CN114079226B - 一种高均匀性高功率的激光器外延片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高均匀性高功率的激光器外延片及其制备方法。本发明中GaAsP量子阱和GaInP限制层之间的上下波导层均由P组分渐变的GaAsP波导层和固定组分的GaAsP波导层两部分组成。GaAsP组分渐变波导层和GaAsP固定组分波导层不仅可以起限制电子和光场的作用，也可以很好地消除生长量子阱前后反应室中多余的元素，给量子阱的生长提供干净的环境，避免因为背景掺杂的影响导致外延片的波长、应力、均匀性等参数发生变化。本发明采用GaAsP作为量子阱材料，避免了含铝的有源区容易氧化和产生暗线缺陷的缺点，并且GaAsP量子阱可以通过控制As和P的比例来控制张应变的大小来降低阈值，实现TE单模输出。
Description
技术领域
本发明涉及一种高均匀性高功率的激光器外延片及其制备方法，属于光电子技术领域。
背景技术
半导体激光器是以半导体材料为光增益介质的一类激光器，其核心是一个本身具有光反馈结构的p-n结二极管芯片，因而通常称为激光二极管(LD)。20世纪50年代提出半导体激光器这个设想至今，随着科学技术的进步，半导体激光器发生了翻天覆地的变化，由于半导体激光器具有体积小、功率高、可靠性好、价格较低廉等优点，使得它目前在材料加工、医疗、光纤检测、激光打印等领域中应用非常广泛，被誉为20世纪最伟大的发明之一。
808nm半导体激光器是起步较早，研究较深入的激光器之一，主要作为固体激光器的泵浦源，可以实现1064nm的激光输出，在军事，精密器件的激光加工，材料的表面硬化，印刷业和医学领域都有重要应用。808nm半导体激光器输出功率和可靠性的提升主要依靠于外延材料的改变及外延结构的优化，经历了从匹配量子阱发展到应变量子阱结构，从窄波导结构发展到宽波导结构，从含铝结构发展到无铝结构的过程。传统808nm半导体激光器有源区采用AlGaAs/GaAs材料体系，该体系是研究最多、最成熟的III-V族化合物体系，是现代技术中最基础的材料之一。其主要原因是A1GaAs与GaAs材料的晶格失配度很小，形成异质结时界面的位错密度很小。而且AlGaAs/GaAs具有很大的带隙差ΔE，可以对载流子有很好的限制作用。并且在商业化生产过程中，有源区的铝有利于外延片预定波长的生长和调控。但是在后续的器件测试和考评中发现，含铝的有源区容易氧化和产生暗线缺陷，致使腔面光学灾变功率密度减小，极容易发生灾变性光学损伤，从而限制了激光器的功率和寿命，这种现象在大功率巴条叠阵中尤为明显，极大限制了808nm半导体激光器在高功率激光器领域的发展。
20世纪90年代初苏联的加布尔佐夫带领的研究团队证明出与GaAs晶格匹配的无铝InGaAsP器件端面温度比含铝的AlGaAs材料器件低的多。王启明院士针对无铝材料的优点进行以下三点概述：1、腔面光学灾变功率密度是有铝材料的两倍还多；2、采用应变补偿机制可改善无铝材料的长期可靠性；3、无铝器件电阻比有铝器件低，热导率却更高。
对于无铝材料结构，虽然具有上述优点，但是由于量子阱层与垒和上限制层的异质结带阶较小，限制能力不足会造成载流子泄漏，导致器件阈值电流密度增加，外量子效率下降，温度特性变差的情况。在实际的商业生产中，由于MOCVD设备反应室中的温场分布并不均匀，并且GaAsP材料中的As和P的比例受温度影响很大，将GaAsP作为量子阱材料虽然在可靠性上可以得到提升，但是由于温场的影响，实际生长出的GaAsP量子阱的808nm半导体激光器外延片波长均匀性很差，并且由于炉与炉之间的温度波动，导致GaAsP材料中的As和P的占比也在发生变化，外延片实际波长也受其影响，稳定量产难度很大。
现如今808nm半导体激光器在高功率巴条、巴条叠阵产品中的需求越来越大，不仅对功率和可靠性有要求，由于是巴条产品，对外延片的波长均匀性也提出了新的要求，如何实现高均匀性、高功率的808nm半导体激光器外延片量产成为限制808nm大功率激光器的重要影响因素。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种高均匀性高功率的激光器外延片及其制备方法。
