含有空穴阻擋層的銻化鎵基2?4μm量子阱激光器結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】一種含有空穴阻擋層的銻化鎵基2?4um量子阱激光器結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)為多層結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括：一N型GaSb襯底；一N型GaSb緩沖層，該緩沖層生長在襯底上；一N型AlGaAsSb覆蓋層，該覆蓋層生長在N型GaSb緩沖層上；一AlGaAsSb下波導層，該下波導層生長在N型AlGaAsSb覆蓋層上；一AlGaAsSb下勢壘層，該下勢壘層生長在AlGaAsSb下波導層上；一InPSb空穴阻擋層，該空穴阻擋層生長在AlGaAsSb下勢壘層上；一InGaAsSb量子阱層，該量子阱層生長在InPSb空穴阻擋層上；一AlGaAsSb上勢壘層，該上勢壘層生長在InGaAsSb量子阱層上；一AlGaAsSb上波導層，該上波導層生長在AlGaAsSb上勢壘層上；一P型AlGaAsSb覆蓋層，該覆蓋層生長在AlGaAsSb上波導層上；一P型GaSb歐姆接觸層，該接觸層生長在P型AlGaAsSb覆蓋層上。
【專利說明】
含有空穴阻擋層的鍵化嫁基2-4RT1量子阱激光器結(jié)構(gòu)
技術(shù)領域
[0001 ] 本發(fā)明設及一種激射波長在2-4皿的侶嫁神錬(AlGaAsSb)/銅嫁神錬（InGaAsSb)/ 銅憐錬（InPSb)/錬化嫁(GaSb)量子阱激光器結(jié)構(gòu)，特別是含空穴阻擋層銅憐錬（InPSb)的 量子阱結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002] 2-4皿波段包含非常重要的大氣窗口，包含了許多氣體分子的特征譜線，可W廣泛 應用于大氣污染監(jiān)測、氣體檢測等民用項目；運是因為非對稱雙原子和多原子分子氣體(如 CH4，C0，H2，S02，N0和C02)等都有吸收紅外福射能量的性質(zhì)，吸收紅外光的波長很大一部 分在2-4WI1。運種性質(zhì)是具有紅外活性物質(zhì)本身固有的一種屬性，如同人類的指紋，具有唯 一性，不會因環(huán)境、溫度等條件的改變而改變，因此可W利用運一特性來對物質(zhì)進行定性和 定量分析，與傳統(tǒng)的檢測手段相比，紅外光譜的檢測方法更具有快速、可實時檢測、可遠距 離檢測、對待測物體不產(chǎn)生破壞等優(yōu)點。
[0003] 在瓦斯、大氣污染物和溫室氣體等氣體檢測的民用領域，氣體檢測設備必須具有 可在惡劣環(huán)境中工作、實時檢測、選擇性好、穩(wěn)定性好、工作壽命長、成本低等特點。針對運 些市場需求特點，對紅外激光器提出了 W下要求： 1) 工作溫度為室溫或略高于室溫 2) 低頻脈沖或連續(xù)工作 3) 多波長、窄線寬 4) 波長隨溫度變化偏移較小 5) 闊值電流低 6 )輸出功率要求低，達到mW量級即可 而錬化物紅外半導體激光器完全可W滿足W上市場要求。
[0004] 在2-4皿中紅外波段，GaSb基材料有先天的優(yōu)勢，與襯底晶格匹配的四元錬化物 6曰1^356/416曰4356，根據(jù)材料組分的不同，禁帶寬度可^覆蓋從1.7到4.4皿的波段。因 此，大部分帶間躍遷的中紅外波段m-V族系材料的研究多集中于錬化物材料。在1.7-3.扣 m，主要是Ga訊基材料體系;在大于3.5皿波段時，GaSb基激光器性能急劇下降，其主要原 因是量子阱與壘之間價帶帶階隨波長變長而變小造成的。
[0005] 對于激光器結(jié)構(gòu)來說，量子阱帶階是一個關鍵的參數(shù)。量子阱帶階越大，勢壘對勢 阱載流子的限制就越強，載流子的泄露就越小，激光器的特征溫度就越高。導帶帶階是勢壘 與勢阱導帶底的差值，價帶帶階是勢壘與勢阱價帶頂?shù)牟钪怠?br>[0006] 對于InGaAsSb /AlGaAsSb量子阱體系，InGaAs訊作為勢阱，選取AIq.35GaAsQ.〇2Sb 作為勢壘，對勢阱與勢壘的導帶帶階進行計算發(fā)現(xiàn)，隨著In組分的增加，導帶帶階基本是 線性增加;As組分的增加對導帶帶階的影響比較小一些。對于發(fā)光波長為2-4WI1的量子 阱，導帶帶階超過〇.5eV，勢壘對勢阱導帶中的電子限制比較大，電子不會泄露出來。
[0007] InGaAsSb/AlGaAsSb量子阱價帶帶階的計算結(jié)果表明，與導帶帶階相比，價帶帶 階要小得多，即使是GaSb/AlGaAsSb的帶階也不會超過0.15eV。隨著In組分的增加到0.2， 價帶帶階迅速減小，然后在較大In組分范圍內(nèi)保持穩(wěn)定;而As組分的增加使價帶帶階急 劇下降。對于發(fā)光波長為2皿的量子阱，In組分為0.18左右，晶格匹配時所需的As組分為 0.16,運時價帶帶階為-0.096eV，仍可較好的限制空穴。但是隨著波長的增加，In組分必須 增加，而As組分也要隨之增加，運會使價帶帶階進一步變小，激光器難W激射。
