CN115706387A - 一种AlGaInP基横模半导体激光器及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种AlGaInP基横模半导体激光器及其制备方法。所述激光器由下至上依次包括：GaAs衬底、GaAs缓冲层、Ga_0.5In_0.5P下过渡层、Al_0.5In_0.5P下限制层、(Al_1‑x1Ga_x1)_y1In_1‑y1P渐变下波导层、Ga_1‑x2In_x2P第一量子阱、(Al_1‑x3Ga_x3)_y2In_1‑y2P垒层、Ga_1‑x4In_x4P第二量子阱、(Al_{1‑ x5}Ga_x5)_y3In_1‑y3P渐变上波导层、Al_0.5In_0.5P第一上限制层、Al_0.5In_0.5P第二上限制层、Ga_0.5In_0.5P上过渡层和GaAs帽层。本发明提供的AlGaInP基横模半导体激光器增大了Al_0.5In_0.5P第一上限制层的厚度，降低了Al_0.5In_0.5P第一上限制层的掺杂浓度，在实现减小横向折射率的差值，稳定基横模，提高kink功率的同时，避免了因增大Al_0.5In_0.5P第一上限制层厚度后电流扩散对电参数的影响。

Description

一种AlGaInP基横模半导体激光器及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种AlGaInP基横模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

与石英光纤相比，塑料光纤成本低、富有弹性，中心核线的半径大，容易接合及操作，广泛地使用在短程的光纤通信上。其中以PMMA为核心的塑胶光纤，在波长650nm左右有一最低损失窗，因此AlGaInP基650nm半导体激光器在光纤通信等领域有着广泛的应用前景。

单模半导体激光器稳定性、相干性和光束质量好，有利于提高光纤耦合效率，最适合为光纤传输提供光源，其中脊形半导体激光器工艺简单，通过改变脊型形状，从而改变非脊区材料的有效折射率，对侧向高阶模的限制较好，使基模更加集中在有源区中心位置，有利于实现基横模工作，但受脊形形貌、尺寸及腐蚀深度影响，容易产生高阶模激射，产生kink效应。

文献IEEE Journal of quantum electronics，Vol 41(6)，2005，Pg 828–832指出脊形宽度及剩余限制层厚度影响基模输出功率，脊宽小有助于提高基横模输出功率，剩余限制层厚度越大有效折射率差越小，同样有助于提高基横模输出功率，脊宽与剩余限制层厚度配合从而提高基横模输出功率。但是AlGaInP材料通常需要采用偏角衬底，抑制有序结构的形成，而偏角衬底湿法腐蚀后形成的脊形不对称，往往影响激光器的输出模式。

文献Japanese Journal of Applied Physics，Vol 43(4)，2004，Pg 1991–1995指出采用干法刻蚀取代传统的湿法刻蚀，脊条相对更为陡峭，可以避免衬底偏角导致湿法腐蚀后的脊形不对称，得到更小的串联电阻，减小产生的热，从而提高光电转换效率。但是并没有涉及脊宽对于基横模的影响。

中国专利文献CN101359806A公开了半导体激光器装置及其制造方法，利用窄化脊条宽度、同时脊宽渐变，调整脊区与非脊区的有效折射率差值，稳定基横模，提高热饱和效率，但关键在于宽度渐变脊条的设计，并没有结合剩余限制层厚度分析对于折射率差值的影响，使得基横模不稳定，存在kink功率低的问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种AlGaInP基横模半导体激光器及其制备方法。

本发明的技术方案如下：

一种AlGaInP基横模半导体激光器，由下至上依次包括：GaAs衬底、GaAs缓冲层、Ga_0.5In_0.5P下过渡层、Al_0.5In_0.5P下限制层、(Al_1-x1Ga_x1)_y1In_1-y1P渐变下波导层、Ga_1-x2In_x2P第一量子阱、(Al_1-x3Ga_x3)_y2In_1-y2P垒层、Ga_1-x4In_x4P第二量子阱、(Al_1-x5Ga_x5)_y3In_1-y3P渐变上波导层、Al_0.5In_0.5P第一上限制层、Al_0.5In_0.5P第二上限制层、Ga_0.5In_0.5P上过渡层和GaAs帽层。

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GaAs缓冲层为掺杂硅原子的GaAs材料，掺杂源为Si₂H₆，厚度为0.1-0.3μm，掺杂浓度为2×10¹⁸-5×10¹⁸个原子/cm³。优选的，所述缓冲层的厚度为0.2μm硅原子的掺杂浓度为2×10¹⁸个原子/cm³。