本发明的核心技术是将GaAsP量子阱和GaInP限制层之间采用组分渐变的方式实现高均匀性、高可靠性的无Al量子阱结构。上下波导层均由P组分渐变的GaAsP波导层和固定组分的GaAsP波导层两部分组成。这种渐变组分加固定组分GaAsP波导层除了具有传统波导层的光场限制作用，也可以起到消除生长背景中多余的杂质元素的作用，提供一个干净的量子阱生长环境，解决了外延片的均匀性问题，并且这种组分渐变的方式也具有受温度影响小的优点，提高了稳定性，为商业化量产提供了前提保障。
本发明的技术方案为：
一种高均匀性高功率的激光器外延片，采用GaAs衬底，在GaAs衬底上由下至上依次包括：GaAs缓冲层，Gax1In1-x1P下限制层，GaAs1-y1Py1组分渐变下波导层，GaAs1-y2Py2下波导层，GaAs1-zPz量子阱层，GaAs1-y3Py3上波导层，GaAs1-y4Py4组分渐变上波导层，Gax2In1-x2P上限制层，Gax3In1-x3P腐蚀阻挡层，GaAs欧姆接触层；其中，GaAs1-y1Py1组分渐变下波导层y1由0.6-0.4范围渐变，GaAs1-y2Py2下波导层y2的取值为0.1-0.4，GaAs1-y3Py3上波导层y3的取值为0.1-0.5，GaAs1-y4Py4组分渐变上波导层y4由0.4-0.7范围渐变，z的取值为0.01-0.05，x1、x2、x3的取值为0.3-0.5。
根据本发明优选的，所述GaAs1-y2Py2下波导层和GaAs1-y3Py3上波导层的厚度为10-20nm。
根据本发明优选的，所述GaAs1-y1Py1组分渐变下波导层的厚度为0.4-0.7μm。
根据本发明优选的，所述GaAs1-y4Py4组分渐变上波导层的厚度为0.1-0.3μm。
根据本发明优选的，所述GaAs1-zPz量子阱层的厚度为5-10nm。
根据本发明优选的，所述Gax1In1-x1P下限制层和Gax2In1-x2P上限制层的厚度为1-1.5μm。
根据本发明优选的，所述Gax3In1-x3P腐蚀阻挡层的厚度为20-30nm。
根据本发明优选的，所述GaAs缓冲层和GaAs欧姆接触层的厚度为100-300nm。
上述高均匀性高功率的激光器外延片的制备方法，包括以下步骤：
S1.利用MOCVD技术，将GaAs衬底在H2环境升温到740-780℃烘烤20-40分钟，再通入AsH3，对GaAs衬底进行高温热处理去除衬底表面水和氧；
S2.将温度下降到720-750℃，通入TMGa和AsH3，在GaAs衬底上生长厚度为100-300nm的GaAs缓冲层；
S3.将温度下降到640-680℃，通入TMGa、TMIn和PH3，在步骤S2的GaAs缓冲层上生长Gax1In1-x1P下限制层，生长厚度为1-1.5μm；
S4.保持温度640-680℃，通入TMGa、AsH3和PH3，在步骤S3的Gax1In1-x1P下限制层上生长GaAs1-y1Py1组分渐变下波导层，生长厚度为0.4-0.7μm；
S5.保持温度640-680℃，通入TMGa、AsH3和PH3，在步骤S4的GaAs1-y1Py1组分渐变下波导层上生长GaAs1-y2Py2下波导层，生长厚度为10-20nm；
S6.保持温度640-680℃，通入TMGa、AsH3和PH3，在步骤S5的GaAs1-y2Py2下波导层上生长GaAs1-zPz量子阱层，生长厚度为5-10nm；
S7.保持温度640-680℃，通入TMGa、AsH3和PH3，在步骤S6的GaAs1-zPz量子阱层上生长GaAs1-y3Py3上波导层，生长厚度为10-20nm；
S8.保持温度640-680℃，通入TMGa、AsH3和PH3，在步骤S7的GaAs1-y3Py3上波导层上生长GaAs1-y4Py4组分渐变上波导层，厚度为0.1-0.3μm；
S9.保持温度640-680℃，通入TMGa、TMIn和PH3，在步骤S8的GaAs1-y4Py4组分渐变上波导层上生长Gax2In1-x2P上限制层，厚度为1-1.5μm；