[0008] 價帶帶階過小導致勢壘對空穴限制較差的問題是激光器在2皿W上波長激光器 激射的主要障礙。目前國際上主要采取兩種手段:一是通過引入一定量的壓應變。為保持量 子阱的發(fā)光波長不變，In組分不變，采取減小As組分的方法，提高價帶帶階。但是過大的 壓應變，當應變量子阱厚度超過臨界厚度時，會在量子阱中引入缺陷，破壞量子阱質(zhì)量；同 時較大的應變會使激光器激射波長藍移，不利于更長波長的激射。
[0009] 二是通過引入五元AlGaInAsSb材料。五元材料的引入，為量子阱能帶設計帶來了 更大的自由度。通過合理選擇AlGaInAsSb的組分，可W解決價帶帶階過小、對空穴限制弱 的缺點。但材料質(zhì)量難W提高，光損耗和焦耳熱現(xiàn)象比較嚴重，激光器性能大大下降。
[0010] 本發(fā)明，提出了第S種方法，引入薄層InPSb的材料體系在量子阱的電子注入一 偵U。由于P材料的加入，基本上不改變導帶的帶階結(jié)構(gòu)，但可W迅速地增加價帶帶階。所W可 W有效地阻擋來自于P型滲雜的空穴向n型滲雜區(qū)的泄露。同時對電子的注入基本上不太影 響。由此提高了量子阱的發(fā)光效率，降低了激光激射闊值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本發(fā)明的目的在于，提出了一種含有空穴阻擋層的錬化嫁基2-4um量子阱激光器 結(jié)構(gòu)，可W有效增加量子阱價帶帶階，提高了量子阱的發(fā)光效率，降低了激光激射闊值。
[0012] 本發(fā)明提出一種含有空穴阻擋層的錬化嫁基2-4um量子阱激光器結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)為 多層結(jié)構(gòu)，其特征在于： 一N型GaSb襯底； 一N型GaSb緩沖層，該N型GaSb緩沖層生長在襯底上； 一N型AlGaAsSb覆蓋層，該N型AlGaAsSb覆蓋層生長在N型GaSb緩沖層上； 一 AlGaAsSb下波導層，該AlGaAsSb下波導層生長在N型AlGaAsSb覆蓋層上； 一AlGaAsSb下勢壘層，該AlGaAsSb下勢壘層生長在AlGaAsSb下波導層上； 一 InPSb空穴阻擋層，該InPSb空穴阻擋層生長在AlGaAsSb下勢壘層上； 一 InGaAsSb量子阱層，該InGaAsSb量子阱層生長在InPSb空穴阻擋層上； 一AlGaAsSb上勢壘層，該AlGaAsSb上勢壘層生長在InGaAsSb量子阱層上； 一 AlGaAsSb上波導層，該AlGaAsSb上波導層生長在AlGaAsSb上勢壘層上； 一P型AlGaAsSb覆蓋層，該P型AlGaAsSb覆蓋層生長在AlGaAsSb上波導層上； 一P型GaSb歐姆接觸層，該P型GaSb歐姆接觸層生長在P型AlGaAsSb覆蓋層上。
【附圖說明】
[0013] 本發(fā)明為量子阱激光器結(jié)構(gòu)設計W及一個實施例，包含結(jié)構(gòu)設計。其中： 圖1是激光器結(jié)構(gòu)(層狀)圖。
【具體實施方式】
[0014] 請參閱圖1所示，本發(fā)明提出一種含有空穴阻擋層的錬化嫁基2-4um量子阱激光器 結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)為多層結(jié)構(gòu)，包括： 一 N型襯底101，起到支撐和N型電極接觸層的作用； 一 N型緩沖層102，生長在襯底101上，起到平整襯底損傷，平滑表面的作用； 一N型AlGaAsSb覆蓋層103,生長在N型緩沖層102上，起到覆蓋波導的作用； 一 AlGaAsSb下波導層104,生長在N型AlGaAsSb覆蓋層103上，起導引光的作用； 一 AlGaAsSb下勢壘層105,生長在AlGaAsSb下波導層104上，起量子阱勢壘的作用； 一InPSb空穴阻擋層106,生長在AlGaAsSb下勢壘層105上，起阻擋空穴的作用，也是本 發(fā)明的核屯、內(nèi)容； 一 InGaAsSb量子阱層107,生長在InPSb空穴阻擋層106上，起量子阱的作用； 一 AlGaAsSb上勢壘層108,生長在InGaAsSb量子阱層107上，起量子阱勢壘的作用； 一 AlGaAsSb上波導層109，生長在AlGaAsSb上勢壘層108上，起導引光的作用； 一P型AlGaAsSb覆蓋層110，生長在AlGaAsSb上波導層109上，起到覆蓋波導的作用； 一P型Ga訊歐姆接觸層111，生長在P型AlGaAs訊覆蓋層110上，起到P型歐姆接觸層的作 用。
[0015] 表一所示為具體實施例，包括組分、厚度、滲雜、生長溫度等參數(shù)。
【主權(quán)項】
