CN209561861U - 一种GaAs/AIAs/AIAs布拉格反射镜激光器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种GaAs/AIAs/AIAs布拉格反射镜激光器，其结构自下而上依次包括：衬底层；第一分布式布拉格反射镜层；n型Ge半导体层；n型Ge掺杂层；量子阱发光层；电子阻挡层；p型Ge掺杂层；p型Ge半导体层；第二分布式布拉格反射镜层；本实用新型的激光器采用GaAs/AIAs超晶格材料作为高折射率材料层、采用AIAs材料作为低折射率材料层，形成的分布式布拉格反射镜，代替传统的FB谐振腔，使得加工简单、激光的单色性更好，而且可以降低工艺难度，也不容易脱落；且通过在量子阱发光层依次层叠第一电子阻挡层和第二电子阻挡层能够有效阻止多于的电子从量子阱发光层跃迁至p型Ge半导体层，改善激光器的发光效率。
Description
技术领域
本实用新型属于半导体技术领域，具体涉及一种GaAs/AIAs/AIAs布拉格反射镜激光器。
背景技术
半导体激光器具有能量转换效率高、易于进行高速电流调制、超小型化、结构简单、使用寿命才长等突出特点，已被考虑到光电集成的应用中。随着锗在硅上外延生长的技术的提高，锗半导体材料成为研究的热点，特别是用锗材料制备激光器作为片上光源更是研究的前沿。
然而锗材料基激光器采用法布里波罗谐振腔时，由于其波长较大，高反膜的镀膜层数也多，工艺难度大，且容易脱落。
此外，由于半导体器件中电子的移动能力远远高于空穴，因此n型半导体层产生的电子可以快速进入量子阱发光层，多于的电子将从量子阱发光层跃迁至p型半导体层，从而使得电子与空穴发生非辐射复合，影响发光二极管的发光效率。
实用新型内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本实用新型提供了一种GaAs/AIAs/AIAs布拉格反射镜激光器。本实用新型要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
一种GaAs/AIAs/AIAs布拉格反射镜激光器，包括：
衬底层；
第一分布式布拉格反射镜层，设置于所述衬底层上，所述第一分布式布拉格反射镜层包括交替生长的高折射率材料层和低折射率材料层，所述高折射率材料层为GaAs/AIAs超晶格材料；所述低折射率材料层为AIAs材料；
n型Ge半导体层；设置于所述第一分布式布拉格反射镜层上；
n型Ge掺杂层，设置于所述n型Ge半导体层上；
量子阱发光层，设置于所述n型Ge掺杂层上；
电子阻挡层，设置于所述量子阱发光层上；所述电子阻挡层包括依次层叠于量子阱发光层上的第一电子阻挡层和第二电子阻挡层；
p型Ge掺杂层，设置于所述量子阱发光层上；
p型Ge半导体层，设置于所述p型Ge掺杂层上；
第二分布式布拉格反射镜层，设置于所述p型Ge半导体层上，所述第二分布式布拉格反射镜层包括交替生长的高折射率材料层和低折射率材料层，所述高折射率材料层为GaAs/AIAs超晶格材料；所述低折射率材料层为AIAs材料。
在本实用新型的一个实施例中，所述第一分布式布拉格反射镜层的厚度为640～900nm。
在本实用新型的一个实施例中，所述第一分布式布拉格反射镜层中GaAs/AIAs超晶格的对数为3对，每对GaAs/AIAs超晶格种GaAs的厚度为100～150nm，AIAs的厚度为180～300nm。
在本实用新型的一个实施例中，所述第二分布式布拉格反射镜层的厚度为1280～1800nm。
在本实用新型的一个实施例中，所述第二分布式布拉格反射镜层中GaAs/AIAs超晶格的对数为6对，每对GaAs/AIAs超晶格种GaAs的厚度为100～150nm，AIAs的厚度为180～300nm。
在本实用新型的一个实施例中，所述量子阱发光层为掺铟的氮化镓层，所述量子阱发光层的厚度为200～500nm。
在本实用新型的一个实施例中，所述第一电子阻挡层的厚度为100～200nm，第一电子阻挡层的材料为Alx1InyGa1-x1-yN，其中，0<x1≤0.4，0<y≤0.2。
在本实用新型的一个实施例中，所述第二电子阻挡层的厚度为60～100nm，所述第二电子阻挡层的材料为Alx2Ga1-x2N；其中，0<x2<0.7。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果：