S10.保持温度640-680℃，通入TMGa、TMIn和PH3，在步骤S9的Gax2In1-x2P上限制层上生长Gax3In1-x3P腐蚀阻挡层，厚度为20-30nm；
S11.将温度下降至540-560℃，通入TMGa和AsH3，在步骤S10的Gax3In1-x3P腐蚀阻挡层上生长厚度为100-300nm的GaAs欧姆接触层，得激光器外延片。
根据本发明优选的，步骤S1中将GaAs衬底在H2环境升温到780℃烘烤30分钟。
根据本发明优选的，步骤S2中所述GaAs缓冲层的掺杂浓度为1×1018-2×1018个原子/cm3，掺杂源采用Si2H6；所述温度为730℃，生长厚度为300nm；优选的掺杂浓度为1×1018个原子/cm3。
根据本发明优选的，步骤S3中所述Gax1In1-x1P下限制层的掺杂浓度为2×1017-1×1018个原子/cm3，掺杂源采用Si2H6；所述x1的取值为0.3-0.5；所述温度为670℃，生长厚度为1.3μm；优选的，掺杂浓度为3×1017个原子/cm3，x1为0.49。
根据本发明优选的，步骤S4中所述GaAs1-y1Py1组分渐变下波导层的掺杂浓度为4×1016-1×1017个原子/cm3，掺杂源采用Si2H6；其中P组分含量y1由0.6-0.4范围渐变，渐变速率为所述温度为670℃，生长厚度为0.6μm；优选的掺杂浓度为5×1016个原子/cm3，y1由0.6-0.5范围渐变。
根据本发明优选的，步骤S5中所述GaAs1-y2Py2下波导层中P组分含量y2的取值为0.1-0.4；所述温度为670℃，生长厚度为15nm；优选的y2的取值为0.2-0.3。
根据本发明优选的，步骤S6中所述GaAs1-zPz量子阱层中P组分含量z的取值为0.01-0.05；所述温度为670℃，生长厚度为8nm；优选的z的取值为0.04。
根据本发明优选的，步骤S7中所述GaAs1-y3Py3上波导层中P组分含量y3的取值为0.1-0.5；所述温度为670℃，生长厚度为15nm；优选的y3的取值为0.3。
根据本发明优选的，步骤S8中所述GaAs1-y4Py4组分渐变上波导层中P组分含量y4由0.4-0.7范围渐变，渐变速率为所述温度为670℃，生长厚度为0.3μm；优选的y4由0.5-0.6范围渐变。
根据本发明优选的，步骤S9中所述Gax2In1-x2P上限制层的掺杂浓度为9×1017-3×1018个原子/cm3，掺杂源采用Cp2Mg；所述x2的取值为0.3-0.5；所述温度为670℃，生长厚度为1.3μm；优选的，掺杂浓度为2×1018个原子/cm3，x2为0.49。
根据本发明优选的，步骤S10中所述x3的取值为0.3-0.5；所述温度为670℃，生长厚度为25nm；优选的，x3为0.49。
根据本发明优选的，步骤S11中所述GaAs欧姆接触层的掺杂浓度为9×1018-5×1019个原子/cm3，掺杂源采用CBr4；所述温度为550℃，生长厚度为300nm；优选的掺杂浓度为5×1019个原子/cm3。
本发明的有益效果：
1、本发明中GaAsP量子阱和GaInP限制层之间的上下波导层均由P组分渐变的GaAsP波导层和固定组分的GaAsP波导层两部分组成。GaAsP组分渐变波导层和GaAsP固定组分波导层不仅可以起限制电子和光场的作用，也可以很好地消除生长量子阱前后反应室中多余的元素，给量子阱的生长提供干净的环境，避免因为背景掺杂的影响导致外延片的波长、应力、均匀性等参数发生变化，影响最终器件的性能。其中，GaAs1-y1Py1组分渐变下波导层和GaAs1-y4Py4组分渐变上波导层采用P组分渐变，主要考虑到在Gax1In1-x1P下限制层和Gax2In1-x2P上限制层生长完成后，MOCVD反应室中会有更多的In元素的存在，采用高P组分的GaAsP过渡层可以更好地降低背景中In对量子阱生长的影响；采用组分渐变的形式可以更好的降低从GaInP限制层到GaAsP波导层的应力，将应力更好的限制在缓冲层中。而且该设计在实际生产中可以更好地处理从GaInP限制层到GaAsP波导层的界面生长问题，提高生长质量。另一方面，GaAsP组分渐变波导层和GaAsP固定组分波导层中PH3并入量不同会直接影响波导层限制电子和光场的能力，进而可通过调整PH3并入量实现对芯片阈值电流、工作电压、峰值功率、发散角的控制。使用该方法在优化均匀性的前提下，也避免了有源区中GaAsP量子阱受温度影响波长波动较大的问题，更适合商业化量产。
