CN114256742A - 一种具有超晶格窄波导大功率980nmLD外延片结构及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有超晶格窄波导大功率980nmLD外延片结构及其制备方法，属于光电子领域，本发明的AlGaAs/GaAs超晶格组具有低的限制因子，可以大大降低波导层的生长厚度，不仅可以满足大功率980nmLD对COD参数的要求，也克服了传统宽波导层结构带来的多阶膜激射、成本高、生长困难质量差等缺点；本发明在AlGaAs/GaAs超晶格组波导层结构中结合非对称结构将光场压向N型区域，降低了载流子的光学吸收，提升了输出功率、降低了热量的产生，使该结构的激光器可靠性的到改善。AlGaAs/GaAs超晶格波导层在光学限制上可以起到与DBR相当的作用，加强了波导层的光学限制能力将光场集中在有源区中。

Description

一种具有超晶格窄波导大功率980nmLD外延片结构及其制备 方法
技术领域
本发明涉及一种具有超晶格窄波导大功率980nmLD外延片结构及其制备方法，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，通常称为激光二极管(LD)，具有体积小、寿命长、质量轻等优点。国外早在20世纪90年代初就开始进行研究，已取得很大的进展。随着人们对半导体激光器认识的提升加上芯片生长设备的进步，使得半导体激光器在材料加工、生命科学、军事、激光打印等领域中广泛应用，成为人们生活中不可或缺的一部分。
半导体激光器最初的研究波长仅停留在可见光的波段，随着深入的研究，各国的科学家已经将半导体激光器发射波段由可见光推广至不可见光波段。由于可以作为掺铒光纤放大器的泵浦源，980nm的半导体激光器受到了广泛的关注。
传统大功率980nm激光器外延片采用InGaAs/GaAs作为有源区材料，通过控制InGaAs中In组分的含量来控制外延结构中的波长以及应变，并采用宽波导结构，来改善980nm激光器的灾变性光学烧毁(COD)情况。但是宽波导结构的引入虽然降低了量子阱中限制因子，但也因此导致激光器载流子限制能力下降，以及阈值电流、工作电压的提升，并且宽波导层也会使激光器产生多阶模激射，造成峰值功率下降、光束质量降低，提升力耦合进光纤的难度。并且过厚的波导层也会让外延片的生长成本和高质量生长难度提升。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出一种具有超晶格窄波导大功率980nmLD外延片结构及其制备方法。
本发明的核心技术是采用非对称AlGaAs/GaAs超晶格组来作为大功率980nmLD波导层的全新外延结构，与传统结构相比，AlGaAs/GaAs超晶格组具有低的限制因子，所以可以大大降低波导层的生长厚度，不仅可以满足大功率980nmLD对COD参数的要求，也克服了传统宽波导层结构带来的多阶膜激射、成本高、生长困难质量差等缺点。本发明在AlGaAs/GaAs超晶格组波导层结构中结合非对称结构将光场压向N型区域，降低了载流子的光学吸收，提升了输出功率、降低了热量的产生，使该结构的激光器可靠性的到改善。AlGaAs/GaAs超晶格波导层在光学限制上可以起到与DBR相当的作用，加强了波导层的光学限制能力将光场集中在有源区中。
本发明采用以下技术方案：
一种具有超晶格窄波导大功率980nmLD外延片结构，在GaAs衬底上由下至上依次包括GaAs缓冲层、Alx1Ga1-x1As下限制层、Alx2Ga1-x2As/GaAs超晶格下波导层、AlyGa1-yAs垒层、InzGa1-zAs量子阱层、AlyGa1-yAs垒层、Alx3Ga1-x3As/GaAs超晶格上波导层、Alx4Ga1-x4As上限制层和GaAs帽层，0.2≤x1≤0.4，0.2≤x2≤0.3，0.2≤x3≤0.3，0.5≤x4≤0.9，0.1≤y≤0.2，0.01≤z≤0.05；
所述Alx2Ga1-x2As/GaAs超晶格下波导层由下至上包括多组掺杂源为Si2H6的Alx2Ga1-x2As/GaAs交替结构和多组不掺杂的Alx2Ga1-x2As/GaAs交替结构；
