CN115249947A - 一种InGaAs高应变变温量子阱大功率激光器外延片及其制备方法 - Google Patents

一种InGaAs高应变变温量子阱大功率激光器外延片及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种InGaAs高应变变温量子阱大功率激光器外延片及其制备方法。本发明激光器外延片,由下至上依次包括：衬底、缓冲层、下限制层、波导层1、Iny1Ga1‑y1As过渡层、GaAs过渡层1、Iny2Ga1‑y2As过渡层、GaAs过渡层2、Iny3Ga1‑ y3As量子阱、GaAs过渡层3、Iny4Ga1‑y4As过渡层、GaAs过渡层4、Iny5Ga1‑y5As过渡层、波导层2、上限制层、表层。本发明激光器外延片结构以及生长方法能够为量子阱生长提供一个良好的界面，降低了量子阱材料中杂质含量，形成了稳定的二维生长，同时充分释放了量子阱应力，实现高质量InGaAs高应变量子阱外延材料的生长，进而实现了激光器的高功率，高效率，高可靠性输出。

Description

一种InGaAs高应变变温量子阱大功率激光器外延片及其制备 方法
技术领域
本发明涉及一种InGaAs高应变变温量子阱大功率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
自从科学家发明激光器以来，激光器在材料加工、医疗、光纤检测、激光打印等领域中应用非常广泛。而InGaAs应变量子阱因为其发射波长正好补充了GaAs和InP量子阱材料发射波长的空白，近些年受到人们广泛的关注。
虽然InGaAs量子阱材料波长覆盖很广，随着波长的增加InGaAs量子阱材料中的In含量也在增加，与GaAs衬底的失配度也在变大，进而在整体外延结构中引入较大的应变；当应变量超过临界值时，InGaAs薄膜材料会弛豫而形成失陪位错。并且在高应变的InGaAs量子阱材料的生长过程中，当In组分较高时，即使生长厚度在临界值以内生长模式也容易由二维生长向准三维生长或者三维生长进行转变。对于量子阱激光器而言，如果量子阱的生长质量不好会导致非辐射复合的增加，直接影响最终器件的性能。
中国专利文献CN104795729A公开了一种应变平衡有源区梯度势阱层半导体激光器结构，该结构包括采用金属有机化学气相沉积方法在衬底上至下而上依次外延生长的缓冲层、下匹配层、下限制层、下过渡层、下波导层、多量子阱层、上波导层、上过渡层、上限制层、上匹配层和电极接触层；所述多量子阱层设于下波导层上，包括高In组分InGaAs/低In组分InGaAs/GaAs/GaAsP势垒层，周期数为2≤N≤6；多量子阱层由下而上包括：第一GaAsP势垒层，第一晶格匹配缓冲层GaAs，第一低In组分应变补偿中间层InGaAs，InGaAs势阱层，第二低In组分应变补偿中间层InGaAs，第二晶格匹配缓冲层GaAs和第二GaAsP势垒层。该发明专利中采用低In组分应变补偿中间层和晶格匹配缓冲层GaAs来降低整体的多量子阱所产生的应力，但是分层之间的应力无法降低；因为低In组分应变补偿中间层InGaAs和InGaAs势阱层中间无组分过渡层或者隧穿层向间隔，在实际生长中由于In传输的滞后效果，导致低In组分应变补偿中间层InGaAs和InGaAs势阱层中间无法生长出陡峭的界面，量子阱所产生的应力无法释放，因此该发明所提出的结构无法完全释放量子阱中的应力。
因此，如何充分释放InGaAs量子阱应力，并同时实现InGaAs量子阱的高质量生长，是迫切需要解决的问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种InGaAs高应变变温量子阱大功率激光器外延片及其制备方法。本发明激光器外延片结构以及生长方法能够为量子阱生长提供一个良好的界面，降低了量子阱材料中杂质含量，形成了稳定的二维生长，同时充分释放了量子阱应力，实现高质量InGaAs高应变量子阱外延材料的生长，进而实现了激光器的高功率，高效率，高可靠性输出。
本发明的技术方案如下：