根据本发明优选的，所述Ga_0.5In_0.5P下过渡层掺杂了硅原子，掺杂源为Si₂H₆，厚度为0.1-0.3μm，掺杂浓度为2×10¹⁸-5×10¹⁸个原子/cm³。优选的，所述Ga_0.5In_0.5P下过渡层的厚度为0.2μm；掺杂浓度为4×10¹⁸个原子/cm³。

根据本发明优选的，所述Al_0.5In_0.5P下限制层为n型Al_0.5In_0.5P下限制层，掺杂了硅原子，掺杂源为Si₂H₆，厚度为0.7-1.5μm，掺杂浓度为7×10¹⁷-2×10¹⁸个原子/cm³。优选的，所述Al_0.5In_0.5P下限制层的厚度为1.2μm；掺杂浓度为1×10¹⁸个原子/cm³。

根据本发明优选的，所述(Al_1-x1Ga_x1)_y1In_1-y1P渐变下波导层的厚度为0.05-0.15μm，非故意掺杂，x1由0.05渐变至0.6，0.4≤y1≤0.6。优选的，所述(Al_1-x1Ga_x1)_y1In_1-y1P渐变下波导层的厚度为0.07μm，x1由0.05渐变至0.5，y1＝0.5。

根据本发明优选的，所述Ga_1-x2In_x2P第一量子阱的厚度为4-7nm，非故意掺杂，0.3≤x2≤0.5，受压应变。优选的，所述Ga_1-x2In_x2P第一量子阱的厚度为6nm，x2＝0.4。

根据本发明优选的，所述(Al_1-x3Ga_x3)_y2In_1-y2P垒层的厚度为5-15nm，非故意掺杂，0.3≤x3≤0.6，0.4≤y2≤0.6，受张应变。优选的，所述(Al_1-x3Ga_x3)_y2In_1-y2P垒层的厚度为8nm，x3＝0.35，y2＝0.47。

根据本发明优选的，所述Ga_1-x4In_x4P第二量子阱的厚度为4-7nm，非故意掺杂，0.3≤x4≤0.5，受压应变；优选的，所述Ga_1-x4In_x4P第二量子阱的厚度为6nm，x4＝0.4。

根据本发明优选的，所述(Al_1-x5Ga_x5)_y3In_1-y3P渐变上波导层的厚度为0.05-0.15μm，非故意掺杂，x5由0.05渐变至0.6，0.4≤y3≤0.6。优选的，所述(Al_1-x5Ga_x5)_y3In_1-y3P渐变上波导层的厚度为0.07μm，x5由0.5渐变至0.05，y3＝0.5。

根据本发明优选的，所述Al_0.5In_0.5P第一上限制层为P型Al_0.5In_0.5P第一上限制层，掺杂了镁原子或锌原子，掺杂源为Cp₂Mg或DEZn，厚度为0.2-0.5μm，掺杂浓度为2×10¹⁷-4×10¹⁷个原子/cm³。优选的，所述Al_0.5In_0.5P第一上限制层的厚度为0.3μm，掺杂源为Cp₂Mg，掺杂浓度为3×10¹⁷个原子/cm³。

根据本发明优选的，所述Al_0.5In_0.5P第二上限制层为P型Al_0.5In_0.5P第二上限制层，掺杂了镁原子或锌原子，掺杂源为Cp₂Mg或DEZn，厚度为0.4-0.8μm，掺杂浓度为2×10¹⁷-4×10¹⁷个原子/cm³。优选的，所述Al_0.5In_0.5P第二上限制层的厚度为0.5μm，掺杂源为Cp₂Mg，掺杂浓度为1×10¹⁸个原子/cm³。

根据本发明优选的，所述Ga_0.5In_0.5P上过渡层掺杂了镁原子或锌原子，掺杂源为Cp₂Mg或DEZn，厚度为20-40nm，掺杂浓度为1.2×10¹⁸-3×10¹⁸个原子/cm³。优选的，所述Ga_0.5In_0.5P上过渡层的厚度为24nm，掺杂源为Cp₂Mg，掺杂浓度为2×10¹⁸个原子/cm³。

根据本发明优选的，所述GaAs帽层为掺杂碳原子的GaAs材料，厚度为0.1-0.5μm，掺杂源为CBr₄，掺杂浓度为4×10¹⁹-1×10²⁰个原子/cm³。优选的，所述GaAs帽层的厚度为0.2μm，掺杂浓度为7×10¹⁹个原子/cm³。