1.本实用新型的激光器采用GaAs/AIAs超晶格材料作为高折射率材料层、采用AIAs材料作为低折射率材料层，形成的分布式布拉格反射镜，代替传统的FB谐振腔，使得加工简单、激光的单色性更好，而且可以降低工艺难度，也不容易脱落。
2.在本实用新型的DBR反射镜中，由于GaAs/AIAs超晶格材料的引入省去了异质界面的组分过渡层，简化了器件的结构设计，使得外延生长过程中对生长参数更易控制，同时由于超晶格各层的厚度与电子的德布洛意波长在同一数量级，使载流子通过隧道效应形成的隧道电流增强从而有利于DBR反射镜获得较低的串联电阻。
3.通过在量子阱发光层依次层叠第一电子阻挡层和第二电子阻挡层能够有效阻止多于的电子从量子阱发光层跃迁至p型半导体层，改善激光器的发光效率。
附图说明
图1为本实用新型的GaAs/AIAs/AIAs布拉格反射镜激光器的结构示意图。
图2为本实用新型的GaAs/AIAs/AIAs布拉格反射镜激光器中第一分布式布拉格反射镜层的结构示意图。
其中，1：衬底层；2、第一分布式布拉格反射镜层；21、GaAs/AIAs材料层；22、AIAs材料层；3、n型Ge半导体层；4、n型Ge掺杂层；5、量子阱发光层；6、电子阻挡层；61、第一电子阻挡层；62、第二电子阻挡层；7、p型Ge掺杂层；8、p型Ge半导体层；9、第二分布式布拉格反射镜层。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本实用新型做进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。
请参见图1，图1是本实用新型的GaAs/AIAs/AIAs布拉格反射镜激光器的结构示意图。本实用新型的GaAs/AIAs/AIAs布拉格反射镜激光器的结构自下而上依次包括：衬底层1；第一分布式布拉格反射镜层2；n型Ge半导体层3；n型Ge掺杂层4；量子阱发光层5；电子阻挡层6；p型Ge掺杂层7；p型Ge半导体层8；第二分布式布拉格反射镜层9；其中，
衬底层1的材料可以为蓝宝石、硅、碳化硅、氧化锌、氮化镓、氮化铝或者其它适于晶体外延生长的材料。
请参见图2，图2是本实用新型的GaAs/AIAs/AIAs布拉格反射镜激光器中第一分布式布拉格反射镜层2的结构示意图。第一分布式布拉格反射镜层2包括交替生长的高折射率材料层和低折射率材料层，所述高折射率材料层为GaAs/AIAs材料层21，GaAs/AIAs是一种超晶格材料；所述低折射率材料层为AIAs材料层22；第一分布式布拉格反射镜层2的厚度为640～900nm。所述第一分布式布拉格反射镜层2中GaAs/AIAs超晶格的对数为3对，每对GaAs/AIAs超晶格种GaAs的厚度为100～150nm，AIAs的厚度为180～300nm。
n型Ge半导体层3的厚度为180～200nm，掺杂浓度为3×1018～5×1018cm-3；n型Ge掺杂层4的厚度为180～200nm，掺杂浓度为5×1017～7×1017cm-3。n型Ge掺杂层4的掺杂浓度略低于第一n型Ge层的掺杂浓度，其目的是为了减少俄歇复合产生的光损耗。
量子阱发光层5为掺铟的氮化镓层，所述量子阱发光层5的厚度为200～500nm。
电子阻挡层6包括依次层叠于量子阱发光层5上的第一电子阻挡层61和第二电子阻挡层62；第一电子阻挡层61的厚度为100～200nm，第一电子阻挡层61的材料为Alx1InyGa1-x1-yN，其中，0<x1≤0.4，0<y≤0.2；第二电子阻挡层62的厚度为60～100nm，所述第二电子阻挡层62的材料为Alx2Ga1-x2N；其中，0<x2<0.7。
p型Ge掺杂层7厚度为200～220nm，掺杂浓度为1×1018～3×1018cm-3；p型Ge半导体层8的厚度为200～220nm，掺杂浓度为5×1018～3×1019cm-3。p型Ge半导体层8的掺杂浓度略高于p型Ge掺杂层7的掺杂浓度，它可以充当了缓冲层，降低来自DBR的晶格失配的影响，又能提供大量的注入空穴。
第二分布式布拉格反射镜层9包括交替生长的高折射率材料层和低折射率材料层，所述高折射率材料层为GaAs/AIAs超晶格材料；所述低折射率材料层为AIAs材料。第二分布式布拉格反射镜层9的厚度为1280～1800nm。第二分布式布拉格反射镜层9中GaAs/AIAs超晶格的对数为6对，每对GaAs/AIAs超晶格种GaAs的厚度为100～150nm，AIAs的厚度为180～300nm。