一种InGaAs高应变变温量子阱大功率激光器外延片,由下至上依次包括：衬底、缓冲层、下限制层、波导层1、Iny1Ga1-y1As过渡层、GaAs过渡层1、Iny2Ga1-y2As过渡层、GaAs过渡层2、Iny3Ga1-y3As量子阱、GaAs过渡层3、Iny4Ga1-y4As过渡层、GaAs过渡层4、Iny5Ga1-y5As过渡层、波导层2、上限制层、表层。
根据本发明优选的，所述衬底为GaAs衬底。
根据本发明优选的，所述缓冲层为掺杂硅原子的GaAs材料；缓冲层的厚度为100-300nm；硅原子的掺杂浓度为1×1018-3×1018个原子/cm3。优选的，缓冲层的厚度为300nm；硅原子的掺杂浓度为2×1018个原子/cm3。掺杂硅原子实现电势梯度，提供足量的电子，有利于电子和空穴在量子阱中的复合。
根据本发明优选的，所述下限制层为掺杂硅原子的Alx1Ga1-x1As材料，0.5≤X1≤0.8；下限制层的厚度为0.95um-1.5um；硅原子的掺杂浓度为9×1017-2×1018个原子/cm3。优选的，X1＝0.7；下限制层的厚度为1um；硅原子的掺杂浓度为1×1018个原子/cm3。
根据本发明优选的，所述波导层1为掺杂硅原子的Alx2Ga1-x2As材料，0.2≤X2≤0.5；波导层1的厚度为0.3-0.7um；硅原子的掺杂浓度为4×1016-1×1017个原子/cm3。优选的，X2＝0.4；波导层1的厚度为0.5um；硅原子的掺杂浓度为1×1017个原子/cm3。
根据本发明优选的，所述Iny1Ga1-y1As过渡层的厚度为5-10nm，0.02≤y1≤0.05。优选的，所述Iny1Ga1-y1As过渡层的厚度为7nm，y1＝0.04。
根据本发明优选的，所述GaAs过渡层1的厚度为40-60nm；优选为50nm。该层的作用是阻止掺杂原子向量子阱的扩散，导致量子阱效率降低；同时将应力在本层中进行释放。
根据本发明优选的，所述Iny2Ga1-y2As过渡层的厚度为5-10nm，0.08≤y2≤0.12。优选的，所述Iny2Ga1-y2As过渡层的厚度为7nm，y2＝0.10。
根据本发明优选的，所述GaAs过渡层2的厚度为40-60nm，优选为50nm。该层的作用是释放应力，起到逐步释放应力的效果，避免了应力集中在单层释放，导致生长质量下降的问题。
根据本发明优选的，所述Iny3Ga1-y3As量子阱的厚度为5-10nm，0.16≤y3≤0.18；优选的，所述Iny3Ga1-y3As量子阱的厚度为7nm，y3＝0.17。
根据本发明优选的，所述GaAs过渡层3的厚度为10-20nm，优选为15nm。该层为量子阱后的过渡层，由于应力释放基本完成，不需要太厚的过渡层进行应力释放，减少厚度可以降低非掺杂厚度，提高量子阱效率。
根据本发明优选的，所述Iny4Ga1-y4As过渡层的厚度为5-10nm，0.08≤y4≤0.12。优选的，所述Iny4Ga1-y4As过渡层的厚度为7nm，y4＝0.10。
根据本发明优选的，所述GaAs过渡层4的厚度为40-60nm，优选为50nm。该层的作用是阻止掺杂原子向量子阱的扩散，导致量子阱效率降低；
根据本发明优选的，所述Iny5Ga1-y5As过渡层的厚度为5-10nm，0.02≤y5≤0.05。优选的，所述Iny5Ga1-y5As过渡层的厚度为7nm，y5＝0.04。
根据本发明优选的，所述波导层2是掺杂碳原子的Alx3Ga1-x3As材料，0.2≤X3≤0.5；波导层2的厚度为0.3-0.7um；碳原子的掺杂浓度为4×1017-6×1017个原子/cm3。优选的，x3＝0.4，波导层2的厚度为0.5um；碳原子的掺杂浓度为5×1017个原子/cm3。波导层1采用Si掺杂，为了提供电子，波导层2采用C掺杂，为了提供空穴，波导层2掺杂实现电势梯度，提供足量的空穴，有利于电子和空穴在量子阱中的复合。
根据本发明优选的，所述上限制层为掺杂碳原子的Alx4Ga1-x4As材料，0.5≤X4≤0.8；上限制层的厚度为0.95um-1.5um；碳原子的掺杂浓度为1×1018-5×1018个原子/cm3。优选的，X4＝0.7；上限制层的厚度为1um；碳原子的掺杂浓度为3×1018个原子/cm3。下限制层采用Si掺杂，为了提供电子，上限制层采用C掺杂，为了提供空穴，上限制层掺杂实现电势梯度，提供足量的空穴，有利于电子和空穴在量子阱中的复合。