上述AlGaInP基横模半导体激光器的制备方法，包括步骤如下：

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GaAs衬底、GaAs缓冲层、Ga_0.5In_0.5P下过渡层、Al_0.5In_0.5P下限制层、(Al_1-x1Ga_x1)_y1In_1-y1P渐变下波导层、Ga_1-x2In_x2P第一量子阱、(Al_1-x3Ga_x3)_y2In_1-y2P垒层、Ga_1-x4In_x4P第二量子阱、(Al_1-x5Ga_x5)_y3In_1-y3P渐变上波导层、Al_0.5In_0.5P第一上限制层、Al_0.5In_0.5P第二上限制层、Ga_0.5In_0.5P上过渡层和GaAs帽层，在GaAs帽层生长完成后，采用ICP干法刻蚀，从GaAs帽层向下刻蚀至Al_0.5In_0.5P第一上限制层，形成宽度为2-4μm的脊条，得到AlGaInP基横模半导体激光器。

根据本发明优选的，所述AlGaInP基横模半导体激光器的制备方法，包括步骤如下：

(1)将GaAs衬底放在MOCVD设备生长室内，H₂环境下升温到710-730℃烘烤20-40分钟，再通入AsH₃，烘烤20-40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670-690℃，降温速度不高于30℃/min，通入TMGa和AsH₃，在GaAs衬底上生长GaAs缓冲层；

(3)保持温度在670-690℃，通入TMGa、AsH₃和PH₃，在GaAs缓冲层上生长过程中，停止通入AsH₃和TMGa实现生长停顿，停顿时间为3s～30s，将反应腔室As原子耗尽；

(4)保持温度在670-690℃，继续通入TMGa、TMIn和PH₃，在GaAs缓冲层上生长Ga_0.5In_0.5P下过渡层；

(5)将温度升温至690-710℃，升温速度不高于60℃/min，通入TMAl、TMIn、TMGa和PH₃，在Ga_0.5In_0.5P下过渡层上生长n型Al_0.5In_0.5P下限制层；

(6)将温度降到640-660℃，通入TMAl、TMIn、TMGa和PH₃，在n型Al_0.5In_0.5P下限制层上生长(Al_1-x1Ga_x1)_y1In_1-y1P渐变下波导层；

(7)保持温度在640-660℃，继续通入TMIn、TMGa和PH₃，在(Al_1-x1Ga_x1)_y1In_1-y1P渐变下波导层上生长Ga_1-x2In_x2P第一量子阱；

(8)保持温度在640-660℃，通入TMAl、TMIn、TMGa和PH₃，在Ga_1-x2In_x2P第一量子阱上生长(Al_1-x3Ga_x3)_y2In_1-y2P垒层；

(9)保持温度在640-660℃，继续通入TMIn、TMGa和PH₃，在(Al_1-x3Ga_x3)_y2In_1-y2P垒层上生长Ga_1-x4In_x4P第二量子阱；

(10)将温度升温至690-710℃，继续通入TMAl、TMIn、TMGa和PH₃，在Ga_1-x4In_x4P第二量子阱上生长(Al_1-x5Ga_x5)_y3In_1-y3P渐变上波导层；

(11)保持温度在690-710℃，继续通入TMAl、TMIn和PH₃，在(Al_1-x5Ga_x5)_y3In_1-y3P渐变上波导层上生长P型Al_0.5In_0.5P第一上限制层；

(12)保持温度在690-710℃，继续通入TMAl、TMIn和PH₃，在P型Al_0.5In_0.5P第一上限制层上生长P型Al_0.5In_0.5P第二上限制层；

(13)将温度降到670-690℃，通入TMIn、TMGa和AsH₃，在P型Al_0.5In_0.5P第二上限制层上生长Ga_0.5In_0.5P上过渡层；

(14)将温度降到530-550℃，降温速度不超过40℃/min，继续通入TMGa和AsH₃，在Ga_0.5In_0.5P上过渡层上生长GaAs帽层；

(15)在GaAs帽层生长完成后，采用ICP干法刻蚀，从GaAs帽层向下刻蚀至P型Al_0.5In_0.5P第一上限制层，形成宽度为2-4μm的脊条，得到AlGaInP基横模半导体激光器。

根据本发明优选的，步骤(1)中，H₂环境下升温到720℃烘烤30分钟，再通入AsH₃，烘烤30分钟。

根据本发明优选的，步骤(2)中，反应温度为680℃。

根据本发明优选的，步骤(3)中，反应温度为680℃。

根据本发明优选的，步骤(4)中，反应温度为680℃。

根据本发明优选的，步骤(5)中，反应温度为700℃。

根据本发明优选的，步骤(6)中，反应温度为650℃。

根据本发明优选的，步骤(7)中，反应温度为650℃。

根据本发明优选的，步骤(8)中，反应温度为650℃。

根据本发明优选的，步骤(9)中，反应温度为650℃。

根据本发明优选的，步骤(10)中，反应温度为700℃。

根据本发明优选的，步骤(11)中，反应温度为700℃。

根据本发明优选的，步骤(12)中，反应温度为700℃。

根据本发明优选的，步骤(13)中，反应温度为680℃。

根据本发明优选的，步骤(14)中，反应温度为550℃。

本发明方法中使用的MOCVD设备、ICP刻蚀设备等均为现有技术。

本发明中TMGa、TMIn、TMAl、PH₃、AsH₃等均为MOCVD外延生长原材料，Si₂H₆、Cp₂Mg、CBr₄、DEZn等均为外延生长掺杂源，除帽层GaAs外，量子阱上层掺杂源为同一掺杂源。