所述Alx3Ga1-x3As/GaAs超晶格上波导层由下至上包括多组不掺杂的Alx3Ga1-x3As/GaAs交替结构和多组掺杂源为CBr4的Alx3Ga1-x3As/GaAs交替结构。
本发明的两层AlyGa1-yAs垒层为对称的结构相同的层。
本发明采用AlGaAs/GaAs超晶格作为波导层材料，可以大大降低波导层的生长厚度不仅可以满足大功率980nmLD对COD参数的要求，也避免的传统宽波导层结构带来的多阶膜激射、成本高、生长困难质量差等缺点。而非对称结构将光场压到N型区，降低了载流子的光学吸收，提升了输出功率降低了热量的产生，使该结构的激光器可靠性的到改善。
一种具有超晶格窄波导大功率980nmLD外延片结构的制备方法，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氧，并为步骤2做准备；
S2，将反应室温度下降到720-750℃，通入TMGa和AsH3，在GaAs衬底上生长厚度为100-300nm的GaAs缓冲层，掺杂浓度为1E18-2E18个原子/cm3，掺杂源采用Si2H6；
S3，将反应室温度下降到640-690℃，通入TMAl、TMGa和AsH3，在步骤S2得到的GaAs缓冲层上生长Alx1Ga1-x1As下限制层，厚度为2-3μm，0.2≤x1≤0.4，掺杂浓度为2E17-1E18个原子/cm3；
S4，保持温度在640-680℃，步骤S3完成后，通入TMAl、TMGa和AsH3，生长厚度为3-6nm的Alx2Ga1-x2As超晶格下波导层，0.2≤x2≤0.3，掺杂浓度为4E16-1E17个原子/cm3，掺杂源采用Si2H6；
S5，保持温度在640-680℃，步骤S4完成后，通入TMGa和AsH3，生长GaAs超晶格下波导层，厚度为5-10nm，掺杂浓度为4E16-1E17个原子/cm3，掺杂源采用Si2H6；
S6，步骤S5完成后，重复生长步骤S4的Alx2Ga1-x2As超晶格下波导层和步骤S5的GaAs超晶格下波导层，即Alx2Ga1-x2As/GaAs为一组，生长10-30组；
S7，保持温度在640-680℃，步骤S6完成后，通入TMAl、TMGa和AsH3，生长Alx2Ga1- x2As超晶格下波导层，厚度为3-6nm，不掺杂，0.2≤x2≤0.3；
S8，保持温度在640-680℃，步骤S7完成后，通入TMGa和AsH3，生长GaAs超晶格下波导层，厚度为5-10nm，不掺杂；
S9，保持温度在640-680℃，步骤S8完成后，重复生长步骤S7的Alx2Ga1-x2As超晶格下波导层和步骤S8的GaAs超晶格下波导层，即Alx2Ga1-x2As/GaAs为一组，生长10-30组；
本发明的Alx2Ga1-x2As超晶格下波导层和GaAs超晶格下波导层构成了Alx2Ga1-x2As/GaAs交替结构，在生长时，先生长了若干组掺杂源为Si2H6的Alx2Ga1-x2As/GaAs交替结构，又生长了若干组不掺杂的Alx2Ga1-x2As/GaAs交替结构，掺杂源Si2H6远离量子阱，这样可防止掺杂源Si2H6扩散到量子阱中影响载流子在量子阱中的发光效率，导致最终器件输出功率下降，采用靠近量子阱的部分不做掺杂，避免了掺杂源的扩散，更有效的提升量子阱内量子效率，并且可靠性会更好。
S10，保持温度在640-680℃，通入TMAl、TMGa、和AsH3，生长AlyGa1-yAs垒层，厚度为100-200nm，0.1≤y≤0.2；
S11，反应室温度下降至620-660℃，通入TMIn、TMGa和AsH3，在AlyGa1-yAs垒层上生长厚度为5-8nm的InzGa1-zAs量子阱层，0.01≤z≤0.05；
S12，反应室温度上升至640-680℃，通入TMAl、TMGa和AsH3，在步骤S11的InzGa1-zAs量子阱层上生长AlyGa1-yAs垒层，厚度为100-200nm；
S13，保持温度在640-680℃，步骤12完成后，通入TMGa和AsH3，生长GaAs超晶格上波导层，厚度为5-10nm，不掺杂；
S14，保持温度在640-680℃，步骤13完成后通入TMAl、TMGa和AsH3，生长Alx3Ga1- x3As超晶格上波导层，厚度为3-6nm，0.2≤x3≤0.3，不掺杂；