根据本发明优选的，所述表层为掺杂碳原子的GaAs材料；所述表层的厚度为100-300nm；碳原子的掺杂浓度为9×1018-5×1019个原子/cm3。优选的，所述表层的厚度为300nm；碳原子的掺杂浓度为5×1019个原子/cm3。掺杂碳原子实现电势梯度，提供足量的空穴，有利于电子和空穴在量子阱中的复合。
上述InGaAs高应变变温量子阱大功率激光器外延片的制备方法，包括步骤：
在MOCVD生长室内对衬底进行表面热处理，然后由下至上依次外延生长缓冲层、下限制层、波导层1、Iny1Ga1-y1As过渡层、GaAs过渡层1、Iny2Ga1-y2As过渡层、GaAs过渡层2、Iny3Ga1-y3As量子阱、GaAs过渡层3、Iny4Ga1-y4As过渡层、GaAs过渡层4、Iny5Ga1-y5As过渡层、波导层2、上限制层、表层。
根据本发明优选的，所述InGaAs高应变变温量子阱大功率激光器外延片的制备方法，包括步骤：
(1)将GaAs衬底放在MOCVD设备生长室内，H2环境下升温到740-780℃烘烤20-40分钟，再通入AsH3，烘烤15-25分钟，得到经热处理的GaAs衬底；对GaAs衬底进行高温热处理以去除衬底表面水氧，并为步骤(2)做准备；
(2)将温度降到720-750℃，通入TMGa和AsH3，在经热处理的GaAs衬底上生长GaAs缓冲层；
(3)将温度降到640-680℃，通入TMAl、TMGa和AsH3，在GaAs缓冲层上生长Alx1Ga1- x1As下限制层；
(4)保持温度在640-680℃，通入TMAl、TMGa和AsH3，在Alx1Ga1-x1As下限制层上生长Alx2Ga1-x2As波导层1；
(5)将温度降到600-620℃，通入TMGa、TMIn和AsH3，在Alx2Ga1-x2As波导层1上生长Iny1Ga1-y1As过渡层；
(6)保持温度在600-620℃，通入TMGa和AsH3，在Iny1Ga1-y1As过渡层上生长GaAs过渡层1；
(7)保持温度在600-620℃，通入TMGa、TMIn和AsH3，在GaAs过渡层1上生长Iny2Ga1-y2As过渡层；
(8)保持温度在600-620℃，通入TMGa和AsH3，在Iny2Ga1-y2As过渡层上生长GaAs过渡层2；
(9)升高温度至620-640℃，通入TMGa、TMIn和AsH3，在GaAs过渡层2上生长Iny3Ga1-y3As量子阱；
(10)降低温度至600-620℃，通入TMGa和AsH3，在Iny3Ga1-y3As量子阱上生长GaAs过渡层3；
(11)保持温度在600-620℃，通入TMGa、TMIn和AsH3，在GaAs过渡层3上生长Iny4Ga1-y4As过渡层；
(12)保持温度在600-620℃，通入TMGa和AsH3，在Iny4Ga1-y4As过渡层上生长GaAs过渡层4；
(13)保持温度在600-620℃，通入TMGa、TMIn和AsH3，在GaAs过渡层4上生长Iny5Ga1-y5As过渡层；
(14)升高温度至640-680℃，通入TMAl、TMGa和AsH3，在Iny5Ga1-y5As过渡层上生长Alx3Ga1-x3As波导层2；
(15)保持温度在640-680℃，通入TMAl、TMGa和AsH3，在Alx3Ga1-x3As波导层2上生长Alx4Ga1-x4As上限制层；
(16)将温度降至540-560℃，通入TMGa和AsH3，在Alx4Ga1-x4As上限制层上生长GaAs表层。
根据本发明优选的，步骤(1)中，H2环境下升温到780℃烘烤30分钟，再通入AsH3，烘烤20分钟。
根据本发明优选的，步骤(2)中，反应温度为730℃；掺杂源采用Si2H6。
根据本发明优选的，步骤(3)中，反应室温度为670℃；掺杂源采用Si2H6。
根据本发明优选的，步骤(4)中，反应温度为670℃；掺杂源采用Si2H6。
