專利名稱：大功率980nm量子阱半導(dǎo)體激光器半無(wú)鋁結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種大功率980nm量子阱半導(dǎo)體激光器半無(wú)鋁結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
大功率980nm量子阱半導(dǎo)體激光器在泵浦固體激光器和光纖激光器領(lǐng)域、醫(yī)療領(lǐng)域和通訊信息領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用和市場(chǎng)需求。它主要用作固體激光器的高效泵浦光源，激光醫(yī)療器械，摻鉺光纖放大器泵浦光源和超高速超大容量全光通信網(wǎng)絡(luò)光源和放大器泵浦光源。隨著對(duì)激光器功率的要求越來(lái)越高，器件可靠性問(wèn)題越來(lái)越突出。對(duì)980nm大功率半導(dǎo)體激光器而言，高輸出光功率密度引起的腔面光學(xué)災(zāi)變損傷、載流子漏電流和各種載流子復(fù)合熱效應(yīng)引起的溫升是限制其可靠性和壽命的主要因素。
為了解決上述問(wèn)題，通常的設(shè)計(jì)方案是采用全無(wú)鋁寬波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。一般現(xiàn)有結(jié)構(gòu)是以InGaAs作量子阱，InGaAsP作波導(dǎo)層和GaInP作限制層的量子阱半導(dǎo)體激光器全無(wú)鋁結(jié)構(gòu)。雖然這種無(wú)鋁波導(dǎo)結(jié)構(gòu)具有高腔面光學(xué)災(zāi)變功率密度、熱導(dǎo)率和電導(dǎo)率，且不易氧化，有利于提高器件功率和可靠性，但是由于量子阱層與上波導(dǎo)層和上限制層的導(dǎo)帶帶階較小，對(duì)載流子限制能力較弱，特別容易造成導(dǎo)帶電子向上限制層的泄漏，形成較大的電子漏電流，從而導(dǎo)致閾值電流密度增加，外量子效率下降，高溫特性變差。另外，就現(xiàn)有外延工藝水平來(lái)說(shuō)，由于InGaAsP和GaInP材料外延生長(zhǎng)比AlGaAs材料困難，不容易得到高質(zhì)量波導(dǎo)層和限制層材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種大功率980nm量子阱半導(dǎo)體激光器半無(wú)鋁結(jié)構(gòu)，它能夠增加量子阱層與上波導(dǎo)層和上限制層的導(dǎo)帶帶階，提高有源區(qū)對(duì)電子的限制能力，有效限制電子從有源區(qū)向限制層的泄漏，從而降低閾值電流密度，提高激光器的溫度特性。另外，容易得到高質(zhì)量的上波導(dǎo)層和上限制層材料。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種大功率980nm量子阱半導(dǎo)體激光器半無(wú)鋁結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括一襯底，該襯底用于在其上進(jìn)行激光器各層材料外延生長(zhǎng)；一緩沖層，該緩沖層制作在襯底上，為N-鎵砷材料；
一N型下限制層，該N型下限制層制作在緩沖層上；一下波導(dǎo)層，該下波導(dǎo)層制作在下限制層上；一量子阱層，該量子阱層制作在下波導(dǎo)層上；一上波導(dǎo)層，該上波導(dǎo)層制作在量子阱層上；一P型上限制層，該P(yáng)型上限制層制作在上波導(dǎo)層上；一過(guò)渡層，該過(guò)渡層制作在P型上限制層上；一電極接觸層，該電極接觸層制作在過(guò)渡層上，形成量子阱半導(dǎo)體激光器半無(wú)鋁結(jié)構(gòu)。
其中襯底是(100)面的N型鎵砷材料。
其中緩沖層為N-鎵砷材料。
其中下波導(dǎo)層為銦鎵砷磷材料。
其中量子阱層為銦鎵砷材料；上波導(dǎo)層為鋁鎵砷材料；上限制層為P-鋁鎵砷材料；該子阱層與上波導(dǎo)層和上限制層能夠形成較大的導(dǎo)帶帶階，有效阻礙導(dǎo)帶電子向上限制層的擴(kuò)散和漂移，減小器件的漏電流，從而降低閾值電流密度，改善激光器的高溫特性。
其中上波導(dǎo)層和上限制層為容易得到高質(zhì)量的外延材料，從而提高激光器外延片的成品率。
其中過(guò)渡層為P-鎵砷材料。
其中電極接觸層為P-鎵砷材料。
