專利名稱：大功率980nm量子阱半導體激光器半無鋁結構的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種大功率980nm量子阱半導體激光器半無鋁結構。
背景技術：
大功率980nm量子阱半導體激光器在泵浦固體激光器和光纖激光器領域、醫療領域和通訊信息領域有著非常廣泛的應用和市場需求。它主要用作固體激光器的高效泵浦光源，激光醫療器械，摻鉺光纖放大器泵浦光源和超高速超大容量全光通信網絡光源和放大器泵浦光源。隨著對激光器功率的要求越來越高，器件可靠性問題越來越突出。對980nm大功率半導體激光器而言，高輸出光功率密度引起的腔面光學災變損傷、載流子漏電流和各種載流子復合熱效應引起的溫升是限制其可靠性和壽命的主要因素。
為了解決上述問題，通常的設計方案是采用全無鋁寬波導結構。一般現有結構是以InGaAs作量子阱，InGaAsP作波導層和GaInP作限制層的量子阱半導體激光器全無鋁結構。雖然這種無鋁波導結構具有高腔面光學災變功率密度、熱導率和電導率，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層和上限制層的導帶帶階較小，對載流子限制能力較弱，特別容易造成導帶電子向上限制層的泄漏，形成較大的電子漏電流，從而導致閾值電流密度增加，外量子效率下降，高溫特性變差。另外，就現有外延工藝水平來說，由于InGaAsP和GaInP材料外延生長比AlGaAs材料困難，不容易得到高質量波導層和限制層材料。
發明內容
本發明的目的在于提供一種大功率980nm量子阱半導體激光器半無鋁結構，它能夠增加量子阱層與上波導層和上限制層的導帶帶階，提高有源區對電子的限制能力，有效限制電子從有源區向限制層的泄漏，從而降低閾值電流密度，提高激光器的溫度特性。另外，容易得到高質量的上波導層和上限制層材料。
為了實現上述目的，本發明提出了一種大功率980nm量子阱半導體激光器半無鋁結構，其特征在于，包括一襯底，該襯底用于在其上進行激光器各層材料外延生長；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；一下波導層，該下波導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層上；一上波導層，該上波導層制作在量子阱層上；一P型上限制層，該P型上限制層制作在上波導層上；一過渡層，該過渡層制作在P型上限制層上；一電極接觸層，該電極接觸層制作在過渡層上，形成量子阱半導體激光器半無鋁結構。
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。
其中下波導層為銦鎵砷磷材料。
其中量子阱層為銦鎵砷材料；上波導層為鋁鎵砷材料；上限制層為P-鋁鎵砷材料；該子阱層與上波導層和上限制層能夠形成較大的導帶帶階，有效阻礙導帶電子向上限制層的擴散和漂移，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。
其中上波導層和上限制層為容易得到高質量的外延材料，從而提高激光器外延片的成品率。
其中過渡層為P-鎵砷材料。
其中電極接觸層為P-鎵砷材料。
本發明的大功率980nm量子阱半導體激光器半無鋁結構，以無鋁的GaInP作下限制層，InGaAsP作下波導層，InGaAs作應變量子阱有源區，低鋁組分的AlGaAs作上波導層，高鋁組分的AlGaAs作上限制層。這樣，量子阱與上波導層和上限制層形成的InGaAs/AlGaAs異質結具有較大的導帶帶階，有效阻礙導帶電子向上限制層的擴散和漂移，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材料的現有外延技術比InGaAsP和GaInP材料成熟，容易得到高質量的AlGaAs上波導層和上限制層。
本發明所涉及的大功率980nm量子阱半導體激光器半無鋁結構能夠有效抑制電子從有源區向限制層的泄漏，容易采用現有的外延設備制備，從而改善激光器高溫特性和外延片的成品率。
以下通過結合附圖對具有實施例的詳細描述，進一步說明本發明的結構、特點以及技術上的改進，其中圖1足根據本發明提出的大功率980nm量子阱半導體激光器半無鋁結構的剖面圖。
具體實施例方式
下面結合圖1詳細說明依據本發明具體實施例大功率980nm量子阱半導體激光器半無鋁結構的結構細節。
參閱圖1，本實施例的大功率980nm量子阱半導體激光器半無鋁結構包括一襯底1，該襯底用于在其上進行激光器各層材料外延生長，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力，形成高質量的外延表面，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；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，其目的是限制光場橫模向緩沖層2和襯底1的擴展，以減小光的損耗，同時也限制載流子的擴散，減小空穴漏電流，以降低器件的閾值電流，提高效率；一下波導層4，該下波導層制作在下限制層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，其目的是加強對光場的限制，減小光束的遠場發散角，提高器件光束質量，采用輕摻雜是為了減少該層對光的吸收損耗；