本发明的有益效果如下：

1、本发明提供的AlGaInP基横模半导体激光器增大了Al_0.5In_0.5P第一上限制层的厚度，降低了P型Al_0.5In_0.5P第一上限制层的掺杂浓度，在实现减小横向折射率的差值，稳定基横模，提高kink功率的同时，避免了因增大Al_0.5In_0.5P第一上限制层厚度后电流扩散对电参数的影响。

2、本发明提供的AlGaInP基横模半导体激光器采用ICP干法刻蚀，刻蚀至第一上限制层，形成宽度为2-4μm的脊条，减小脊宽，提高基横模输出功率，同时减小阈值电流。并且采用干法刻蚀，有效地避免了湿法刻蚀导致的脊条非对称导致的不对称空间烧孔效应的影响。

3、本发明提供的AlGaInP基横模半导体激光器以Ga_1-x2In_x2P第一量子阱、(Al_{1- x3}Ga_x3)_y2In_1-y2P垒层和Ga_1-x4In_x4P第二量子阱组成超晶格多量子阱势垒结构，通过应变层交替生长，缓解应力影响，提高材料生长质量，降低内损耗，减小阈值电流，有助于抑制载流子溢出。并且采用应变GaInP量子阱，实现615-710nm激射波长。

附图说明

图1是本发明所述激光器的干法刻蚀脊条结构(b)与常规湿法刻蚀脊条结构(a)对比示意图。

图2是本发明所述激光器(b)与常规激光器(a)的典型PIV曲线。

其中：横坐标为工作电流0-40mA，纵坐标左侧为输出功率mW，右侧为工作电压V。

图3是本发明所述激光器(b)与常规激光器(a)的典型光斑图样。

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AlGaInP基横模半导体激光器的制备方法，包括步骤如下：

(1)将GaAs衬底放在MOCVD设备生长室内，H₂环境下升温到720℃烘烤30分钟，再通入AsH₃，烘烤30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680℃，降温速度不高于30℃/min，通入TMGa和AsH₃，在GaAs衬底上生长厚度为0.2μm的GaAs缓冲层；掺杂源采用Si₂H₆，掺杂浓度为2×10¹⁸个原子/cm³；

(3)保持温度在680℃，通入TMGa、AsH₃和PH₃，在GaAs缓冲层上生长过程中，停止通入AsH₃和TMGa实现生长停顿，停顿时间为3s～30s，将反应腔室As原子耗尽；

(4)保持温度在680℃，继续通入TMGa、TMIn和PH₃，在GaAs缓冲层上生长厚度为0.2μm的Ga_0.5In_0.5P下过渡层；掺杂源为Si₂H₆，掺杂浓度为4×10¹⁸个原子/cm³；

(5)将温度升温至700℃，升温速度不高于60℃/min，通入TMAl、TMIn、TMGa和PH₃，在Ga_0.5In_0.5P下过渡层上生长厚度为1.2μm的n型Al_0.5In_0.5P下限制层；掺杂源为Si₂H₆，掺杂浓度为1×10¹⁸个原子/cm³；

(6)将温度降到650℃，通入TMAl、TMIn、TMGa和PH₃，在n型Al_0.5In_0.5P下限制层上生长厚度为0.07μm的(Al_1-x1Ga_x1)_y1In_1-y1P渐变下波导层；非故意掺杂，x1由0.05渐变至0.5，y1＝0.5；

(7)保持温度在650℃，继续通入TMIn、TMGa和PH₃，在(Al_1-x1Ga_x1)_y1In_1-y1P渐变下波导层上生长厚度为6nm的Ga_1-x2In_x2P第一量子阱；非故意掺杂，x2＝0.4；

(8)保持温度在650℃，通入TMAl、TMIn、TMGa和PH₃，在Ga_1-x2In_x2P第一量子阱上生长厚度为8nm的(Al_1-x3Ga_x3)_y2In_1-y2P垒层；非故意掺杂，x3＝0.35，y2＝0.47；

(9)保持温度在650℃，继续通入TMIn、TMGa和PH₃，在(Al_1-x3Ga_x3)_y2In_1-y2P垒层上生长厚度为6nm的Ga_1-x4In_x4P第二量子阱；非故意掺杂，，x4＝0.4；步骤(7)～(9)组成超晶格多量子阱势垒结构；