2、本发明采用GaAs1-zPz作为量子阱材料，避免了含铝的有源区容易氧化和产生暗线缺陷的缺点，并且GaAs1-zPz量子阱可以通过控制As和P的比例来控制张应变的大小来降低阈值，并且可以实现TE单模输出。
3、本发明在GaAs缓冲层、Gax1In1-x1P下限制层、GaAs1-y1Py1组分渐变下波导层、Gax2In1-x2P上限制层、GaAs欧姆接触层进行了原子掺杂。在外延片的制备过程中，不同的掺杂浓度和掺杂源对外延片最终性能会有很大的影响，一般对于N型材料采用Si掺杂，掺杂源一般为SiH4、Si2H6，本发明采用纯度为6N的Si2H6为掺杂源，该掺杂源对温度不敏感，可以保证更稳定的掺杂浓度，并且6N高纯度也降低了Si2H6分解引入其他杂质的可能性。P型材料为了增加整体结构中空穴的含量，一般采用C、Mg、Zn等掺杂源，由于本发明生长温度较高，选用C作为掺杂源更加稳定可靠，掺杂源选用的是CBr4。外延片中的掺杂浓度对最终器件的性能会产生很大的影响，掺杂浓度太低会导致最终器件阈值电流、工作电压上升，导致器件最终的输出功率大幅度降低，掺杂浓度太高又会出现掺杂源向有源区扩散，导致光场被杂质吸收降低内量子效率，并且过高的掺杂浓度还会引入大量的缺陷，导致最终器件产生COD。本发明中的每层掺杂浓度均经过验证，有利于器件正常运转，满足使用要求。
附图说明
图1为实施例1的激光器外延片的结构图。
图2为实施例1的激光器外延片的光致发光谱图。
图3为对比例1的激光器外延片的光致发光谱图。
图4为对比例2的激光器外延片的光致发光谱图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明的技术方案作进一步说明，但是本发明的保护范围并不仅限于此。
实施例1
一种高均匀性高功率的激光器外延片，采用GaAs衬底，在GaAs衬底上由下至上依次包括：GaAs缓冲层，Ga0.49In0.51P下限制层，GaAs1-y1Py1组分渐变下波导层，GaAs0.75P0.25下波导层，GaAs0.96P0.04量子阱层，GaAs0.7P0.3上波导层，GaAs1-y4Py4组分渐变上波导层，Ga0.49In0.51P上限制层，Ga0.49In0.51P腐蚀阻挡层，GaAs欧姆接触层；其结构如图1所示。
本实施例中，GaAs0.75P0.25下波导层和GaAs0.7P0.3上波导层的厚度为15nm；
GaAs1-y1Py1组分渐变下波导层的厚度为0.6μm；y1由0.6-0.5范围渐变；
GaAs1-y4Py4组分渐变上波导层的厚度为0.3μm；y4由0.5-0.6范围渐变；
GaAs0.96P0.04量子阱层的厚度为8nm；
Ga0.49In0.51P下限制层和Ga0.49In0.51P上限制层的厚度为1.3μm；
Ga0.49In0.51P腐蚀阻挡层的厚度为25nm；
GaAs缓冲层和GaAs欧姆接触层的厚度为300nm。
实施例2
一种高均匀性高功率的激光器外延片，采用GaAs衬底，在GaAs衬底上由下至上依次包括：GaAs缓冲层，Ga0.49In0.51P下限制层，GaAs1-y1Py1组分渐变下波导层，GaAs0.8P0.2下波导层，GaAs0.97P0.03量子阱层，GaAs0.6P0.4上波导层，GaAs1-y4Py4组分渐变上波导层，Ga0.49In0.51P上限制层，Ga0.49In0.51P腐蚀阻挡层，GaAs欧姆接触层。
本实施例中，GaAs0.8P0.2下波导层和GaAs0.6P0.4上波导层的厚度为18nm；
GaAs1-y1Py1组分渐变下波导层的厚度为0.6μm；y1由0.5-0.4范围渐变；