根据本发明优选的，步骤(5)中，反应温度为600℃。
根据本发明优选的，步骤(6)中，反应温度为600℃。
根据本发明优选的，步骤(7)中，反应温度为600℃。
根据本发明优选的，步骤(8)中，反应温度为600℃。
根据本发明优选的，步骤(9)中，反应温度为630℃。
根据本发明优选的，步骤(10)中，反应温度为600℃。
根据本发明优选的，步骤(11)中，反应温度为600℃。
根据本发明优选的，步骤(12)中，反应温度为600℃。
根据本发明优选的，步骤(13)中，反应温度为600℃。
根据本发明优选的，步骤(14)中，反应温度为670℃；掺杂源采用CBr4。
根据本发明优选的，步骤(15)中，反应温度为670℃；掺杂源采用CBr4。
根据本发明优选的，步骤(16)中，反应温度为550℃；掺杂源采用CBr4。
本发明的有益效果如下：
1、本发明激光器外延片结构通过在高应变InGaAs量子阱层前后生长多组In组分逐步增加的InGaAs应力过渡层，并用GaAs材料进行链接，可以有效的释放出高应变InGaAs量子阱产生的应力。本发明在高In组分的量子阱层和低In组分的应力过渡层之间增加薄层GaAs进行间隔，实现量子阱应变在GaAs界面处释放的效果；由于GaAs生长厚度较薄，应力释放有可能导致GaAs层生长质量下降，因此采用多组渐变的结构，逐步释放量子阱应力，为量子阱提供良好的生长环境。
2、本发明通过低温生长Iny1Ga1-y1As过渡层、GaAs过渡层1、Iny2Ga1-y2As过渡层、GaAs过渡层2、GaAs过渡层3、Iny4Ga1-y4As过渡层、GaAs过渡层4、Iny5Ga1-y5As过渡层，提高量子阱生长界面的质量，为量子阱生长提供一个良好的界面。同时，在生长量子阱时采用升温生长的方式，降低量子阱材料中杂质含量，提高内量子效率。本发明上述能够使量子阱形成稳定的二维生长，且大大降低了杂质含量，提高内量子效率，进而实现高质量InGaAs高应变量子阱外延材料的生长，从而实现了激光器的高功率，高效率，高可靠性输出。
附图说明
图1为实施例1制备的InGaAs高应变变温量子阱大功率激光器外延片结构图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明做进一步描述。
实施例中所用原料如无特殊说明均为常规原料，市购获得；所用方法如无特殊说明均为现有方法。
实施例1
一种InGaAs高应变变温量子阱大功率激光器外延片的制备方法，包括步骤：
(1)将GaAs衬底放在MOCVD设备生长室内，H2环境下升温到780℃烘烤30分钟，再通入AsH3，烘烤20分钟得到经热处理的GaAs衬底；对GaAs衬底进行高温热处理以去除衬底表面水氧，并为步骤(2)做准备；
(2)将温度降到730℃，通入TMGa和AsH3，在经热处理的GaAs衬底上生长厚度为300nm的GaAs缓冲层；掺杂源采用Si2H6，硅原子的掺杂浓度为2×1018个原子/cm3。
(3)将温度降到670℃，通入TMAl、TMGa和AsH3，在GaAs缓冲层上生长厚度为1um的Alx1Ga1-x1As下限制层，X1＝0.7；掺杂源采用Si2H6，硅原子的掺杂浓度为1×1018个原子/cm3；
(4)保持温度在670℃，通入TMAl、TMGa和AsH3，在Alx1Ga1-x1As下限制层上生长厚度为0.5um的Alx2Ga1-x2As波导层，X2＝0.4；掺杂源采用Si2H6，硅原子的掺杂浓度为1×1017个原子/cm3。
(5)将温度降到600℃，通入TMGa、TMIn和AsH3，在Alx2Ga1-x2As波导层上生长厚度为7nm的Iny1Ga1-y1As过渡层，其中y1＝0.04；
(6)保持温度在600℃，通入TMGa和AsH3，在Iny1Ga1-y1As过渡层上生长厚度为50nm的GaAs过渡层；
(7)保持温度在600℃，通入TMGa、TMIn和AsH3，在GaAs过渡层上生长厚度为7nm的Iny2Ga1-y2As过渡层，其中y2＝0.10；
(8)保持温度在600℃，通入TMGa和AsH3，在Iny2Ga1-y2As过渡层上生长厚度为50nm的GaAs过渡层；