S15，保持温度在640-680℃，步骤S14完成后，重复生长步骤S13和步骤S14，即Alx3Ga1-x3As/GaAs为一组，生长10-30组；
S16，保持温度在640-680℃，步骤S15完成后，通入TMGa和AsH3，生长GaAs超晶格上波导层，厚度为5-10nm，掺杂源采用CBr4，掺杂浓度为6E16-2E17个原子/cm3；
S17，保持温度在640-680℃，步骤16完成后，通入TMAl、TMGa和AsH3，生长Alx3Ga1- x3As超晶格上波导层，厚度为3-6nm，0.2≤x3≤0.3，掺杂源采用CBr4，掺杂浓度为6E16-2E17个原子/cm3；
S18，步骤S17完成后，重复生长步骤S16的GaAs超晶格上波导层和步骤S17的Alx3Ga1-x3As超晶格上波导层，即Alx3Ga1-x3As/GaAs为一组，生长10-30组；
本发明的Alx3Ga1-x3As超晶格上波导层和GaAs超晶格上波导层构成了Alx3Ga1-x3As/GaAs交替结构，在生长时，先生长了若干组不掺杂的Alx3Ga1-x3As/GaAs交替结构，又生长了若干组掺杂源为CBr4的Alx3Ga1-x3As/GaAs交替结构，掺杂源CBr4远离量子阱，这样可防止掺杂源CBr4扩散到量子阱中影响载流子在量子阱中的发光效率，导致最终器件输出功率下降，采用靠近量子阱的部分不做掺杂，避免了掺杂源的扩散，更有效的提升量子阱内量子效率，并且可靠性会更好。
S19，反应室温度控制在640-690℃，通入TMAl、TMGa和AsH3，生长Alx4Ga1-x4As上限制层，厚度为0.5-1μm，0.5≤x4≤0.9，掺杂源采用CBr4；
S20，将反应室温度下降至540-560℃，通入TMGa和AsH3，在Alx4Ga1-x4As上限制层上生长厚度为100-300nm的GaAs帽层，掺杂浓度为9E18-5E19个原子/cm3，掺杂源采用CBr4。
优选的，步骤S1中，高温热处理温度为780℃，烘烤时间为30分钟；
步骤S2中，反应室温度为730℃，生长厚度为300nm，掺杂浓度为1E18个原子/cm3。
优选的，步骤S3中，反应室温度为680℃，生长厚度为2.5μm，x＝0.35，掺杂浓度为3E17个原子/cm3，掺杂源采用Si2H6。
优选的，步骤S4中，反应室温度为670℃，生长厚度为4nm，Alx2Ga1-x2As超晶格下波导层的x2＝0.25，掺杂浓度为5E16个原子/cm3。
优选的，步骤S5中，反应室温度为670℃，生长厚度为6nm，掺杂浓度为5E16个原子/cm3。
优选的，步骤S6的生长组数为20组。
优选的，步骤S7中，反应室温度为670℃，生长厚度为4nm，Alx2Ga1-x2As超晶格下波导层的x2＝0.25；
步骤S8中，反应室温度为670℃，生长厚度为6nm，步骤S9的生长组数为20组。
优选的，步骤S10中，反应室温度为670℃，生长厚度为150nm，y＝0.15。
优选的，步骤S11中，反应室温度为650℃，生长厚度为7nm，InzGa1-zAs量子阱层中z＝0.02。
优选的，步骤S12中，反应室温度为670℃，生长厚度为150nm，y＝0.15。
优选的，步骤S13中，反应室温度为670℃，生长厚度为6nm，步骤S14中的反应室温度为670℃，生长厚度为4nm，步骤S14中Alx3Ga1-x3As超晶格上波导层x3＝0.25。
优选的，步骤S15的生长组数为10组。
优选的，步骤S16的反应室温度为670℃，生长厚度为6nm，掺杂浓度为1E17个原子/cm3；
步骤S17的反应室温度为670℃，生长厚度为4nm，Alx3Ga1-x3As超晶格上波导层的x3＝0.25，掺杂浓度为1E17个原子/cm3。
步骤S18的生长组数为10组。
本发明的上下波导层厚度都有所降低，传统非对称结构中上、下波导层厚度分别为0.6μm和1μm，本发明的超晶格结构上、下波导层厚度分别为0.2μm和0.4μm，厚度大大降低。
优选的，步骤S19的反应室温度为690℃，生长厚度为0.9μm，掺杂浓度为1E17-3E18个原子/cm3；
进一步优选的，x4＝0.80，掺杂浓度为2E18个原子/cm3。
优选的，步骤S20的反应室温度为550℃，生长厚度为300nm，掺杂浓度为5E19个原子/cm3。
