腐蚀终止层11；
S12，温度保持在700±10℃，继续通入TMIn、TMAl、TMGa和PH3，在Ga1-x9Inx9P腐蚀终止层11上生长P型(Al1-x10Gax10)y6In1-y6P第二上限制层12；
S13，温度缓降至680±10℃，继续通入TMIn、TMGa和PH3，在(Al1-x10Gax10)y6In1-y6P第二上限制层12上生长P型Ga1-x11Inx11P上过渡层13；
S14，将温度降低到540±10℃，继续通入TMGa和AsH3，在Ga1-x11Inx11P上过渡层13上生长GaAs帽层14。
本发明的工艺步骤中，“缓降”速度均为40℃/min，“缓升”速度均为60℃/min。
实施例3：
一种双非对称波导层的小功率AlGaInP红光半导体激光器的制备方法，如实施例2所述，所不同的是，步骤S3中，Ga x1In1-x1P下过渡层3的厚度为0.1-0.3μm，优选为0.2μm，0.4≤x1≤0.6，优选x1＝0.5，掺杂浓度为1E18-3E18个原子/cm3，优选为2E18个原子/cm3。
实施例4：
一种双非对称波导层的小功率AlGaInP红光半导体激光器的制备方法，如实施例2所述，所不同的是，步骤S4中，n型(Al1-x2Gax2)y1In1-y1P下限制层4的厚度为0.5-1.5μm，优选为1.0μm，掺杂浓度为5E17-3E18个原子/cm3，优选为1E18个原子/cm3，0.05≤x2≤0.3，0.4≤y1≤0.6，优选的，x2＝0.05，y1＝0.5。
实施例5：
一种双非对称波导层的小功率AlGaInP红光半导体激光器的制备方法，如实施例2所述，所不同的是，步骤S5中，(Al1-x3Gax3)y2In1-y2P渐变下波导层5的厚度为0.12μm，非故意掺杂，0.05≤x3≤0.6，0.4≤y2≤0.6，x3由0.05渐变至0.55，y2＝0.5。
实施例6：
一种双非对称波导层的小功率AlGaInP红光半导体激光器的制备方法，如实施例2所述，所不同的是，步骤S6中，Ga1-x4Inx4P第一量子阱6的厚度为4-7nm，优选为5nm，非故意掺杂，0.3≤x4≤0.7，优选的x4＝0.4。
实施例7：
一种双非对称波导层的小功率AlGaInP红光半导体激光器的制备方法，如实施例2所述，所不同的是，步骤S7中，(Al1-x5Gax5)y3In1-y3P垒层7的厚度为5-15nm，优选为10nm，非故意掺杂，0.25≤x5≤0.7，0.4≤y3≤0.6，优选的，x5＝0.65，y3＝0.5。
实施例8：
一种双非对称波导层的小功率AlGaInP红光半导体激光器的制备方法，如实施例2所述，所不同的是，步骤S8中，Ga1-x6Inx6P第二量子阱8的厚度为4-7nm，优选为5nm，非故意掺杂，0.3≤x6≤0.7，优选的，x6＝0.4。
实施例9：
一种双非对称波导层的小功率AlGaInP红光半导体激光器的制备方法，如实施例2所述，所不同的是，步骤S9中，(Al1-x7Gax7)y4In1-y4P渐变上波导层9的厚度为0.1μm，二分之一掺杂，0.05≤x7≤0.6，0.4≤y4≤0.6，x7由0.5渐变至0.15，y4＝0.5，掺杂浓度为4E17个原子/cm3。
实施例10：
一种双非对称波导层的小功率AlGaInP红光半导体激光器的制备方法，如实施例2所述，所不同的是，步骤S10中，P型(Al1-x8Gax8)y5In1-y5P第一上限制层10的厚度为0.05-0.25μm，优选为0.15μm，掺杂浓度为5E17-1E18个原子/cm3，优选为5E17个原子/cm3，0.05≤x8≤0.3，0.4≤y5≤0.6，优选的x6＝0.15，y2＝0.5。
实施例11：
一种双非对称波导层的小功率AlGaInP红光半导体激光器的制备方法，如实施例2所述，所不同的是，步骤S11中，P型Ga1-x9Inx9P腐蚀终止层11的厚度为0.01-0.05μm，优选为0.01μm，掺杂浓度为5E17-1.2E18个原子/cm3，优选为1E18个原子/cm3，0.4≤x9≤0.6，优选的，x9＝0.6。