本發(fā)明的大功率980nm量子阱半導(dǎo)體激光器半無(wú)鋁結(jié)構(gòu)，以無(wú)鋁的GaInP作下限制層，InGaAsP作下波導(dǎo)層，InGaAs作應(yīng)變量子阱有源區(qū)，低鋁組分的AlGaAs作上波導(dǎo)層，高鋁組分的AlGaAs作上限制層。這樣，量子阱與上波導(dǎo)層和上限制層形成的InGaAs/AlGaAs異質(zhì)結(jié)具有較大的導(dǎo)帶帶階，有效阻礙導(dǎo)帶電子向上限制層的擴(kuò)散和漂移，從而減小器件的漏電流，降低閾值電流密度，改善激光器的高溫特性。另外，由于AlGaAs材料的現(xiàn)有外延技術(shù)比InGaAsP和GaInP材料成熟，容易得到高質(zhì)量的AlGaAs上波導(dǎo)層和上限制層。
本發(fā)明所涉及的大功率980nm量子阱半導(dǎo)體激光器半無(wú)鋁結(jié)構(gòu)能夠有效抑制電子從有源區(qū)向限制層的泄漏，容易采用現(xiàn)有的外延設(shè)備制備，從而改善激光器高溫特性和外延片的成品率。


以下通過(guò)結(jié)合附圖對(duì)具有實(shí)施例的詳細(xì)描述，進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)以及技術(shù)上的改進(jìn)，其中圖1足根據(jù)本發(fā)明提出的大功率980nm量子阱半導(dǎo)體激光器半無(wú)鋁結(jié)構(gòu)的剖面圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合圖1詳細(xì)說(shuō)明依據(jù)本發(fā)明具體實(shí)施例大功率980nm量子阱半導(dǎo)體激光器半無(wú)鋁結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)。
參閱圖1，本實(shí)施例的大功率980nm量子阱半導(dǎo)體激光器半無(wú)鋁結(jié)構(gòu)包括一襯底1，該襯底用于在其上進(jìn)行激光器各層材料外延生長(zhǎng)，襯底是(100)面的N型鎵砷，這樣能夠有利于電子的注入，減小襯底材料的串聯(lián)電阻；一緩沖層2，該緩沖層制作在襯底1上，為N型鎵砷材料，厚度為0.2微米，其目的是減小襯底與其它各層的應(yīng)力，形成高質(zhì)量的外延表面，消除襯底的缺陷向其它各層的傳播，以利于器件其它各層材料的生長(zhǎng)；一N型下限制層3，該N型下限制層制作在緩沖層2上，厚度為0.8微米，為高摻雜的N型鎵銦磷(Ga0.5In0.5P)材料，其目的是限制光場(chǎng)橫模向緩沖層2和襯底1的擴(kuò)展，以減小光的損耗，同時(shí)也限制載流子的擴(kuò)散，減小空穴漏電流，以降低器件的閾值電流，提高效率；一下波導(dǎo)層4，該下波導(dǎo)層制作在下限制層3上，為輕摻雜的N型銦鎵砷磷(帶隙為1.62電子伏特)材料，厚度為0.5微米，其目的是加強(qiáng)對(duì)光場(chǎng)的限制，減小光束的遠(yuǎn)場(chǎng)發(fā)散角，提高器件光束質(zhì)量，采用輕摻雜是為了減少該層對(duì)光的吸收損耗；
一量子阱層5，該量子阱層制作在下波導(dǎo)層4上，為非摻雜的銦鎵砷(In0.2Ga0.8As)材料，厚度為10納米，其作用是作為激光器的有源區(qū)，提供足夠的光增益，并決定器件的激射波長(zhǎng)以及器件的使用壽命；一上波導(dǎo)層6，該上波導(dǎo)層制作在量子阱層5上，為輕摻雜的P型鋁鎵砷(Al0.2Ga0.8As)材料，厚度為0.5微米，其優(yōu)點(diǎn)在于該層為鋁鎵砷材料，容易得到高質(zhì)量的外延材料，該層的作用是加強(qiáng)對(duì)光場(chǎng)的限制，減小光束的遠(yuǎn)場(chǎng)發(fā)散角，提高器件光束質(zhì)量，采用輕摻雜是為了減少該層對(duì)光的吸收損耗；一P型上限制層7，該P(yáng)型上限制層制作在上波導(dǎo)層6上，為高摻雜的P型鋁鎵砷(Al0.4Ga0.6As)材料，厚度為0.8微米，其優(yōu)點(diǎn)在于量子阱層5與上波導(dǎo)層6和上限制層7能夠形成較大的導(dǎo)帶帶階，能夠有效阻礙導(dǎo)帶電子向上限制層7的擴(kuò)散和漂移，從而限制電子向該上限制層7的擴(kuò)散，減小電子漏電流，以降低器件的閾值電流，提高注入效率，而且該層為鋁鎵砷材料，容易得到高質(zhì)量的外延材料，同時(shí)也限制光場(chǎng)橫模向該上限制層7的擴(kuò)展，減小光的損耗；一過(guò)渡層8，該過(guò)渡層制作在P型上限制層7上，為高摻雜的P型鎵砷材料，厚度為0.02微米，其目的是減小上限制層7與電極接觸層9的應(yīng)力，實(shí)現(xiàn)從上限制層7向電極接觸層9的過(guò)渡；
一電極接觸層9，該電極接觸層制作在過(guò)渡層8上，為重?fù)诫s的P型鎵砷材料，厚度為0.2微米，其目的是實(shí)現(xiàn)良好的歐姆接觸，采用重?fù)诫s是為了減小串聯(lián)電阻，提高器件的轉(zhuǎn)化效率和輸出功率。
權(quán)利要求