(10)将温度升温至700℃，继续通入TMAl、TMIn、TMGa和PH₃，在Ga_1-x4In_x4P第二量子阱上生长厚度为0.07μm的(Al_1-x5Ga_x5)_y3In_1-y3P渐变上波导层；非故意掺杂，x5由0.5渐变至0.05，y3＝0.5；

(11)保持温度在700℃，继续通入TMAl、TMIn和PH₃，在(Al_1-x5Ga_x5)_y3In_1-y3P渐变上波导层上生长厚度为0.3μm的P型Al_0.5In_0.5P第一上限制层；掺杂源为Cp₂Mg，掺杂浓度为3×10¹⁷个原子/cm³；

(12)保持温度在700℃，继续通入TMAl、TMIn和PH₃，在P型Al_0.5In_0.5P第一上限制层上生长厚度为0.5μm的P型Al_0.5In_0.5P第二上限制层；掺杂源为Cp₂Mg，掺杂浓度为1×10¹⁸个原子/cm³；

(13)将温度降到680℃，通入TMIn、TMGa和AsH₃，在P型Al_0.5In_0.5P第二上限制层上生长厚度为24nm的Ga_0.5In_0.5P上过渡层；掺杂源为Cp₂Mg，掺杂浓度为2×10¹⁸-个原子/cm³；

(14)将温度降到540℃，降温速度不超过40℃/min，继续通入TMGa和AsH₃，在Ga_0.5In_0.5P上过渡层上生长厚度为0.2μm的GaAs帽层；掺杂源为CBr₄，掺杂浓度为7×10¹⁹个原子/cm³；

(15)在GaAs帽层生长完成后，采用ICP干法刻蚀，从GaAs帽层向下刻蚀至P型Al_0.5In_0.5P第一上限制层，形成宽度为3μm的脊条，得到AlGaInP基横模半导体激光器。