(9)升高温度至630℃，通入TMGa、TMIn和AsH3，在GaAs过渡层上生长厚度为7nm的Iny3Ga1-y3As量子阱，其中y3＝0.17；
(10)降低温度至600℃，通入TMGa和AsH3，在Iny3Ga1-y3As量子阱上生长厚度为15nm的GaAs过渡层；
(11)保持温度在600℃，通入TMGa、TMIn和AsH3，在GaAs过渡层上生长厚度为7nm的Iny4Ga1-y4As过渡层，其中y4＝0.10。
(12)保持温度在600℃，通入TMGa和AsH3，在Iny4Ga1-y4As过渡层上生长厚度为50nm的GaAs过渡层；
(13)保持温度在600℃，通入TMGa、TMIn和AsH3，在GaAs过渡层上生长厚度为7nm的Iny5Ga1-y5As过渡层，其中y5＝0.04。
(14)升高温度至670℃，通入TMAl、TMGa和AsH3，在Iny5Ga1-y5As过渡层上生长厚度为0.5um的Alx3Ga1-x3As波导层，其中x3＝0.4；掺杂源采用CBr4，碳原子的掺杂浓度为5×1017个原子/cm3；
(15)保持温度在670℃，通入TMAl、TMGa和AsH3，在Alx3Ga1-x3As波导层上生长厚度为1um的Alx4Ga1-x4As上限制层，其中X4＝0.7；掺杂源采用CBr4，碳原子的掺杂浓度为3×1018个原子/cm3。
(16)将温度降至550℃，通入TMGa和AsH3，在Alx4Ga1-x4As上限制层上生长厚度为300nm的GaAs表层；掺杂源采用CBr4，碳原子的掺杂浓度为5×1019个原子/cm3。
实施例2
一种InGaAs高应变变温量子阱大功率激光器外延片的制备方法，如实施例1所述，所不同的是：
步骤(2)：GaAs缓冲层的厚度为100nm；硅原子的掺杂浓度为3×1018个原子/cm3。
步骤(3)：Alx1Ga1-x1As下限制层的厚度为1.5um，硅原子的掺杂浓度为2×1018个原子/cm3。
步骤(4)：Alx2Ga1-x2As波导层的厚度为0.7um，硅原子的掺杂浓度为9×1016个原子/cm3。
步骤(5)：Iny1Ga1-y1As过渡层的厚度为5nm；
步骤(6)：GaAs过渡层的厚度为40nm；
步骤(7)：Iny2Ga1-y2As过渡层的厚度为5nm；
步骤(8)：GaAs过渡层的厚度为40nm；
步骤(9)：Iny3Ga1-y3As量子阱的厚度为5nm；
步骤(10)：GaAs过渡层的厚度为10nm；
步骤(11)：Iny4Ga1-y4As过渡层的厚度为5nm；
步骤(12)：GaAs过渡层的厚度为40nm；
步骤(13)：Iny5Ga1-y5As过渡层的厚度为5nm；
步骤(14)：Alx3Ga1-x3As波导层的厚度为0.7um，碳原子的掺杂浓度为6×1017个原子/cm3；
步骤(15)：Alx4Ga1-x4As上限制层的厚度为1.5um，碳原子的掺杂浓度为5×1018个原子/cm3；
步骤(16)：GaAs表层的厚度为100nm，碳原子的掺杂浓度为2×1019个原子/cm3。
其它步骤和条件与实施例1一致。
实施例3
一种InGaAs高应变变温量子阱大功率激光器外延片的制备方法，如实施例1所述，所不同的是：
步骤(2)：GaAs缓冲层的厚度为200nm；硅原子的掺杂浓度为1×1018个原子/cm3。
步骤(3)：Alx1Ga1-x1As下限制层的厚度为0.95um，硅原子的掺杂浓度为9×1017个原子/cm3。
步骤(4)：Alx2Ga1-x2As波导层的厚度为0.3um，硅原子的掺杂浓度为4×1016个原子/cm3。
步骤(5)：Iny1Ga1-y1As过渡层的厚度为10nm；
步骤(6)：GaAs过渡层的厚度为60nm；
步骤(7)：Iny2Ga1-y2As过渡层的厚度为10nm；
步骤(8)：GaAs过渡层的厚度为60nm；
步骤(9)：Iny3Ga1-y3As量子阱的厚度为10nm；
步骤(10)：GaAs过渡层的厚度为20nm；
步骤(11)：Iny4Ga1-y4As过渡层的厚度为10nm；