1.一種大功率980nm量子阱半導(dǎo)體激光器半無(wú)鋁結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括一襯底，該襯底用于在其上進(jìn)行激光器各層材料外延生長(zhǎng)；一緩沖層，該緩沖層制作在襯底上，為N-鎵砷材料；一N型下限制層，該N型下限制層制作在緩沖層上；一下波導(dǎo)層，該下波導(dǎo)層制作在下限制層上；一量子阱層，該量子阱層制作在下波導(dǎo)層上；一上波導(dǎo)層，該上波導(dǎo)層制作在量子阱層上；一P型上限制層，該P(yáng)型上限制層制作在上波導(dǎo)層上；一過(guò)渡層，該過(guò)渡層制作在P型上限制層上；一電極接觸層，該電極接觸層制作在過(guò)渡層上，形成量子阱半導(dǎo)體激光器半無(wú)鋁結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率980nm量子阱半導(dǎo)體激光器半無(wú)鋁結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中襯底是(100)面的N型鎵砷材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率980nm量子阱半導(dǎo)體激光器半無(wú)鋁結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中緩沖層為N-鎵砷材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率980nm量子阱半導(dǎo)體激光器半無(wú)鋁結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中下波導(dǎo)層為銦鎵砷磷材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率980nm量子阱半導(dǎo)體激光器半無(wú)鋁結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中量子阱層為銦鎵砷材料；上波導(dǎo)層為鋁鎵砷材料；上限制層為P-鋁鎵砷材料；該子阱層與上波導(dǎo)層和上限制層能夠形成較大的導(dǎo)帶帶階，有效阻礙導(dǎo)帶電子向上限制層的擴(kuò)散和漂移，減小器件的漏電流，從而降低閾值電流密度，改善激光器的高溫特性。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的大功率980nm量子阱半導(dǎo)體激光器半無(wú)鋁結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中上波導(dǎo)層和上限制層為容易得到高質(zhì)量的外延材料，從而提高激光器外延片的成品率。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率980nm量子阱半導(dǎo)體激光器半無(wú)鋁結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中過(guò)渡層為P-鎵砷材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率980nm量子阱半導(dǎo)體激光器半無(wú)鋁結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中電極接觸層為P-鎵砷材料。
全文摘要
一種大功率980nm量子阱半導(dǎo)體激光器半無(wú)鋁結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括一襯底，該襯底用于在其上進(jìn)行激光器各層材料外延生長(zhǎng)；一緩沖層，該緩沖層制作在襯底上，為N－鎵砷材料；一N型下限制層，該N型下限制層制作在緩沖層上；一下波導(dǎo)層，該下波導(dǎo)層制作在下限制層上；一量子阱層，該量子阱層制作在下波導(dǎo)層上；一上波導(dǎo)層，該上波導(dǎo)層制作在量子阱層上；一P型上限制層，該P(yáng)型上限制層制作在上波導(dǎo)層上；一過(guò)渡層，該過(guò)渡層制作在P型上限制層上；一電極接觸層，該電極接觸層制作在過(guò)渡層上，形成量子阱半導(dǎo)體激光器半無(wú)鋁結(jié)構(gòu)。
文檔編號(hào)H01S5/20GK1917313SQ200510090639
公開(kāi)日2007年2月21日 申請(qǐng)日期2005年8月18日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月18日
發(fā)明者王俊, 馬驍宇, 林濤, 鄭凱, 王勇剛 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所