实施例2

一种AlGaInP基横模半导体激光器的制备方法，如实施例1所述，所不同的是：

步骤(2)：GaAs缓冲层的厚度为0.1μm；硅原子的掺杂浓度为3×10¹⁸个原子/cm³。

步骤(4)：Ga_0.5In_0.5P下过渡层的厚度为0.1μm，掺杂浓度为2×10¹⁸个原子/cm³

步骤(5)：Al_0.5In_0.5P下限制层的厚度为0.7μm，掺杂浓度为7×10¹⁷个原子/cm³。

步骤(6)：(Al_1-x1Ga_x1)_y1In_1-y1P渐变下波导层的厚度为0.05μm，x1由0.05渐变至0.6，y1＝0.4。

步骤(7)：Ga_1-x2In_x2P第一量子阱的厚度为4nm，x2＝0.3。

步骤(8)：(Al_1-x3Ga_x3)_y2In_1-y2P垒层的厚度为5nm，x3＝0.3，y2＝0.4。

步骤(9)：Ga_1-x4In_x4P第二量子阱的厚度为4nm，x4＝0.3。

步骤(10)：(Al_1-x5Ga_x5)_y3In_1-y3P渐变上波导层的厚度为0.05μm，x5由0.05渐变至0.6，y3＝0.4。

步骤(11)：Al_0.5In_0.5P第一上限制层的厚度为0.2μm，掺杂源为DEZn，掺杂浓度为2×10¹⁷个原子/cm³。

步骤(12)：Al_0.5In_0.5P第二上限制层的厚度为0.4μm，掺杂源为DEZn，掺杂浓度为2×10¹⁷个原子/cm³。

步骤(13)：Ga_0.5In_0.5P上过渡层的厚度为20nm，掺杂源为DEZn，1.2×10¹⁸个原子/cm³。

步骤(14)：GaAs帽层的厚度为0.1μm，4×10¹⁹个原子/cm³。

步骤(15)：脊条宽度为2μm。

其它步骤和条件与实施例1一致。

实施例3

一种AlGaInP基横模半导体激光器的制备方法，如实施例1所述，所不同的是：

步骤(2)：GaAs缓冲层的厚度为0.3μm；硅原子的掺杂浓度为5×10¹⁸个原子/cm³。

步骤(4)：Ga_0.5In_0.5P下过渡层的厚度为0.3μm，掺杂浓度为5×10¹⁸个原子/cm³

步骤(5)：Al_0.5In_0.5P下限制层的厚度为1.5μm，掺杂浓度为2×10¹⁸个原子/cm³。

步骤(6)：(Al_1-x1Ga_x1)_y1In_1-y1P渐变下波导层的厚度为0.15μm，x1由0.1渐变至0.5，y1＝0.6。

步骤(7)：Ga_1-x2In_x2P第一量子阱的厚度为7nm，x2＝0.5。

步骤(8)：(Al_1-x3Ga_x3)_y2In_1-y2P垒层的厚度为15nm，x3＝0.6，y2＝0.6。

步骤(9)：Ga_1-x4In_x4P第二量子阱的厚度为7nm，x4＝0.5。

步骤(10)：(Al_1-x5Ga_x5)_y3In_1-y3P渐变上波导层的厚度为0.15μm，x5由0.1渐变至0.5，y3＝0.6。

步骤(11)：Al_0.5In_0.5P第一上限制层的厚度为0.5μm，掺杂浓度为4×10¹⁷个原子/cm³。

步骤(12)：Al_0.5In_0.5P第二上限制层的厚度为0.8μm，掺杂浓度为4×10¹⁷个原子/cm³。

步骤(13)：Ga_0.5In_0.5P上过渡层的厚度为40nm，3×10¹⁸个原子/cm³。

步骤(14)：GaAs帽层的厚度为0.5μm，1×10²⁰个原子/cm³。

步骤(15)：脊条宽度为2μm。

其它步骤和条件与实施例1一致。

实施例4

一种AlGaInP基横模半导体激光器的制备方法，如实施例1所述，所不同的是：

步骤(5)中，反应温度为690℃。

步骤(6)中，反应温度为640℃。

步骤(7)中，反应温度为640℃。

步骤(8)中，反应温度为640℃。

步骤(9)中，反应温度为640℃。

步骤(10)中，反应温度为690℃。

步骤(11)中，反应温度为690℃。

步骤(12)中，反应温度为690℃。

步骤(13)中，反应温度为670℃。

步骤(14)中，反应温度为530℃。

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，如实施例1所述，所不同的是：

在所述Al_0.5In_0.5P第一上限制层和Al_0.5In_0.5P第二上限制层之间设置P型Ga_{1- x6}In_x6P腐蚀终止层，掺杂了镁原子，掺杂源为Cp₂Mg，厚度为10nm，掺杂浓度为1.5×10¹⁸个原子/cm³，x6＝0.47。

最后一步采用湿法刻蚀，从GaAs帽层向下刻蚀至P型Ga_1-x6In_x6P腐蚀终止层，由于Ga_1-x6In_x6P腐蚀终止层的腐蚀特性不同，达到腐蚀终止的目的。

实施例1和对比例1的脊条结构示意图如图1所示。

由图1可知，本发明实施例1利用ICP干法刻蚀，与对比例1中的湿法刻蚀相比，脊条陡峭度好，且脊条宽度较小，有利于提高基横模输出功率，提高kink功率。

试验例

将实施例1和常规激光器进行PIV特性曲线测试，测试结果如图2所示。

由图2可知，常规激光器kink功率较低(虚线箭头处)，而本发明实施例1在40mA内未出现kink现象，因此本发明实施例1结合干法刻蚀、窄脊、增大Al_0.5In_0.5P第一上限制层厚度，有效地提高了基横模输出功率，同时降低调整Al_0.5In_0.5P第一上限制层的掺杂浓度，结合窄脊，阈值电流未见明显增大。

将实施例1和常规激光器进行光斑测试，测试结果如图3所示。

由图3可知，常规激光器光斑非对称，一侧侧凸，为典型kink导致的光斑形状变化，而本发明实施例1激光器的光斑对称、形貌较好，说明未发生kink，基横模输出功率提高。

Claims (10)

1.一种AlGaInP基横模半导体激光器，其特征在于，由下至上依次包括：GaAs衬底、GaAs缓冲层、Ga_0.5In_0.5P下过渡层、Al_0.5In_0.5P下限制层、(Al_1-x1Ga_x1)_y1In_1-y1P渐变下波导层、Ga_1-x2In_x2P第一量子阱、(Al_1-x3Ga_x3)_y2In_1-y2P垒层、Ga_1-x4In_x4P第二量子阱、(Al_1-x5Ga_x5)_y3In_1-y3P渐变上波导层、Al_0.5In_0.5P第一上限制层、Al_0.5In_0.5P第二上限制层、Ga_0.5In_0.5P上过渡层和GaAs帽层。

2.如权利要求1所述的AlGaInP基横模半导体激光器，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GaAs缓冲层为掺杂硅原子的GaAs材料，掺杂源为Si₂H₆，厚度为0.1-0.3μm，掺杂浓度为2×10¹⁸-5×10¹⁸个原子/cm³；

iii、所述Ga_0.5In_0.5P下过渡层掺杂了硅原子，掺杂源为Si₂H₆，厚度为0.1-0.3μm，掺杂浓度为2×10¹⁸-5×10¹⁸个原子/cm³；

iv、所述Al_0.5In_0.5P下限制层为n型Al_0.5In_0.5P下限制层，掺杂了硅原子，掺杂源为Si₂H₆，厚度为0.7-1.5μm，掺杂浓度为7×10¹⁷-2×10¹⁸个原子/cm³；

v、所述(Al_1-x1Ga_x1)_y1In_1-y1P渐变下波导层的厚度为0.05-0.15μm，非故意掺杂，x1由0.05渐变至0.6，0.4≤y1≤0.6。