本发明中，将AlGaAs/GaAs超晶格结构作为外延结构的波导层使用，目的是利用超晶格结构本身较低的限制因子来降低波导层的厚度，避免传统宽波导层结构带来的多阶膜激射、成本高、生长困难质量差等缺点。
本发明的AlGaAs/GaAs超晶格组波导层不仅仅可以用在980nm大功率激光器，也可以用在所有大于800nm的大功率激光器中，仅需要改变Al的组分即可。
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：
1、与传统结构相比，AlGaAs/GaAs超晶格组具有低的限制因子，所以可以大大降低波导层的生长厚度，不仅可以满足大功率980nmLD对COD参数的要求，也克服了传统宽波导层结构带来的多阶膜激射、成本高、生长困难质量差等缺点。
2、传统结构中，由于需要波导层提供较低的限制因子，所以采用较厚的波导结构也就是宽波导结构，本发明中的超晶格结构由于超晶格本身很薄，交替结构的超晶格会形成量子效应，产生较低的限制因子，所以并不需要过厚的波导层，因此为窄波导结构，宽波导结构相对于窄波导结构中生长厚度厚，导致生长成本高，厚度越厚材料内部杂质、位错等缺陷就越多，就会越影响发光效率和可靠性，并且宽波导因为厚度厚导致光程长，激光在谐振腔中震荡的过程中就会有侧膜的产生，也就是多阶膜产生影响输出功率，产生多余的热量。
3、本发明的非对称结构将光场压向N型区域(N型区域为下波导层区域附近，P型区域为上波导层附近)，通过调整N和P型区域的厚度、掺杂浓度实现将光场偏向N型区域，为非对称的，由于P型区域中的空穴对光的吸收是N型区域中电子的1.6倍，所以光在N型区域会减少吸收，内量子效率提升，输出功率进而得到提升，多余热量减少，使该结构的激光器可靠性得到改善。AlGaAs/GaAs超晶格波导层在光学限制上可以起到与DBR相当的作用，加强了波导层的光学限制能力将光场集中在有源区中。
附图说明
图1为本发明的一种具有超晶格窄波导大功率980nmLD外延片结构示意图。
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：
一种具有超晶格窄波导大功率980nmLD外延片结构，如图1示，在GaAs衬底上由下至上依次包括GaAs缓冲层、Alx1Ga1-x1As下限制层、Alx2Ga1-x2As/GaAs超晶格下波导层、AlyGa1-yAs垒层、InzGa1-zAs量子阱层、AlyGa1-yAs垒层、Alx3Ga1-x3As/GaAs超晶格上波导层、Alx4Ga1-x4As上限制层和GaAs帽层，0.2≤x1≤0.4，0.2≤x2≤0.3，0.2≤x3≤0.3，0.5≤x4≤0.9，0.1≤y≤0.2，0.01≤z≤0.05；
所述Alx2Ga1-x2As/GaAs超晶格下波导层由下至上包括多组掺杂源为Si2H6的Alx2Ga1-x2As/GaAs交替结构和多组不掺杂的Alx2Ga1-x2As/GaAs交替结构；
所述Alx3Ga1-x3As/GaAs超晶格上波导层由下至上包括多组不掺杂的Alx3Ga1-x3As/GaAs交替结构和多组掺杂源为CBr4的Alx3Ga1-x3As/GaAs交替结构。
本实施例的两层AlyGa1-yAs垒层为对称的结构相同的层。
本实施例采用AlGaAs/GaAs超晶格作为波导层材料，可以大大降低波导层的生长厚度不仅可以满足大功率980nmLD对COD参数的要求，也避免的传统宽波导层结构带来的多阶膜激射、成本高、生长困难质量差等缺点。而非对称结构将光场压到N型区，降低了载流子的光学吸收，提升了输出功率降低了热量的产生，使该结构的激光器可靠性的到改善。
实施例2：
一种具有超晶格窄波导大功率980nmLD外延片结构的制备方法，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氧，高温热处理温度为780℃，烘烤时间为30分钟；
S2，将反应室温度下降到720-750℃，通入TMGa和AsH3，在GaAs衬底上生长厚度为100-300nm的GaAs缓冲层，掺杂浓度为1E18-2E18个原子/cm3，掺杂源采用Si2H6；