实施例12：
一种双非对称波导层的小功率AlGaInP红光半导体激光器的制备方法，如实施例2所述，所不同的是，步骤S12中，P型(Al1-x10Gax10)y6In1-y6P第二上限制层12的厚度为0.5-1.2μm，优选为0.8μm，掺杂浓度为5E17-1.5E18个原子/cm3，优选为7E17个原子/cm3，0.05≤x10≤0.3，0.4≤y6≤0.6，优选的，x10＝0.15，y6＝0.5。
实施例13：
一种双非对称波导层的小功率AlGaInP红光半导体激光器的制备方法，如实施例2所述，所不同的是，步骤S13中，P型Ga1-x11Inx11P上过渡层13的厚度为0.01-0.05μm，优选为0.01μm，掺杂浓度为1E18-3E18个原子/cm3，优选为2E18个原子/cm3，0.4≤x11≤0.6，优选的，x11＝0.5。
实施例14：
一种双非对称波导层的小功率AlGaInP红光半导体激光器的制备方法，如实施例2所述，所不同的是，步骤S14中，GaAs帽层14的厚度为0.1-0.5μm，优选为0.02μm，掺杂浓度为4E19-1E20个原子/cm3，优选为7E19个原子/cm3。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种双非对称波导层的小功率红光半导体激光器的制备方法，其特征在于，激光器包括由下至上依次设置的GaAs衬底、GaAs缓冲层、Gax1In1-x1P下过渡层、（Al1-x2Gax2）y1In1-y1P下限制层、（Al1-x3Gax3）y2In1-y2P渐变下波导层、Ga1-x4Inx4P第一量子阱、（Al1-x5Gax5）y3In1-y3P垒层、Ga1-x6Inx6P第二量子阱、（Al1-x7Gax7）y4In1-y4P渐变上波导层、（Al1-x8Gax8）y5In1-y5P第一上限制层、Ga1-x9Inx9P腐蚀终止层、（Al1-x10Gax10）y6In1-y6P第二上限制层、Ga1-x11Inx11P上过渡层和GaAs帽层，0.4≤x1≤0.6；0.05≤x2≤0.3，0.4≤y1≤0.6；0.05≤x3≤0.55，0.4≤y2≤0.6；0.3≤x4≤0.7；0.25≤x5≤0.7，0.4≤y3≤0.6；0.3≤x6≤0.7；0.15≤x7≤0.5，0.4≤y4≤0.6；0.05≤x8≤0.3，0.4≤y5≤0.6；0.5≤x9≤0.7；0.05≤x10≤0.3，0.4≤y6≤0.6；0.4≤x11≤0.6；
其中，（Al1-x3Gax3）y2In1-y2P渐变下波导层的厚度大于（Al1-x7Gax7）y4In1-y4P渐变上波导层的厚度，所述（Al1-x3Gax3）y2In1-y2P渐变下波导层厚度为0.12μm，非故意掺杂，x3组分渐变，由0.05渐变至0.55，所述（Al1-x7Gax7）y4In1-y4P渐变上波导层的厚度为0.1μm，二分之一掺杂，x7组分渐变，由0.5渐变至0.15；
制备方法，包括以下步骤：
S1，将GaAs衬底放在MOCVD设备生长室内，在H2环境中升温到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680±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680±10℃，继续通入TMIn、TMGa和PH3，在GaAs缓冲层上生长Ga x1In1-x1P下过渡层；
S4，温度缓升至700±10℃，继续通入TMAl、TMIn、TMGa和PH3，在所述Ga x1In1-x1P下过渡层上生长n型（Al1-x2Gax2）y1In1-y1P下限制层；
S5，温度缓降到650±10℃，通入TMAl、TMIn、TMGa和PH3，在（Al1-x2Gax2）y1In1-y1P下限制层上生长（Al1-x3Gax3）y2In1-y2P渐变下波导层；
S6，温度保持在650±10℃，继续通入TMIn、TMGa和PH3，在所述（Al1-x3Gax3）y2In1-y2P渐变下波导层上生长Ga1-x4Inx4P第一量子阱；