3.如权利要求2所述的AlGaInP基横模半导体激光器，其特征在于，包括以下条件中的一项或多项：

i、所述缓冲层的厚度为0.2μm硅原子的掺杂浓度为2×10¹⁸个原子/cm³；

ii、所述Ga_0.5In_0.5P下过渡层的厚度为0.2μm；掺杂浓度为4×10¹⁸个原子/cm³；

iii、所述Al_0.5In_0.5P下限制层的厚度为1.2μm；掺杂浓度为1×10¹⁸个原子/cm³；

iv、所述(Al_1-x1Ga_x1)_y1In_1-y1P渐变下波导层的厚度为0.07μm，x1由0.05渐变至0.5，y1＝0.5。

4.如权利要求1所述的AlGaInP基横模半导体激光器，其特征在于，包括以下条件中的一项或多项：

i、所述Ga_1-x2In_x2P第一量子阱的厚度为4-7nm，非故意掺杂，0.3≤x2≤0.5；

ii、所述(Al_1-x3Ga_x3)_y2In_1-y2P垒层的厚度为5-15nm，非故意掺杂，0.3≤x3≤0.6，0.4≤y2≤0.6；

iii、所述Ga_1-x4In_x4P第二量子阱的厚度为4-7nm，非故意掺杂，0.3≤x4≤0.5；

iv、所述(Al_1-x5Ga_x5)_y3In_1-y3P渐变上波导层的厚度为0.05-0.15μm，非故意掺杂，x5由0.05渐变至0.6，0.4≤y3≤0.6；

v、所述Al_0.5In_0.5P第一上限制层为P型Al_0.5In_0.5P第一上限制层，掺杂了镁原子或锌原子，掺杂源为Cp₂Mg或DEZn，厚度为0.2-0.5μm，掺杂浓度为2×10¹⁷-4×10¹⁷个原子/cm³。

5.如权利要求4所述的AlGaInP基横模半导体激光器，其特征在于，包括以下条件中的一项或多项：

i、所述Ga_1-x2In_x2P第一量子阱的厚度为6nm，x2＝0.4；

ii、所述(Al_1-x3Ga_x3)_y2In_1-y2P垒层的厚度为8nm，x3＝0.35，y2＝0.47；

iii、所述Ga_1-x4In_x4P第二量子阱的厚度为6nm，x4＝0.4；

iv、所述(Al_1-x5Ga_x5)_y3In_1-y3P渐变上波导层的厚度为0.07μm，x5由0.5渐变至0.05，y3＝0.5；

v、所述Al_0.5In_0.5P第一上限制层的厚度为0.3μm，掺杂源为Cp₂Mg，掺杂浓度为3×10¹⁷个原子/cm³。

6.如权利要求1所述的AlGaInP基横模半导体激光器，其特征在于，包括以下条件中的一项或多项：

i、所述Al_0.5In_0.5P第二上限制层为P型Al_0.5In_0.5P第二上限制层，掺杂了镁原子或锌原子，掺杂源为Cp₂Mg或DEZn，厚度为0.4-0.8μm，掺杂浓度为2×10¹⁷-4×10¹⁷个原子/cm³；

ii、所述Ga_0.5In_0.5P上过渡层掺杂了镁原子或锌原子，掺杂源为Cp₂Mg或DEZn，厚度为20-40nm，掺杂浓度为1.2×10¹⁸-3×10¹⁸个原子/cm³；