步骤(12)：GaAs过渡层的厚度为60nm；
步骤(13)：Iny5Ga1-y5As过渡层的厚度为10nm；
步骤(14)：Alx3Ga1-x3As波导层的厚度为0.3um，碳原子的掺杂浓度为4×1017个原子/cm3；
步骤(15)：Alx4Ga1-x4As上限制层的厚度为0.95um，碳原子的掺杂浓度为1×1018个原子/cm3；
步骤(16)：GaAs表层的厚度为200nm，碳原子的掺杂浓度为9×1018个原子/cm3。
其它步骤和条件与实施例1一致。
实施例4
一种InGaAs高应变变温量子阱大功率激光器外延片的制备方法，如实施例1所述，所不同的是：
步骤(5)中，反应温度为620℃。
步骤(6)中，反应温度为620℃。
步骤(7)中，反应温度为620℃。
步骤(8)中，反应温度为620℃。
步骤(9)中，反应温度为640℃。
步骤(10)中，反应温度为620℃。
步骤(11)中，反应温度为620℃。
步骤(12)中，反应温度为620℃。
步骤(13)中，反应温度为620℃。
其它步骤和条件与实施例1一致。
对比例1
一种激光器外延片的制备方法，包括步骤：
(1)将GaAs衬底放在MOCVD设备生长室内，H2环境下升温到780℃烘烤30分钟，再通入AsH3，烘烤20分钟得到经热处理的GaAs衬底；对GaAs衬底进行高温热处理以去除衬底表面水氧，并为步骤(2)做准备；
(2)将温度降到730℃，通入TMGa和AsH3，在经热处理的GaAs衬底上生长厚度为300nm的GaAs缓冲层；掺杂源采用Si2H6，硅原子的掺杂浓度为2×1018个原子/cm3。
(3)将温度降到670℃，通入TMAl、TMGa和AsH3，在GaAs缓冲层上生长厚度为1um的Alx1Ga1-x1As下限制层，X1＝0.7；掺杂源采用Si2H6，硅原子的掺杂浓度为1×1018个原子/cm3；
(4)保持温度在670℃，通入TMAl、TMGa和AsH3，在Alx1Ga1-x1As下限制层上生长厚度为0.5um的Alx2Ga1-x2As波导层，X2＝0.4；掺杂源采用Si2H6，硅原子的掺杂浓度为1×1017个原子/cm3。
(5)升高温度至630℃，通入TMGa、TMIn和AsH3，在Alx2Ga1-x2As波导层上生长厚度为7nm的Iny3Ga1-y3As量子阱，其中y3＝0.17；
(6)升高温度至670℃，通入TMAl、TMGa和AsH3，在Iny3Ga1-y3As量子阱上生长厚度为0.5um的Alx3Ga1-x3As波导层，其中x3＝0.4；掺杂源采用CBr4，碳原子的掺杂浓度为5×1017个原子/cm3；
(7)保持温度在670℃，通入TMAl、TMGa和AsH3，在Alx3Ga1-x3As波导层上生长厚度为1um的Alx4Ga1-x4As上限制层，其中X4＝0.7；掺杂源采用CBr4，碳原子的掺杂浓度为3×1018个原子/cm3。
(8)将温度降至550℃，通入TMGa和AsH3，在Alx4Ga1-x4As上限制层上生长厚度为300nm的GaAs表层；掺杂源采用CBr4，碳原子的掺杂浓度为5×1019个原子/cm3。
试验例
将实施例1和对比例1制备的激光器外延片进行激光测试；
将激光器外延片应用于制备激光器芯片，所用激光器由激光器芯片、In焊料、Cu热沉和陶瓷散热器组成，将激光器芯片通过In焊料焊接到Cu热沉和陶瓷散热器上。采用巴条综合性能测试仪，在常温，测试电流20A下进行脉冲测试。
测试数据如下表1所示：
测试电流 输出功率 阈值电流 斜率效率
实施例1 20A 21W 2A 1.20W/A
对比例1 20A 18.5W 2.4A 1.13W/A
由表1可知，本发明激光器外延片使激光器具有更高的功率、效率。

Claims (9)

1.一种InGaAs高应变变温量子阱大功率激光器外延片,由下至上依次包括：衬底、缓冲层、下限制层、波导层1、Iny1Ga1-y1As过渡层、GaAs过渡层1、Iny2Ga1-y2As过渡层、GaAs过渡层2、Iny3Ga1-y3As量子阱、GaAs过渡层3、Iny4Ga1-y4As过渡层、GaAs过渡层4、Iny5Ga1-y5As过渡层、波导层2、上限制层、表层。