S3，将反应室温度下降到640-690℃，通入TMAl、TMGa和AsH3，在步骤S2得到的GaAs缓冲层上生长Alx1Ga1-x1As下限制层，厚度为2-3μm，0.2≤x1≤0.4，掺杂浓度为2E17-1E18个原子/cm3；
S4，保持温度在640-680℃，步骤S3完成后，通入TMAl、TMGa和AsH3，生长厚度为3-6nm的Alx2Ga1-x2As超晶格下波导层，0.2≤x2≤0.3，掺杂浓度为4E16-1E17个原子/cm3，掺杂源采用Si2H6；
S5，保持温度在640-680℃，步骤S4完成后，通入TMGa和AsH3，生长GaAs超晶格下波导层，厚度为5-10nm，掺杂浓度为4E16-1E17个原子/cm3，掺杂源采用Si2H6；
S6，步骤S5完成后，重复生长步骤S4的Alx2Ga1-x2As超晶格下波导层和步骤S5的GaAs超晶格下波导层，即Alx2Ga1-x2As/GaAs为一组，生长10-30组；
S7，保持温度在640-680℃，步骤S6完成后，通入TMAl、TMGa和AsH3，生长Alx2Ga1- x2As超晶格下波导层，厚度为3-6nm，不掺杂，0.2≤x2≤0.3；
S8，保持温度在640-680℃，步骤S7完成后，通入TMGa和AsH3，生长GaAs超晶格下波导层，厚度为5-10nm，不掺杂；
S9，保持温度在640-680℃，步骤S8完成后，重复生长步骤S7的Alx2Ga1-x2As超晶格下波导层和步骤S8的GaAs超晶格下波导层，即Alx2Ga1-x2As/GaAs为一组，生长10-30组；
本实施例的Alx2Ga1-x2As超晶格下波导层和GaAs超晶格下波导层构成了Alx2Ga1- x2As/GaAs交替结构，在生长时，先生长了若干组掺杂源为Si2H6的Alx2Ga1-x2As/GaAs交替结构，又生长了若干组不掺杂的Alx2Ga1-x2As/GaAs交替结构，掺杂源Si2H6远离量子阱，这样可防止掺杂源Si2H6扩散到量子阱中影响载流子在量子阱中的发光效率，导致最终器件输出功率下降，采用靠近量子阱的部分不做掺杂，避免了掺杂源的扩散，更有效的提升量子阱内量子效率，并且可靠性会更好。
S10，保持温度在640-680℃，通入TMAl、TMGa、和AsH3，生长AlyGa1-yAs垒层，厚度为100-200nm，0.1≤y≤0.2；
S11，反应室温度下降至620-660℃，通入TMIn、TMGa和AsH3，在AlyGa1-yAs垒层上生长厚度为5-8nm的InzGa1-zAs量子阱层，0.01≤z≤0.05；
S12，反应室温度上升至640-680℃，通入TMAl、TMGa和AsH3，在步骤S11的InzGa1-zAs量子阱层上生长AlyGa1-yAs垒层，厚度为100-200nm；
S13，保持温度在640-680℃，步骤12完成后，通入TMGa和AsH3，生长GaAs超晶格上波导层，厚度为5-10nm，不掺杂；
S14，保持温度在640-680℃，步骤13完成后通入TMAl、TMGa和AsH3，生长Alx3Ga1- x3As超晶格上波导层，厚度为3-6nm，0.2≤x3≤0.3，不掺杂；
S15，保持温度在640-680℃，步骤S14完成后，重复生长步骤S13和步骤S14，即Alx3Ga1-x3As/GaAs为一组，生长10-30组；
S16，保持温度在640-680℃，步骤S15完成后，通入TMGa和AsH3，生长GaAs超晶格上波导层，厚度为5-10nm，掺杂源采用CBr4，掺杂浓度为6E16-2E17个原子/cm3；
S17，保持温度在640-680℃，步骤16完成后，通入TMAl、TMGa和AsH3，生长Alx3Ga1- x3As超晶格上波导层，厚度为3-6nm，0.2≤x3≤0.3，掺杂源采用CBr4，掺杂浓度为6E16-2E17个原子/cm3；
S18，步骤S17完成后，重复生长步骤S16的GaAs超晶格上波导层和步骤S17的Alx3Ga1-x3As超晶格上波导层，即Alx3Ga1-x3As/GaAs为一组，生长10-30组；
本实施例的Alx3Ga1-x3As超晶格上波导层和GaAs超晶格上波导层构成了Alx3Ga1- x3As/GaAs交替结构，在生长时，先生长了若干组不掺杂的Alx3Ga1-x3As/GaAs交替结构，又生长了若干组掺杂源为CBr4的Alx3Ga1-x3As/GaAs交替结构，掺杂源CBr4远离量子阱，这样可防止掺杂源CBr4扩散到量子阱中影响载流子在量子阱中的发光效率，导致最终器件输出功率下降，采用靠近量子阱的部分不做掺杂，避免了掺杂源的扩散，更有效的提升量子阱内量子效率，并且可靠性会更好。
