CN1917313A - 大功率980nm量子阱半导体激光器半无铝结构 - Google Patents

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Abstract

一种大功率980nm量子阱半导体激光器半无铝结构，其特征在于，包括：一衬底，该衬底用于在其上进行激光器各层材料外延生长；一缓冲层，该缓冲层制作在衬底上，为N－镓砷材料；一N型下限制层，该N型下限制层制作在缓冲层上；一下波导层，该下波导层制作在下限制层上；一量子阱层，该量子阱层制作在下波导层上；一上波导层，该上波导层制作在量子阱层上；一P型上限制层，该P型上限制层制作在上波导层上；一过渡层，该过渡层制作在P型上限制层上；一电极接触层，该电极接触层制作在过渡层上，形成量子阱半导体激光器半无铝结构。

Description

大功率980nm量子阱半导体激光器半无铝结构
技术领域
本发明涉及一种大功率980nm量子阱半导体激光器半无铝结构。
背景技术
大功率980nm量子阱半导体激光器在泵浦固体激光器和光纤激光器领域、医疗领域和通讯信息领域有着非常广泛的应用和市场需求。它主要用作固体激光器的高效泵浦光源，激光医疗器械，掺铒光纤放大器泵浦光源和超高速超大容量全光通信网络光源和放大器泵浦光源。随着对激光器功率的要求越来越高，器件可靠性问题越来越突出。对980nm大功率半导体激光器而言，高输出光功率密度引起的腔面光学灾变损伤、载流子漏电流和各种载流子复合热效应引起的温升是限制其可靠性和寿命的主要因素。
为了解决上述问题，通常的设计方案是采用全无铝宽波导结构。一般现有结构是以InGaAs作量子阱，InGaAsP作波导层和GaInP作限制层的量子阱半导体激光器全无铝结构。虽然这种无铝波导结构具有高腔面光学灾变功率密度、热导率和电导率，且不易氧化，有利于提高器件功率和可靠性，但是由于量子阱层与上波导层和上限制层的导带带阶较小，对载流子限制能力较弱，特别容易造成导带电子向上限制层的泄漏，形成较大的电子漏电流，从而导致阈值电流密度增加，外量子效率下降，高温特性变差。另外，就现有外延工艺水平来说，由于InGaAsP和GaInP材料外延生长比AlGaAs材料困难，不容易得到高质量波导层和限制层材料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种大功率980nm量子阱半导体激光器半无铝结构，它能够增加量子阱层与上波导层和上限制层的导带带阶，提高有源区对电子的限制能力，有效限制电子从有源区向限制层的泄漏，从而降低阈值电流密度，提高激光器的温度特性。另外，容易得到高质量的上波导层和上限制层材料。
为了实现上述目的，本发明提出了一种大功率980nm量子阱半导体激光器半无铝结构，其特征在于，包括：
一衬底，该衬底用于在其上进行激光器各层材料外延生长；
一缓冲层，该缓冲层制作在衬底上，为N-镓砷材料；
一N型下限制层，该N型下限制层制作在缓冲层上；
一下波导层，该下波导层制作在下限制层上；
一量子阱层，该量子阱层制作在下波导层上；
一上波导层，该上波导层制作在量子阱层上；
一P型上限制层，该P型上限制层制作在上波导层上；
一过渡层，该过渡层制作在P型上限制层上；
一电极接触层，该电极接触层制作在过渡层上，形成量子阱半导体激光器半无铝结构。
其中衬底是(100)面的N型镓砷材料。
其中缓冲层为N-镓砷材料。
其中下波导层为铟镓砷磷材料。
其中量子阱层为铟镓砷材料；上波导层为铝镓砷材料；上限制层为P-铝镓砷材料；该子阱层与上波导层和上限制层能够形成较大的导带带阶，有效阻碍导带电子向上限制层的扩散和漂移，减小器件的漏电流，从而降低阈值电流密度，改善激光器的高温特性。
其中上波导层和上限制层为容易得到高质量的外延材料，从而提高激光器外延片的成品率。
其中过渡层为P-镓砷材料。
其中电极接触层为P-镓砷材料。
本发明的大功率980nm量子阱半导体激光器半无铝结构，以无铝的GaInP作下限制层，InGaAsP作下波导层，InGaAs作应变量子阱有源区，低铝组分的AlGaAs作上波导层，高铝组分的AlGaAs作上限制层。这样，量子阱与上波导层和上限制层形成的InGaAs/AlGaAs异质结具有较大的导带带阶，有效阻碍导带电子向上限制层的扩散和漂移，从而减小器件的漏电流，降低阈值电流密度，改善激光器的高温特性。另外，由于AlGaAs材料的现有外延技术比InGaAsP和GaInP材料成熟，容易得到高质量的AlGaAs上波导层和上限制层。
本发明所涉及的大功率980nm量子阱半导体激光器半无铝结构能够有效抑制电子从有源区向限制层的泄漏，容易采用现有的外延设备制备，从而改善激光器高温特性和外延片的成品率。
附图说明
以下通过结合附图对具有实施例的详细描述，进一步说明本发明的结构、特点以及技术上的改进，其中：
图1足根据本发明提出的大功率980nm量子阱半导体激光器半无铝结构的剖面图。
具体实施方式
下面结合图1详细说明依据本发明具体实施例大功率980nm量子阱半导体激光器半无铝结构的结构细节。
参阅图1，本实施例的大功率980nm量子阱半导体激光器半无铝结构包括：
一衬底1，该衬底用于在其上进行激光器各层材料外延生长，衬底是(100)面的N型镓砷，这样能够有利于电子的注入，减小衬底材料的串联电阻；
一缓冲层2，该缓冲层制作在衬底1上，为N型镓砷材料，厚度为0.2微米，其目的是减小衬底与其它各层的应力，形成高质量的外延表面，消除衬底的缺陷向其它各层的传播，以利于器件其它各层材料的生长；
一N型下限制层3，该N型下限制层制作在缓冲层2上，厚度为0.8微米，为高掺杂的N型镓铟磷(Ga0.5In0.5P)材料，其目的是限制光场横模向缓冲层2和衬底1的扩展，以减小光的损耗，同时也限制载流子的扩散，减小空穴漏电流，以降低器件的阈值电流，提高效率；
一下波导层4，该下波导层制作在下限制层3上，为轻掺杂的N型铟镓砷磷(带隙为1.62电子伏特)材料，厚度为0.5微米，其目的是加强对光场的限制，减小光束的远场发散角，提高器件光束质量，采用轻掺杂是为了减少该层对光的吸收损耗；
一量子阱层5，该量子阱层制作在下波导层4上，为非掺杂的铟镓砷(In0.2Ga0.8As)材料，厚度为10纳米，其作用是作为激光器的有源区，提供足够的光增益，并决定器件的激射波长以及器件的使用寿命；
一上波导层6，该上波导层制作在量子阱层5上，为轻掺杂的P型铝镓砷(Al0.2Ga0.8As)材料，厚度为0.5微米，其优点在于该层为铝镓砷材料，容易得到高质量的外延材料，该层的作用是加强对光场的限制，减小光束的远场发散角，提高器件光束质量，采用轻掺杂是为了减少该层对光的吸收损耗；
一P型上限制层7，该P型上限制层制作在上波导层6上，为高掺杂的P型铝镓砷(Al0.4Ga0.6As)材料，厚度为0.8微米，其优点在于量子阱层5与上波导层6和上限制层7能够形成较大的导带带阶，能够有效阻碍导带电子向上限制层7的扩散和漂移，从而限制电子向该上限制层7的扩散，减小电子漏电流，以降低器件的阈值电流，提高注入效率，而且该层为铝镓砷材料，容易得到高质量的外延材料，同时也限制光场横模向该上限制层7的扩展，减小光的损耗；
一过渡层8，该过渡层制作在P型上限制层7上，为高掺杂的P型镓砷材料，厚度为0.02微米，其目的是减小上限制层7与电极接触层9的应力，实现从上限制层7向电极接触层9的过渡；
一电极接触层9，该电极接触层制作在过渡层8上，为重掺杂的P型镓砷材料，厚度为0.2微米，其目的是实现良好的欧姆接触，采用重掺杂是为了减小串联电阻，提高器件的转化效率和输出功率。