2.根据权利要求1所述InGaAs高应变变温量子阱大功率激光器外延片，其特征在于，包括以下条件中的一项或多项：
i、所述衬底为GaAs衬底；
ii、所述缓冲层为掺杂硅原子的GaAs材料；缓冲层的厚度为100-300nm；硅原子的掺杂浓度为1×1018-3×1018个原子/cm3；优选的，缓冲层的厚度为300nm；硅原子的掺杂浓度为2×1018个原子/cm3；
iii、所述下限制层为掺杂硅原子的Alx1Ga1-x1As材料，0.5≤X1≤0.8；下限制层的厚度为0.95um-1.5um；硅原子的掺杂浓度为9×1017-2×1018个原子/cm3；优选的，X1＝0.7；下限制层的厚度为1um；硅原子的掺杂浓度为1×1018个原子/cm3；
iv、所述波导层1为掺杂硅原子的Alx2Ga1-x2As材料，0.2≤X2≤0.5；波导层1的厚度为0.3-0.7um；硅原子的掺杂浓度为4×1016-1×1017个原子/cm3；优选的，X2＝0.4；波导层1的厚度为0.5um；硅原子的掺杂浓度为1×1017个原子/cm3。
3.根据权利要求1所述InGaAs高应变变温量子阱大功率激光器外延片，其特征在于，包括以下条件中的一项或多项：
i、所述Iny1Ga1-y1As过渡层的厚度为5-10nm，0.02≤y1≤0.05；优选的，所述Iny1Ga1-y1As过渡层的厚度为7nm，y1＝0.04；
ii、所述GaAs过渡层1的厚度为40-60nm；优选为50nm；
iii、所述Iny2Ga1-y2As过渡层的厚度为5-10nm，0.08≤y2≤0.12；优选的，所述Iny2Ga1- y2As过渡层的厚度为7nm，y2＝0.10；
iv、所述GaAs过渡层2的厚度为40-60nm，优选为50nm。
4.根据权利要求1所述InGaAs高应变变温量子阱大功率激光器外延片，其特征在于，所述Iny3Ga1-y3As量子阱的厚度为5-10nm，0.16≤y3≤0.18；优选的，所述Iny3Ga1-y3As量子阱的厚度为7nm，y3＝0.17。
5.根据权利要求1所述InGaAs高应变变温量子阱大功率激光器外延片，其特征在于，包括以下条件中的一项或多项：
i、所述GaAs过渡层3的厚度为10-20nm，优选为15nm；
ii、所述Iny4Ga1-y4As过渡层的厚度为5-10nm，0.08≤y4≤0.12；优选的，所述Iny4Ga1- y4As过渡层的厚度为7nm，y4＝0.10；
iii、所述GaAs过渡层4的厚度为40-60nm，优选为50nm；
iv、所述Iny5Ga1-y5As过渡层的厚度为5-10nm，0.02≤y5≤0.05；优选的，所述Iny5Ga1- y5As过渡层的厚度为7nm，y5＝0.04。
6.根据权利要求1所述InGaAs高应变变温量子阱大功率激光器外延片，其特征在于，包括以下条件中的一项或多项：
i、所述波导层2是掺杂碳原子的Alx3Ga1-x3As材料，0.2≤X3≤0.5；波导层2的厚度为0.3-0.7um；碳原子的掺杂浓度为4×1017-6×1017个原子/cm3；优选的，x3＝0.4，波导层2的厚度为0.5um；碳原子的掺杂浓度为5×1017个原子/cm3；
ii、所述上限制层为掺杂碳原子的Alx4Ga1-x4As材料，0.5≤X4≤0.8；上限制层的厚度为0.95um-1.5um；碳原子的掺杂浓度为1×1018-5×1018个原子/cm3；优选的，X4＝0.7；上限制层的厚度为1um；碳原子的掺杂浓度为3×1018个原子/cm3；
iii、所述表层为掺杂碳原子的GaAs材料；所述表层的厚度为100-300nm；碳原子的掺杂浓度为9×1018-5×1019个原子/cm3；优选的，所述表层的厚度为300nm；碳原子的掺杂浓度为5×1019个原子/cm3。
7.如权利要求1-6任意一项所述InGaAs高应变变温量子阱大功率激光器外延片的制备方法，包括步骤：