S19，反应室温度控制在640-690℃，通入TMAl、TMGa和AsH3，生长Alx4Ga1-x4As上限制层，厚度为0.5-1μm，0.5≤x4≤0.9，掺杂源采用CBr4；
S20，将反应室温度下降至540-560℃，通入TMGa和AsH3，在Alx4Ga1-x4As上限制层上生长厚度为100-300nm的GaAs帽层，掺杂浓度为9E18-5E19个原子/cm3，掺杂源采用CBr4。
实施例3：
一种具有超晶格窄波导大功率980nmLD外延片结构的制备方法，如实施例2所示，所不同的是，步骤S2中，反应室温度为730℃，生长厚度为300nm，掺杂浓度为1E18个原子/cm3。
实施例4：
一种具有超晶格窄波导大功率980nmLD外延片结构的制备方法，如实施例2所示，所不同的是，步骤S3中，反应室温度为680℃，生长厚度为2.5μm，x＝0.35，掺杂浓度为3E17个原子/cm3，掺杂源采用Si2H6。
实施例5：
一种具有超晶格窄波导大功率980nmLD外延片结构的制备方法，如实施例2所示，所不同的是，步骤S4中，反应室温度为670℃，生长厚度为4nm，Alx2Ga1-x2As超晶格下波导层的x2＝0.25，掺杂浓度为5E16个原子/cm3。
实施例6：
一种具有超晶格窄波导大功率980nmLD外延片结构的制备方法，如实施例2所示，所不同的是，步骤S5中，反应室温度为670℃，生长厚度为6nm，掺杂浓度为5E16个原子/cm3；
步骤S6的生长组数为20组。
实施例7：
一种具有超晶格窄波导大功率980nmLD外延片结构的制备方法，如实施例2所示，所不同的是，步骤S7中，反应室温度为670℃，生长厚度为4nm，Alx2Ga1-x2As超晶格下波导层的x2＝0.25；
步骤S8中，反应室温度为670℃，生长厚度为6nm，步骤S9的生长组数为20组。
实施例8：
一种具有超晶格窄波导大功率980nmLD外延片结构的制备方法，如实施例2所示，所不同的是，步骤S10中，反应室温度为670℃，生长厚度为150nm，y＝0.15。
实施例9：
一种具有超晶格窄波导大功率980nmLD外延片结构的制备方法，如实施例2所示，所不同的是，步骤S11中，反应室温度为650℃，生长厚度为7nm，InzGa1-zAs量子阱层中z＝0.02。
实施例10：
一种具有超晶格窄波导大功率980nmLD外延片结构的制备方法，如实施例2所示，所不同的是，步骤S12中，反应室温度为670℃，生长厚度为150nm，y＝0.15。
实施例11：
一种具有超晶格窄波导大功率980nmLD外延片结构的制备方法，如实施例2所示，所不同的是，步骤S13中，反应室温度为670℃，生长厚度为6nm，步骤S14中的反应室温度为670℃，生长厚度为4nm，步骤S14中Alx3Ga1-x3As超晶格上波导层x3＝0.25；
步骤S15的生长组数为10组。
实施例12：
一种具有超晶格窄波导大功率980nmLD外延片结构的制备方法，如实施例2所示，所不同的是，步骤S16的反应室温度为670℃，生长厚度为6nm，掺杂浓度为1E17个原子/cm3；
步骤S17的反应室温度为670℃，生长厚度为4nm，Alx3Ga1-x3As超晶格上波导层的x3＝0.25，掺杂浓度为1E17个原子/cm3；
步骤S18的生长组数为10组。
实施例13：
一种具有超晶格窄波导大功率980nmLD外延片结构的制备方法，如实施例2所示，所不同的是，步骤S19的反应室温度为690℃，生长厚度为0.9μm，掺杂浓度为1E17-3E18个原子/cm3；
x4＝0.80，掺杂浓度为2E18个原子/cm3。
实施例14：
一种具有超晶格窄波导大功率980nmLD外延片结构的制备方法，如实施例2所示，所不同的是，步骤S20的反应室温度为550℃，生长厚度为300nm，掺杂浓度为5E19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 (10)