Claims (8)

1、一种大功率980nm量子阱半导体激光器半无铝结构，其特征在于，包括：
一衬底，该衬底用于在其上进行激光器各层材料外延生长；
一缓冲层，该缓冲层制作在衬底上，为N-镓砷材料；
一N型下限制层，该N型下限制层制作在缓冲层上；
一下波导层，该下波导层制作在下限制层上；
一量子阱层，该量子阱层制作在下波导层上；
一上波导层，该上波导层制作在量子阱层上；
一P型上限制层，该P型上限制层制作在上波导层上；
一过渡层，该过渡层制作在P型上限制层上；
一电极接触层，该电极接触层制作在过渡层上，形成量子阱半导体激光器半无铝结构。
2、根据权利要求1所述的大功率980nm量子阱半导体激光器半无铝结构，其特征在于，其中衬底是(100)面的N型镓砷材料。
3、根据权利要求1所述的大功率980nm量子阱半导体激光器半无铝结构，其特征在于，其中缓冲层为N-镓砷材料。
4、根据权利要求1所述的大功率980nm量子阱半导体激光器半无铝结构，其特征在于，其中下波导层为铟镓砷磷材料。
5、根据权利要求1所述的大功率980nm量子阱半导体激光器半无铝结构，其特征在于，其中量子阱层为铟镓砷材料；上波导层为铝镓砷材料；上限制层为P-铝镓砷材料；该子阱层与上波导层和上限制层能够形成较大的导带带阶，有效阻碍导带电子向上限制层的扩散和漂移，减小器件的漏电流，从而降低阈值电流密度，改善激光器的高温特性。
6、根据权利要求5所述的大功率980nm量子阱半导体激光器半无铝结构，其特征在于，其中上波导层和上限制层为容易得到高质量的外延材料，从而提高激光器外延片的成品率。
7、根据权利要求1所述的大功率980nm量子阱半导体激光器半无铝结构，其特征在于，其中过渡层为P-镓砷材料。
8、根据权利要求1所述的大功率980nm量子阱半导体激光器半无铝结构，其特征在于，其中电极接触层为P-镓砷材料。
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