一量子阱層5，該量子阱層制作在下波導層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，提供足夠的光增益，并決定器件的激射波長以及器件的使用壽命；一上波導層6，該上波導層制作在量子阱層5上，為輕摻雜的P型鋁鎵砷(Al0.2Ga0.8As)材料，厚度為0.5微米，其優點在于該層為鋁鎵砷材料，容易得到高質量的外延材料，該層的作用是加強對光場的限制，減小光束的遠場發散角，提高器件光束質量，采用輕摻雜是為了減少該層對光的吸收損耗；一P型上限制層7，該P型上限制層制作在上波導層6上，為高摻雜的P型鋁鎵砷(Al0.4Ga0.6As)材料，厚度為0.8微米，其優點在于量子阱層5與上波導層6和上限制層7能夠形成較大的導帶帶階，能夠有效阻礙導帶電子向上限制層7的擴散和漂移，從而限制電子向該上限制層7的擴散，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，容易得到高質量的外延材料，同時也限制光場橫模向該上限制層7的擴展，減小光的損耗；一過渡層8，該過渡層制作在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的應力，實現從上限制層7向電極接觸層9的過渡；
一電極接觸層9，該電極接觸層制作在過渡層8上，為重摻雜的P型鎵砷材料，厚度為0.2微米，其目的是實現良好的歐姆接觸，采用重摻雜是為了減小串聯電阻，提高器件的轉化效率和輸出功率。
權利要求
1.一種大功率980nm量子阱半導體激光器半無鋁結構，其特征在于，包括一襯底，該襯底用于在其上進行激光器各層材料外延生長；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；一下波導層，該下波導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層上；一上波導層，該上波導層制作在量子阱層上；一P型上限制層，該P型上限制層制作在上波導層上；一過渡層，該過渡層制作在P型上限制層上；一電極接觸層，該電極接觸層制作在過渡層上，形成量子阱半導體激光器半無鋁結構。
2.根據權利要求1所述的大功率980nm量子阱半導體激光器半無鋁結構，其特征在于，其中襯底是(100)面的N型鎵砷材料。
3.根據權利要求1所述的大功率980nm量子阱半導體激光器半無鋁結構，其特征在于，其中緩沖層為N-鎵砷材料。
4.根據權利要求1所述的大功率980nm量子阱半導體激光器半無鋁結構，其特征在于，其中下波導層為銦鎵砷磷材料。
5.根據權利要求1所述的大功率980nm量子阱半導體激光器半無鋁結構，其特征在于，其中量子阱層為銦鎵砷材料；上波導層為鋁鎵砷材料；上限制層為P-鋁鎵砷材料；該子阱層與上波導層和上限制層能夠形成較大的導帶帶階，有效阻礙導帶電子向上限制層的擴散和漂移，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.根據權利要求5所述的大功率980nm量子阱半導體激光器半無鋁結構，其特征在于，其中上波導層和上限制層為容易得到高質量的外延材料，從而提高激光器外延片的成品率。
7.根據權利要求1所述的大功率980nm量子阱半導體激光器半無鋁結構，其特征在于，其中過渡層為P-鎵砷材料。
8.根據權利要求1所述的大功率980nm量子阱半導體激光器半無鋁結構，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量子阱半導體激光器半無鋁結構，其特征在于，包括一襯底，該襯底用于在其上進行激光器各層材料外延生長；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；一下波導層，該下波導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層上；一上波導層，該上波導層制作在量子阱層上；一P型上限制層，該P型上限制層制作在上波導層上；一過渡層，該過渡層制作在P型上限制層上；一電極接觸層，該電極接觸層制作在過渡層上，形成量子阱半導體激光器半無鋁結構。
文檔編號H01S5/20GK1917313SQ200510090639
公開日2007年2月21日 申請日期2005年8月18日 優先權日2005年8月18日
發明者王俊, 馬驍宇, 林濤, 鄭凱, 王勇剛 申請人:中國科學院半導體研究所