GaAs1-y4Py4组分渐变上波导层的厚度为0.3μm；y4由0.5-0.6范围渐变；
GaAs0.97P0.03量子阱层的厚度为7nm；
Ga0.49In0.51P下限制层和Ga0.49In0.51P上限制层的厚度为1.4μm；
Ga0.49In0.51P腐蚀阻挡层的厚度为26nm；
GaAs缓冲层和GaAs欧姆接触层的厚度为250nm。
实施例3
一种高均匀性高功率的激光器外延片，采用GaAs衬底，在GaAs衬底上由下至上依次包括：GaAs缓冲层，Ga0.49In0.51P下限制层，GaAs1-y1Py1组分渐变下波导层，GaAs0.7P0.3下波导层，GaAs0.95P0.05量子阱层，GaAs0.8P0.2上波导层，GaAs1-y4Py4组分渐变上波导层，Ga0.49In0.51P上限制层，Ga0.49In0.51P腐蚀阻挡层，GaAs欧姆接触层；其结构如图1所示。
本实施例中，GaAs0.7P0.3下波导层和GaAs0.8P0.2上波导层的厚度为13nm；
GaAs1-y1Py1组分渐变下波导层的厚度为0.6μm；y1由0.5-0.4范围渐变；
GaAs1-y4Py4组分渐变上波导层的厚度为0.3μm；y4由0.4-0.5范围渐变；
GaAs0.95P0.05量子阱层的厚度为9nm；
Ga0.49In0.51P下限制层和Ga0.49In0.51P上限制层的厚度为1.2μm；
Ga0.49In0.51P腐蚀阻挡层的厚度为23nm；
GaAs缓冲层和GaAs欧姆接触层的厚度为200nm。
实施例4
一种高均匀性高功率的激光器外延片，采用GaAs衬底，在GaAs衬底上由下至上依次包括：GaAs缓冲层，Ga0.4In0.6P下限制层，GaAs1-y1Py1组分渐变下波导层，GaAs0.6P0.4下波导层，GaAs0.98P0.02量子阱层，GaAs0.5P0.5上波导层，GaAs1-y4Py4组分渐变上波导层，Ga0.4In0.6P上限制层，Ga0.4In0.6P腐蚀阻挡层，GaAs欧姆接触层；其结构如图1所示。
本实施例中，GaAs0.6P0.4下波导层和GaAs0.5P0.5上波导层的厚度为20nm；
GaAs1-y1Py1组分渐变下波导层的厚度为0.7μm；y1由0.6-0.5范围渐变；
GaAs1-y4Py4组分渐变上波导层的厚度为0.3μm；y4由0.5-0.6范围渐变；
GaAs0.98P0.02量子阱层的厚度为10nm；
Ga0.4In0.6P下限制层和Ga0.4In0.6P上限制层的厚度为1.5μm；
Ga0.4In0.6P腐蚀阻挡层的厚度为30nm；
GaAs缓冲层和GaAs欧姆接触层的厚度为300nm。
实施例5
实施例1所述的激光外延片的制备方法，包括以下步骤：
S1.利用MOCVD技术，将GaAs衬底在H2环境升温到780℃烘烤30分钟，再通入AsH3，对GaAs衬底进行高温热处理，去除衬底表面水和氧；
S2.将温度下降到730℃，通入TMGa和AsH3，在GaAs衬底上生长厚度为300nm的GaAs缓冲层；GaAs缓冲层的掺杂浓度为1×1018个原子/cm3，掺杂源采用Si2H6；
S3.将温度下降到670℃，通入TMGa、TMIn和PH3，在步骤S2的GaAs缓冲层上生长Ga0.49In0.51P下限制层，生长厚度为1.3μm；Ga0.49In0.51P下限制层的掺杂浓度为3×1017个原子/cm3，掺杂源采用Si2H6；
S4.保持温度670℃，通入TMGa、AsH3和PH3，在步骤S3的Ga0.49In0.51P下限制层上生长GaAs1-y1Py1组分渐变下波导层，生长厚度为0.6μm；P组分含量y1由0.6-0.5范围渐变，渐变速率为GaAs1-y1Py1组分渐变下波导层的掺杂浓度为5×1016个原子/cm3，掺杂源采用Si2H6；
S5.保持温度670℃，通入TMGa、AsH3和PH3，在步骤S4的GaAs1-y1Py1组分渐变下波导层上生长GaAs0.75P0.25下波导层，生长厚度为15nm；