iii、所述GaAs帽层为掺杂碳原子的GaAs材料，厚度为0.1-0.5μm，掺杂源为CBr₄，掺杂浓度为4×10¹⁹-1×10²⁰个原子/cm³。

7.如权利要求6所述AlGaInP基横模半导体激光器，其特征在于，包括以下条件中的一项或多项：

i、所述Al_0.5In_0.5P第二上限制层的厚度为0.5μm，掺杂浓度为1×10¹⁸个原子/cm³；

ii、所述Ga_0.5In_0.5P上过渡层的厚度为24nm，掺杂源为Cp₂Mg，掺杂浓度为2×10¹⁸个原子/cm³；

iii、所述GaAs帽层的厚度为0.2μm，掺杂浓度为7×10¹⁹个原子/cm³。

8.如权利要求1-7任意一项所述AlGaInP基横模半导体激光器的制备方法，包括步骤如下：

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GaAs衬底、GaAs缓冲层、Ga_0.5In_0.5P下过渡层、Al_0.5In_0.5P下限制层、(Al_1-x1Ga_x1)_y1In_1-y1P渐变下波导层、Ga_1-x2In_x2P第一量子阱、(Al_1-x3Ga_x3)_y2In_1-y2P垒层、Ga_1-x4In_x4P第二量子阱、(Al_1-x5Ga_x5)_y3In_1-y3P渐变上波导层、Al_0.5In_0.5P第一上限制层、Al_0.5In_0.5P第二上限制层、Ga_0.5In_0.5P上过渡层和GaAs帽层，在GaAs帽层生长完成后，采用ICP干法刻蚀，从GaAs帽层向下刻蚀至Al_0.5In_0.5P第一上限制层，形成宽度为2-4μm的脊条，得到AlGaInP基横模半导体激光器。

9.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，包括步骤如下：

(1)将GaAs衬底放在MOCVD设备生长室内，H₂环境下升温到710-730℃烘烤20-40分钟，再通入AsH₃，烘烤20-40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670-690℃，降温速度不高于30℃/min，通入TMGa和AsH₃，在GaAs衬底上生长GaAs缓冲层；

(3)保持温度在670-690℃，通入TMGa、AsH₃和PH₃，在GaAs缓冲层上生长过程中，停止通入AsH₃和TMGa实现生长停顿，停顿时间为3s～30s，将反应腔室As原子耗尽；

(4)保持温度在670-690℃，继续通入TMGa、TMIn和PH₃，在GaAs缓冲层上生长Ga_0.5In_0.5P下过渡层；

(5)将温度升温至690-710℃，升温速度不高于60℃/min，通入TMAl、TMIn、TMGa和PH₃，在Ga_0.5In_0.5P下过渡层上生长n型Al_0.5In_0.5P下限制层；

(6)将温度降到640-660℃，通入TMAl、TMIn、TMGa和PH₃，在n型Al_0.5In_0.5P下限制层上生长(Al_1-x1Ga_x1)_y1In_1-y1P渐变下波导层；

(7)保持温度在640-660℃，继续通入TMIn、TMGa和PH₃，在(Al_1-x1Ga_x1)_y1In_1-y1P渐变下波导层上生长Ga_1-x2In_x2P第一量子阱；

(8)保持温度在640-660℃，通入TMAl、TMIn、TMGa和PH₃，在Ga_1-x2In_x2P第一量子阱上生长(Al_1-x3Ga_x3)_y2In_1-y2P垒层；

(9)保持温度在640-660℃，继续通入TMIn、TMGa和PH₃，在(Al_1-x3Ga_x3)_y2In_1-y2P垒层上生长Ga_1-x4In_x4P第二量子阱；

(10)将温度升温至690-710℃，继续通入TMAl、TMIn、TMGa和PH₃，在Ga_1-x4In_x4P第二量子阱上生长(Al_1-x5Ga_x5)_y3In_1-y3P渐变上波导层；

(11)保持温度在690-710℃，继续通入TMAl、TMIn和PH₃，在(Al_1-x5Ga_x5)_y3In_1-y3P渐变上波导层上生长P型Al_0.5In_0.5P第一上限制层；

(12)保持温度在690-710℃，继续通入TMAl、TMIn和PH₃，在P型Al_0.5In_0.5P第一上限制层上生长P型Al_0.5In_0.5P第二上限制层；

(13)将温度降到670-690℃，通入TMIn、TMGa和AsH₃，在P型Al_0.5In_0.5P第二上限制层上生长Ga_0.5In_0.5P上过渡层；

(14)将温度降到530-550℃，降温速度不超过40℃/min，继续通入TMGa和AsH₃，在Ga_0.5In_0.5P上过渡层上生长GaAs帽层；

(15)在GaAs帽层生长完成后，采用ICP干法刻蚀，从GaAs帽层向下刻蚀至P型Al_0.5In_0.5P第一上限制层，形成宽度为2-4μm的脊条，得到AlGaInP基横模半导体激光器。

10.如权利要求9所述的制备方法，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720℃烘烤30分钟，再通入AsH₃，烘烤30分钟；

ii、步骤(2)中，反应温度为680℃；

iii、步骤(3)中，反应温度为680℃；

iv、步骤(4)中，反应温度为680℃；

v、步骤(5)中，反应温度为700℃；

vi、步骤(6)中，反应温度为650℃；

vii、步骤(7)中，反应温度为650℃；

viii、步骤(8)中，反应温度为650℃；

ix、步骤(9)中，反应温度为650℃；

x、步骤(10)中，反应温度为700℃；

xi、步骤(11)中，反应温度为700℃；

xii、步骤(12)中，反应温度为700℃；

xiii、步骤(13)中，反应温度为680℃；

xiv、步骤(14)中，反应温度为550℃。

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