1. 一種含有空穴阻擋層的銻化鎵基2-4μπι量子阱激光器結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)為多層結(jié)構(gòu)，其特 征在于，包括： 一Ν型GaSb襯底； 一N型GaSb緩沖層，該N型GaSb緩沖層生長在襯底上； 一N型AlGaAsSb覆蓋層，該N型AlGaAsSb覆蓋層生長在N型GaSb緩沖層上； 一AlGaAsSb下波導層，該AlGaAsSb下波導層生長在N型AlGaAsSb覆蓋層上； 一AlGaAsSb下勢皇層，該AlGaAsSb下勢皇層生長在AlGaAsSb下波導層上； 一InPSb空穴阻擋層，該InPSb空穴阻擋層生長在AlGaAsSb下勢皇層上； 一 InGaAsSb量子阱層，該InGaAsSb量子阱層生長在InPSb空穴阻擋層上； 一 AlGaAsSb上勢皇層，該AlGaAsSb上勢皇層生長在InGaAsSb量子阱層上； 一AlGaAsSb上波導層，該AlGaAsSb上波導層生長在AlGaAsSb上勢皇層上； 一P型AlGaAsSb覆蓋層，該P型AlGaAsSb覆蓋層生長在AlGaAsSb上波導層上； 一P型GaSb歐姆接觸層，該P型GaSb歐姆接觸層生長在P型AlGaAsSb覆蓋層上。2. 按權(quán)利要求1所述的銻化鎵基2-4μπι量子阱激光器結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中N型GaSb緩 沖層的厚度為400-700nm〇3. 按權(quán)利要求1所述的銻化鎵基2-4μπι量子阱激光器結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中N型GaSb緩 沖層的厚度為400_700nm，摻雜濃度為Iel8-3el8cm- 3〇4. 按權(quán)利要求1所述的銻化鎵基2-μπι量子阱激光器結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中N型 AlGaAsSb覆蓋層的厚度為500-1500nm，摻雜濃度為3el7-6el7cnf3。5. 按權(quán)利要求1所述的銻化鎵基2-4μπι量子阱激光器結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中AlGaAsSb 下波導層的厚度為100-300nm〇6. 按權(quán)利要求1所述的銻化鎵基2-4μπι量子阱激光器結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中AlGaAs Sb 下勢皇層的厚度為10-30nm〇7. 按權(quán)利要求1所述的銻化鎵基2-4μπι量子阱激光器結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中InPSb空穴 阻擋層的厚度為4-8nm〇8. 按權(quán)利要求1所述的鋪化鎵基2-4μηι量子講激光器結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中InGaAsSb 量子阱層的厚度為8-12nm〇9. 按權(quán)利要求1所述的銻化鎵基2-4μπι量子阱激光器結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中AlGaAs Sb 上勢皇層的厚度為10-30nm〇10. 按權(quán)利要求1所述的銻化鎵基2_4μπι量子阱激光器結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中AlGaAsSb 上波導層的厚度為100-300nm〇11. 按權(quán)利要求1所述的銻化鎵基2-4μπι量子阱激光器結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中P型 AlGaAsSb覆蓋層的厚度為500-1500nm，摻雜濃度為3el8-6el8cnf3。12. 按權(quán)利要求1所述的銻化鎵基2-4μπι量子阱激光器結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中P型GaSb 歐姆接觸層的厚度為200-400nm，摻雜濃度為1θ19-2θ19οιΓ3。
【文檔編號】H01S5/34GK106099643SQ201610660267
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年8月12日 公開號201610660267.2, CN 106099643 A, CN 106099643A, CN 201610660267, CN-A-106099643, CN106099643 A, CN106099643A, CN201610660267, CN201610660267.2
【發(fā)明人】于春滿, 朱海軍, 張興
【申請人】成都斯科泰科技有限公司