在本实用新型的DBR反射镜中，由于GaAs/AIAs超晶格材料的引入省去了异质界面的组分过渡层，简化了器件的结构设计，使得外延生长过程中对生长参数更易控制，同时由于超晶格各层的厚度与电子的德布洛意波长在同一数量级，使载流子通过隧道效应形成的隧道电流增强从而有利于DBR反射镜获得较低的串联电阻。
本实用新型实施例通过在p型掺杂层与量子阱发光层5之间设置电子阻挡层6，其中，第一电子阻挡层61的材料为Alx1InyGa1-x1-yN，第二电子阻挡层62的材料为Alx2Ga1-x2N，由于铝的势垒较高，从而可以使得第一电子阻挡层61和第二电子阻挡层62有效地阻止n型Ge半导体层3产生的电子进入到p型Ge半导体层8中，从而避免了电子与空穴在p型Ge半导体层8中发生非辐射复合，改善发光二极管的发光效率；并且通过第一电子阻挡层61和第二电子阻挡层62可以增大与量子阱发光层5之间的禁带宽度，从而可以增强对电子的限制作用，进一步减少了电子进入到p型Ge半导体层8中的数量，从而进一步提高了发光效率。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。
Claims (6)
1.一种GaAs/AIAs/AIAs布拉格反射镜激光器，其特征在于，包括：
衬底层；
第一分布式布拉格反射镜层，设置于所述衬底层上，所述第一分布式布拉格反射镜层包括交替生长的高折射率材料层和低折射率材料层，所述高折射率材料层为GaAs/AIAs超晶格材料；所述低折射率材料层为AIAs材料；
n型Ge半导体层，设置于所述第一分布式布拉格反射镜层上；
n型Ge掺杂层，设置于所述n型Ge半导体层上；
量子阱发光层，设置于所述n型Ge掺杂层上；
电子阻挡层，设置于所述量子阱发光层上；所述电子阻挡层包括依次层叠于量子阱发光层上的第一电子阻挡层和第二电子阻挡层；
p型Ge掺杂层，设置于所述量子阱发光层上；
p型Ge半导体层，设置于所述p型Ge掺杂层上；
第二分布式布拉格反射镜层，设置于所述p型Ge半导体层上，所述第二分布式布拉格反射镜层包括交替生长的高折射率材料层和低折射率材料层，所述高折射率材料层为GaAs/AIAs超晶格材料；所述低折射率材料层为AIAs材料。
2.根据权利要求1所述的GaAs/AIAs/AIAs布拉格反射镜激光器，其特征在于，所述第一分布式布拉格反射镜层的厚度为640～900nm。
3.根据权利要求2所述的GaAs/AIAs/AIAs布拉格反射镜激光器，其特征在于，所述第一分布式布拉格反射镜层中GaAs/AIAs超晶格的对数为3对，每对GaAs/AIAs超晶格种GaAs的厚度为100～150nm，AIAs的厚度为180～300nm。
4.根据权利要求3所述的GaAs/AIAs/AIAs布拉格反射镜激光器，其特征在于，所述第二分布式布拉格反射镜层的厚度为1280～1800nm。
5.根据权利要求4所述的GaAs/AIAs/AIAs布拉格反射镜激光器，其特征在于，所述第二分布式布拉格反射镜层中GaAs/AIAs超晶格的对数为6对，每对GaAs/AIAs超晶格种GaAs的厚度为100～150nm，AIAs的厚度为180～300nm。
6.根据权利要求5所述的GaAs/AIAs/AIAs布拉格反射镜激光器，其特征在于，所述量子阱发光层为掺铟的氮化镓层，所述量子阱发光层的厚度为200～500nm。
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|---|---|---|---|---|
| CN111682402A (zh) * | 2020-06-19 | 2020-09-18 | 北京工业大学 | 一种对称dbr结构的面发射半导体激光芯片及其制备方法 |
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2018
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| CN111682402B (zh) * | 2020-06-19 | 2021-09-07 | 北京工业大学 | 一种对称dbr结构的面发射半导体激光芯片及其制备方法 |
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