1.一种具有超晶格窄波导大功率980nmLD外延片结构，其特征在于，在GaAs衬底上由下至上依次包括GaAs缓冲层、Alx1Ga1-x1As下限制层、Alx2Ga1-x2As/GaAs超晶格下波导层、AlyGa1-yAs垒层、InzGa1-zAs量子阱层、AlyGa1-yAs垒层、Alx3Ga1-x3As/GaAs超晶格上波导层、Alx4Ga1-x4As上限制层和GaAs帽层，0.2≤x1≤0.4，0.2≤x2≤0.3，0.2≤x3≤0.3，0.5≤x4≤0.9，0.1≤y≤0.2，0.01≤z≤0.05；
所述Alx2Ga1-x2As/GaAs超晶格下波导层由下至上包括多组掺杂源为Si2H6的Alx2Ga1- x2As/GaAs交替结构和多组不掺杂的Alx2Ga1-x2As/GaAs交替结构；
所述Alx3Ga1-x3As/GaAs超晶格上波导层由下至上包括多组不掺杂的Alx3Ga1-x3As/GaAs交替结构和多组掺杂源为CBr4的Alx3Ga1-x3As/GaAs交替结构。
2.一种权利要求1所述的具有超晶格窄波导大功率980nmLD外延片结构的制备方法，其特征在于，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氧；
S2，将反应室温度下降到720-750℃，通入TMGa和AsH3，在GaAs衬底上生长厚度为100-300nm的GaAs缓冲层，掺杂浓度为1E18-2E18个原子/cm3，掺杂源采用Si2H6；
S3，将反应室温度下降到640-690℃，通入TMAl、TMGa和AsH3，在步骤S2得到的GaAs缓冲层上生长Alx1Ga1-x1As下限制层，厚度为2-3μm，0.2≤x1≤0.4，掺杂浓度为2E17-1E18个原子/cm3；
S4，保持温度在640-680℃，步骤S3完成后，通入TMAl、TMGa和AsH3，生长厚度为3-6nm的Alx2Ga1-x2As超晶格下波导层，0.2≤x2≤0.3，掺杂浓度为4E16-1E17个原子/cm3，掺杂源采用Si2H6；
S5，保持温度在640-680℃，步骤S4完成后，通入TMGa和AsH3，生长GaAs超晶格下波导层，厚度为5-10nm，掺杂浓度为4E16-1E17个原子/cm3，掺杂源采用Si2H6；
S6，步骤S5完成后，重复生长步骤S4的Alx2Ga1-x2As超晶格下波导层和步骤S5的GaAs超晶格下波导层，即Alx2Ga1-x2As/GaAs为一组，生长10-30组；
S7，保持温度在640-680℃，步骤S6完成后，通入TMAl、TMGa和AsH3，生长Alx2Ga1-x2As超晶格下波导层，厚度为3-6nm，不掺杂，0.2≤x2≤0.3；
S8，保持温度在640-680℃，步骤S7完成后，通入TMGa和AsH3，生长GaAs超晶格下波导层，厚度为5-10nm，不掺杂；
S9，保持温度在640-680℃，步骤S8完成后，重复生长步骤S7的Alx2Ga1-x2As超晶格下波导层和步骤S8的GaAs超晶格下波导层，即Alx2Ga1-x2As/GaAs为一组，生长10-30组；
S10，保持温度在640-680℃，通入TMAl、TMGa、和AsH3，生长AlyGa1-yAs垒层，厚度为100-200nm，0.1≤y≤0.2；
S11，反应室温度下降至620-660℃，通入TMIn、TMGa和AsH3，在AlyGa1-yAs垒层上生长厚度为5-8nm的InzGa1-zAs量子阱层，0.01≤z≤0.05；
S12，反应室温度上升至640-680℃，通入TMAl、TMGa和AsH3，在步骤S11的InzGa1-zAs量子阱层上生长AlyGa1-yAs垒层，厚度为100-200nm；
S13，保持温度在640-680℃，步骤12完成后，通入TMGa和AsH3，生长GaAs超晶格上波导层，厚度为5-10nm，不掺杂；
S14，保持温度在640-680℃，步骤13完成后通入TMAl、TMGa和AsH3，生长Alx3Ga1-x3As超晶格上波导层，厚度为3-6nm，0.2≤x3≤0.3，不掺杂；
S15，保持温度在640-680℃，步骤S14完成后，重复生长步骤S13和步骤S14，即Alx3Ga1- x3As/GaAs为一组，生长10-30组；