在MOCVD生长室内对衬底进行表面热处理，然后由下至上依次外延生长缓冲层、下限制层、波导层1、Iny1Ga1-y1As过渡层、GaAs过渡层1、Iny2Ga1-y2As过渡层、GaAs过渡层2、Iny3Ga1- y3As量子阱、GaAs过渡层3、Iny4Ga1-y4As过渡层、GaAs过渡层4、Iny5Ga1-y5As过渡层、波导层2、上限制层、表层。
8.根据权利要求7所述InGaAs高应变变温量子阱大功率激光器外延片的制备方法，包括步骤：
(1)将GaAs衬底放在MOCVD设备生长室内，H2环境下升温到740-780℃烘烤20-40分钟，再通入AsH3，烘烤15-25分钟，得到经热处理的GaAs衬底；
(2)将温度降到720-750℃，通入TMGa和AsH3，在经热处理的GaAs衬底上生长GaAs缓冲层；
(3)将温度降到640-680℃，通入TMAl、TMGa和AsH3，在GaAs缓冲层上生长Alx1Ga1-x1As下限制层；
(4)保持温度在640-680℃，通入TMAl、TMGa和AsH3，在Alx1Ga1-x1As下限制层上生长Alx2Ga1-x2As波导层1；
(5)将温度降到600-620℃，通入TMGa、TMIn和AsH3，在Alx2Ga1-x2As波导层1上生长Iny1Ga1-y1As过渡层；
(6)保持温度在600-620℃，通入TMGa和AsH3，在Iny1Ga1-y1As过渡层上生长GaAs过渡层1；
(7)保持温度在600-620℃，通入TMGa、TMIn和AsH3，在GaAs过渡层1上生长Iny2Ga1-y2As过渡层；
(8)保持温度在600-620℃，通入TMGa和AsH3，在Iny2Ga1-y2As过渡层上生长GaAs过渡层2；
(9)升高温度至620-640℃，通入TMGa、TMIn和AsH3，在GaAs过渡层2上生长Iny3Ga1-y3As量子阱；
(10)降低温度至600-620℃，通入TMGa和AsH3，在Iny3Ga1-y3As量子阱上生长GaAs过渡层3；
(11)保持温度在600-620℃，通入TMGa、TMIn和AsH3，在GaAs过渡层3上生长Iny4Ga1-y4As过渡层；
(12)保持温度在600-620℃，通入TMGa和AsH3，在Iny4Ga1-y4As过渡层上生长GaAs过渡层4；
(13)保持温度在600-620℃，通入TMGa、TMIn和AsH3，在GaAs过渡层4上生长Iny5Ga1-y5As过渡层；
(14)升高温度至640-680℃，通入TMAl、TMGa和AsH3，在Iny5Ga1-y5As过渡层上生长Alx3Ga1-x3As波导层2；
(15)保持温度在640-680℃，通入TMAl、TMGa和AsH3，在Alx3Ga1-x3As波导层2上生长Alx4Ga1-x4As上限制层；
(16)将温度降至540-560℃，通入TMGa和AsH3，在Alx4Ga1-x4As上限制层上生长GaAs表层。
9.根据权利要求8所述InGaAs高应变变温量子阱大功率激光器外延片的制备方法，其特征在于，包括以下条件中的一项或多项：
i、步骤(1)中，H2环境下升温到780℃烘烤30分钟，再通入AsH3，烘烤20分钟；
ii、步骤(2)中，反应温度为730℃；掺杂源采用Si2H6；
iii、步骤(3)中，反应室温度为670℃；掺杂源采用Si2H6；
iv、步骤(4)中，反应温度为670℃；掺杂源采用Si2H6；
v、步骤(5)中，反应温度为600℃；
vi、步骤(6)中，反应温度为600℃；
vii、步骤(7)中，反应温度为600℃；
viii、步骤(8)中，反应温度为600℃；
ix、步骤(9)中，反应温度为630℃；
x、步骤(10)中，反应温度为600℃；
xi、步骤(11)中，反应温度为600℃；
xii、步骤(12)中，反应温度为600℃；
xiii、步骤(13)中，反应温度为600℃；
xiv、步骤(14)中，反应温度为670℃；掺杂源采用CBr4；
xv、步骤(15)中，反应温度为670℃；掺杂源采用CBr4；
xvi、步骤(16)中，反应温度为550℃；掺杂源采用CBr4。
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