S6.保持温度670℃，通入TMGa、AsH3和PH3，在步骤S5的GaAs0.75P0.25下波导层上生长GaAs0.96P0.04量子阱层，生长厚度为8nm；
S7.保持温度670℃，通入TMGa、AsH3和PH3，在步骤S6的GaAs0.96P0.04量子阱层上生长GaAs0.7P0.3上波导层，生长厚度为15nm；
S8.保持温度670℃，通入TMGa、AsH3和PH3，在步骤S7的GaAs0.7P0.3上波导层上生长GaAs1-y4Py4组分渐变上波导层，厚度为0.3μm；P组分含量y4由0.5-0.6范围渐变，渐变速率为
S9.保持温度670℃，通入TMGa、TMIn和PH3，在步骤S8的GaAs1-y4Py4组分渐变上波导层上生长Ga0.49In0.51P上限制层，厚度为1.3μm；Ga0.49In0.51P上限制层的掺杂浓度为2×1018个原子/cm3，掺杂源采用Cp2Mg；
S10.保持温度670℃，通入TMGa、TMIn和PH3，在步骤S9的Ga0.49In0.51P上限制层上生长Ga0.49In0.51P腐蚀阻挡层，厚度为25nm；
S11.将温度下降至550℃，通入TMGa和AsH3，在步骤S10的Ga0.49In0.51P腐蚀阻挡层上生长厚度为300nm的GaAs欧姆接触层，GaAs欧姆接触层的掺杂浓度为5×1019个原子/cm3，掺杂源采用CBr4，得激光器外延片。
实施例6
实施例2所述的激光外延片的制备方法，包括以下步骤：
S1.利用MOCVD技术，将GaAs衬底在H2环境升温到760℃烘烤40分钟，再通入AsH3，对GaAs衬底进行高温热处理，去除衬底表面水和氧；
S2.将温度下降到720℃，通入TMGa和AsH3，在GaAs衬底上生长厚度为250nm的GaAs缓冲层；GaAs缓冲层的掺杂浓度为1×1018个原子/cm3，掺杂源采用Si2H6；
S3.将温度下降到650℃，通入TMGa、TMIn和PH3，在步骤S2的GaAs缓冲层上生长Ga0.49In0.51P下限制层，生长厚度为1.4μm；Ga0.49In0.51P下限制层的掺杂浓度为3×1017个原子/cm3，掺杂源采用Si2H6；
S4.保持温度650℃，通入TMGa、AsH3和PH3，在步骤S3的Ga0.49In0.51P下限制层上生长GaAs1-y1Py1组分渐变下波导层，生长厚度为0.6μm；P组分含量y1由0.5-0.4范围渐变，渐变速率为GaAs1-y1Py1组分渐变下波导层的掺杂浓度为5×1016个原子/cm3，掺杂源采用Si2H6；
S5.保持温度650℃，通入TMGa、AsH3和PH3，在步骤S4的GaAs1-y1Py1组分渐变下波导层上生长GaAs0.8P0.2下波导层，生长厚度为18nm；
S6.保持温度650℃，通入TMGa、AsH3和PH3，在步骤S5的GaAs0.8P0.2下波导层上生长GaAs0.97P0.03量子阱层，生长厚度为7nm；
S7.保持温度650℃，通入TMGa、AsH3和PH3，在步骤S6的GaAs0.97P0.03量子阱层上生长GaAs0.6P0.4上波导层，生长厚度为18nm；
S8.保持温度650℃，通入TMGa、AsH3和PH3，在步骤S7的GaAs0.6P0.4上波导层上生长GaAs1-y4Py4组分渐变上波导层，厚度为0.3μm；P组分含量y4由0.5-0.6范围渐变，渐变速率为
S9.保持温度650℃，通入TMGa、TMIn和PH3，在步骤S8的GaAs1-y4Py4组分渐变上波导层上生长Ga0.49In0.51P上限制层，厚度为1.4μm；Ga0.49In0.51P上限制层的掺杂浓度为2×1018个原子/cm3，掺杂源采用Cp2Mg；
S10.保持温度650℃，通入TMGa、TMIn和PH3，在步骤S9的Ga0.49In0.51P上限制层上生长Ga0.49In0.51P腐蚀阻挡层，厚度为26nm；
S11.将温度下降至550℃，通入TMGa和AsH3，在步骤S10的Ga0.49In0.51P腐蚀阻挡层上生长厚度为250nm的GaAs欧姆接触层，GaAs欧姆接触层的掺杂浓度为5×1019个原子/cm3，掺杂源采用CBr4，得激光器外延片。