S16，保持温度在640-680℃，步骤S15完成后，通入TMGa和AsH3，生长GaAs超晶格上波导层，厚度为5-10nm，掺杂源采用CBr4，掺杂浓度为6E16-2E17个原子/cm3；
S17，保持温度在640-680℃，步骤16完成后，通入TMAl、TMGa和AsH3，生长Alx3Ga1-x3As超晶格上波导层，厚度为3-6nm，0.2≤x3≤0.3，掺杂源采用CBr4，掺杂浓度为6E16-2E17个原子/cm3；
S18，步骤S17完成后，重复生长步骤S16的GaAs超晶格上波导层和步骤S17的Alx3Ga1- x3As超晶格上波导层，即Alx3Ga1-x3As/GaAs为一组，生长10-30组；
S19，反应室温度控制在640-690℃，通入TMAl、TMGa和AsH3，生长Alx4Ga1-x4As上限制层，厚度为0.5-1μm，0.5≤x4≤0.9，掺杂源采用CBr4；
S20，将反应室温度下降至540-560℃，通入TMGa和AsH3，在Alx4Ga1-x4As上限制层上生长厚度为100-300nm的GaAs帽层，掺杂浓度为9E18-5E19个原子/cm3，掺杂源采用CBr4。
3.根据权利要求2所述的具有超晶格窄波导大功率980nmLD外延片结构的制备方法，其特征在于，步骤S1中，高温热处理温度为780℃，烘烤时间为30分钟；
步骤S2中，反应室温度为730℃，生长厚度为300nm，掺杂浓度为1E18个原子/cm3。
4.根据权利要求2所述的具有超晶格窄波导大功率980nmLD外延片结构的制备方法，其特征在于，步骤S3中，反应室温度为680℃，生长厚度为2.5μm，x＝0.35，掺杂浓度为3E17个原子/cm3，掺杂源采用Si2H6；
优选的，步骤S4中，反应室温度为670℃，生长厚度为4nm，Alx2Ga1-x2As超晶格下波导层的x2＝0.25，掺杂浓度为5E16个原子/cm3。
5.根据权利要求2所述的具有超晶格窄波导大功率980nmLD外延片结构的制备方法，其特征在于，步骤S5中，反应室温度为670℃，生长厚度为6nm，掺杂浓度为5E16个原子/cm3；
优选的，步骤S6的生长组数为20组。
6.根据权利要求2所述的具有超晶格窄波导大功率980nmLD外延片结构的制备方法，其特征在于，步骤S7中，反应室温度为670℃，生长厚度为4nm，Alx2Ga1-x2As超晶格下波导层的x2＝0.25；
步骤S8中，反应室温度为670℃，生长厚度为6nm，步骤S9的生长组数为20组；
优选的，步骤S10中，反应室温度为670℃，生长厚度为150nm，y＝0.15。
7.根据权利要求2所述的具有超晶格窄波导大功率980nmLD外延片结构的制备方法，其特征在于，步骤S11中，反应室温度为650℃，生长厚度为7nm，InzGa1-zAs量子阱层中z＝0.02；
优选的，步骤S12中，反应室温度为670℃，生长厚度为150nm，y＝0.15。
8.根据权利要求2所述的具有超晶格窄波导大功率980nmLD外延片结构的制备方法，其特征在于，步骤S13中，反应室温度为670℃，生长厚度为6nm，步骤S14中的反应室温度为670℃，生长厚度为4nm，步骤S14中Alx3Ga1-x3As超晶格上波导层x3＝0.25；
优选的，步骤S15的生长组数为10组。
9.根据权利要求2所述的具有超晶格窄波导大功率980nmLD外延片结构的制备方法，其特征在于，步骤S16的反应室温度为670℃，生长厚度为6nm，掺杂浓度为1E17个原子/cm3；
步骤S17的反应室温度为670℃，生长厚度为4nm，Alx3Ga1-x3As超晶格上波导层的x3＝0.25，掺杂浓度为1E17个原子/cm3；
步骤S18的生长组数为10组。
10.根据权利要求2所述的具有超晶格窄波导大功率980nmLD外延片结构的制备方法，其特征在于，步骤S19的反应室温度为690℃，生长厚度为0.9μm，掺杂浓度为1E17-3E18个原子/cm3；
优选的，x4＝0.80，掺杂浓度为2E18个原子/cm3；
优选的，步骤S20的反应室温度为550℃，生长厚度为300nm，掺杂浓度为5E19个原子/cm3。
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