S7，温度保持在650±10℃，通入TMAl、TMIn、TMGa和PH3，在所述Ga1-x4Inx4P第一量子阱上生长（Al1-x5Gax5）y3In1-y3P垒层；
S8，温度保持在650±10℃，继续通入TMIn、TMGa和PH3，在所述（Al1-x5Gax5）y3In1-y3P垒层上生长Ga1-x6Inx6P第二量子阱；
S9，温度缓升至700±10℃，继续通入TMAl、TMIn、TMGa和PH3，在所述Ga1-x6Inx6P第二量子阱上生长（Al1-x7Gax7）y4In1-y4P渐变上波导层；
S10，温度保持在700±10℃，继续通入TMIn、TMAl、TMGa和PH3，在所述（Al1-x7Gax7）y4In1- y4P渐变上波导层上生长P型（Al1-x8Gax8）y5In1-y5P第一上限制层；
S11，温度保持在700±10℃，继续通入TMIn、TMGa和PH3，在P型（Al1-x8Gax8）y5In1-y5P第一上限制层上生长P型Ga1-x9Inx9P腐蚀终止层；
S12，温度保持在700±10℃，继续通入TMIn、TMAl、TMGa和PH3，在P型Ga1-x9Inx9P腐蚀终止层上生长P型（Al1-x10Gax10）y6In1-y6P第二上限制层；
S13，温度缓降至680±10℃，继续通入TMIn、TMGa和PH3，在P型（Al1-x10Gax10）y6In1-y6P第二上限制层上生长P型Ga1-x11Inx11P上过渡层；
S14，将温度降低到540±10℃，继续通入TMGa和AsH3，在所述P型Ga1-x11Inx11P上过渡层上生长GaAs帽层。
2.根据权利要求1所述的双非对称波导层的小功率红光半导体激光器的制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述Ga x1In1-x1P下过渡层的厚度为0.1-0.3μm，掺杂浓度为1E18-3E18个原子/cm3；
步骤S4中，n型（Al1-x2Gax2）y1In1-y1P下限制层的厚度为0.5-1.5μm，掺杂浓度为5E17-3E18个原子/cm3。
3.根据权利要求1所述的双非对称波导层的小功率红光半导体激光器的制备方法，其特征在于，步骤S6中，所述Ga1-x4Inx4P第一量子阱的厚度为4-7nm，非故意掺杂；
步骤S7中，（Al1-x5Gax5）y3In1-y3P垒层的厚度为5-15nm，非故意掺杂。
4.根据权利要求2所述的双非对称波导层的小功率红光半导体激光器的制备方法，其特征在于，步骤S8中，所述Ga1-x6Inx6P第二量子阱的厚度为4-7nm，非故意掺杂。
5.根据权利要求1所述的双非对称波导层的小功率红光半导体激光器的制备方法，其特征在于，步骤S10中，P型（Al1-x8Gax8）y5In1-y5P第一上限制层的厚度为0.05-0.25μm，掺杂浓度为5E17-1E18个原子/cm3；
步骤S11中，P型Ga1-x9Inx9P腐蚀终止层的厚度为0.01-0.05μm，掺杂浓度为5E17-1.2E18个原子/cm3，0.5≤x9≤0.6。
6.根据权利要求1所述的双非对称波导层的小功率红光半导体激光器的制备方法，其特征在于，步骤S12中，P型（Al1-x10Gax10）y6In1-y6P第二上限制层的厚度为0.5-1.2μm，掺杂浓度为5E17-1.5E18个原子/cm3。
7.根据权利要求1所述的双非对称波导层的小功率红光半导体激光器的制备方法，其特征在于，步骤S13中，P型Ga1-x11Inx11P上过渡层的厚度为0.01-0.05μm，掺杂浓度为1E18-3E18个原子/cm3。
8.根据权利要求1所述的双非对称波导层的小功率红光半导体激光器的制备方法，其特征在于，步骤S14中，所述GaAs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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