对比例1
一种高均匀性高功率的激光器外延片，如实施例1所述，不同的是：
在GaAs衬底上由下至上依次包括：GaAs缓冲层，Ga0.49In0.51P下限制层，GaAs0.75P0.25下波导层，GaAs0.96P0.04量子阱层，GaAs0.7P0.3上波导层，Ga0.49In0.51P上限制层，Ga0.49In0.51P腐蚀阻挡层，GaAs欧姆接触层，不采用GaAsP组分渐变波导层。
对比例2
一种高均匀性高功率的激光器外延片，如实施例1所述，不同的是：
在GaAs衬底上由下至上依次包括：GaAs缓冲层，Ga0.49In0.51P下限制层，GaAs1-y1Py1组分渐变下波导层，GaAs0.96P0.04量子阱层，GaAs1-y4Py4组分渐变上波导层，Ga0.49In0.51P上限制层，Ga0.49In0.51P腐蚀阻挡层，GaAs欧姆接触层，不采用GaAsP固定组分波导层。
试验例1
测试实施例1制备得到的激光器外延片光致发光谱图，如图2所示。
图2为实施例1的外延片光致发光谱图测试结果，由图2可知，实施例1制备的外延片结构很好的解决了均匀性的问题，为了更好的检测实施例1外延片均匀性上的优点，对测试结果进行波长1nm分档，平均波长为801.2nm，主波长为801.2nm，整片STD达到了0.224，并且颜色绝大部分为浅绿色其他颜色占比很少。
试验例2
测试对比例1-2制备得到的激光器外延片光致发光谱图，如图3-4所示。
图3为对比例1不采用GaAsP组分渐变波导层得到的外延片的光致发光测试图谱，从图3中可以看到该外延片的平均波长为801.5nm，主波长为801.2nm，整片STD上升到1.775，并且颜色分布杂乱，整片波长均匀性很差，这是由于不采用GaAsP组分渐变波导层导致环境中过量的背景In影响了量子阱的生长，导致波长均匀性变差。而图4为对比例2不采用GaAsP固定组分波导层得到的外延片的光致发光测试图谱，该外延片的平均波长为800.7nm，主波长为800.2nm，STD为1.22，虽低于对比例1，但与实施例1的结构测试的均匀性相比还是相差很多，不采用GaAsP固定组分波导层，虽然量子阱背景环境中的杂质元素降低，但是C掺杂会自主扩展，提高了量子阱的缺陷密度，并且由于波导层厚度不够导致均匀性下降。
Claims (10)
1.一种高均匀性高功率的激光器外延片，其特征在于，采用GaAs衬底，在GaAs衬底上由下至上依次包括：GaAs缓冲层，Gax1In1-x1P下限制层，GaAs1-y1Py1组分渐变下波导层，GaAs1- y2Py2下波导层，GaAs1-zPz量子阱层，GaAs1-y3Py3上波导层，GaAs1-y4Py4组分渐变上波导层，Gax2In1-x2P上限制层，Gax3In1-x3P腐蚀阻挡层，GaAs欧姆接触层；其中，GaAs1-y1Py1组分渐变下波导层y1由0.6-0.4范围渐变，GaAs1-y2Py2下波导层y2的取值为0.1-0.4，GaAs1-y3Py3上波导层y3的取值为0.1-0.5，GaAs1-y4Py4组分渐变上波导层y4由0.4-0.7范围渐变，z的取值为0.01-0.05，x1、x2、x3的取值为0.3-0.5。
2.如权利要求1所述的激光器外延片，其特征在于，所述GaAs1-y2Py2下波导层和GaAs1- y3Py3上波导层的厚度为10-20nm。
3.如权利要求1所述的激光器外延片，其特征在于，所述GaAs1-y1Py1组分渐变下波导层的厚度为0.4-0.7μm。
4.如权利要求1所述的激光器外延片，其特征在于，所述GaAs1-y4Py4组分渐变上波导层的厚度为0.1-0.3μm。
5.如权利要求1所述的激光器外延片，其特征在于，所述GaAs1-zPz量子阱层的厚度为5-10nm。
6.如权利要求1所述的激光器外延片，其特征在于，所述Gax1In1-x1P下限制层和Gax2In1-x2P上限制层的厚度为1-1.5μm。
7.如权利要求1所述的激光器外延片，其特征在于，所述Gax3In1-x3P腐蚀阻挡层的厚度为20-30nm。
8.如权利要求1所述的激光器外延片，其特征在于，所述GaAs缓冲层和GaAs欧姆接触层的厚度为100-300nm。
9.权利要求1所述的高均匀性高功率的激光器外延片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.利用MOCVD技术，将GaAs衬底在H2环境升温到740-780℃烘烤20-40分钟，再通入AsH3，对GaAs衬底进行高温热处理去除衬底表面水和氧；
S2.将温度下降到720-750℃，通入TMGa和AsH3，在GaAs衬底上生长厚度为100-300nm的GaAs缓冲层；
S3.将温度下降到640-680℃，通入TMGa、TMIn和PH3，在步骤S2的GaAs缓冲层上生长Gax1In1-x1P下限制层，生长厚度为1-1.5μm；
S4.保持温度640-680℃，通入TMGa、AsH3和PH3，在步骤S3的Gax1In1-x1P下限制层上生长GaAs1-y1Py1组分渐变下波导层，生长厚度为0.4-0.7μm；
S5.保持温度640-680℃，通入TMGa、AsH3和PH3，在步骤S4的GaAs1-y1Py1组分渐变下波导层上生长GaAs1-y2Py2下波导层，生长厚度为10-20nm；
S6.保持温度640-680℃，通入TMGa、AsH3和PH3，在步骤S5的GaAs1-y2Py2下波导层上生长GaAs1-zPz量子阱层，生长厚度为5-10nm；
S7.保持温度640-680℃，通入TMGa、AsH3和PH3，在步骤S6的GaAs1-zPz量子阱层上生长GaAs1-y3Py3上波导层，生长厚度为10-20nm；
S8.保持温度640-680℃，通入TMGa、AsH3和PH3，在步骤S7的GaAs1-y3Py3上波导层上生长GaAs1-y4Py4组分渐变上波导层，厚度为0.1-0.3μm；
S9.保持温度640-680℃，通入TMGa、TMIn和PH3，在步骤S8的GaAs1-y4Py4组分渐变上波导层上生长Gax2In1-x2P上限制层，厚度为1-1.5μm；
S10.保持温度640-680℃，通入TMGa、TMIn和PH3，在步骤S9的Gax2In1-x2P上限制层上生长Gax3In1-x3P腐蚀阻挡层，厚度为20-30nm；
S11.将温度下降至540-560℃，通入TMGa和AsH3，在步骤S10的Gax3In1-x3P腐蚀阻挡层上生长厚度为100-300nm的GaAs欧姆接触层，得激光器外延片。
10.如权利要求9所述的制备方法，其特征在于，满足以下条件之一项或多项：
a.步骤S2中所述GaAs缓冲层的掺杂浓度为1×1018-2×1018个原子/cm3，掺杂源采用Si2H6；
b.步骤S3中所述Gax1In1-x1P下限制层的掺杂浓度为2×1017-1×1018个原子/cm3，掺杂源采用Si2H6；所述x1的取值为0.3-0.5；
c.步骤S4中所述GaAs1-y1Py1组分渐变下波导层的掺杂浓度为4×1016-1×1017个原子/cm3，掺杂源采用Si2H6；其中P组分含量y1由0.6-0.4范围渐变，渐变速率为
d.步骤S5中所述GaAs1-y2Py2下波导层中P组分含量y2的取值为0.1-0.4；
e.步骤S6中所述GaAs1-zPz量子阱层中P组分含量z的取值为0.01-0.05；
f.步骤S7中所述GaAs1-y3Py3上波导层中P组分含量y3的取值为0.1-0.5；
g.步骤S8中所述GaAs1-y4Py4组分渐变上波导层中P组分含量y4由0.4-0.7范围渐变，渐变速率为
h.步骤S9中所述Gax2In1-x2P上限制层的掺杂浓度为9×1017-3×1018个原子/cm3，掺杂源采用Cp2Mg；所述x2的取值为0.3-0.5；
i.步骤S10中所述x3的取值为0.3-0.5；
j.步骤S11中所述GaAs欧姆接触层的掺杂浓度为9×1018-5×1019个原子/cm3，掺杂源采用CBr4。
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