專利名稱：高注入效率大功率808nm量子阱半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種量子阱半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)，特別是指一種高注入效率大功率808nm量子阱半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
大功率808nm半導(dǎo)體量子阱激光器被廣泛應(yīng)用于泵浦固體激光器、激光加工和激光醫(yī)療等領(lǐng)域。由于實際應(yīng)用要求激光器的功率越來越大，人們采用各種半導(dǎo)體材料和器件結(jié)構(gòu)來提高激光器的功率。一般對808nm半導(dǎo)體量子阱激光器而言，限制其輸出光功率的主要因素有高輸出光功率密度引起的腔面光學(xué)災(zāi)變損傷，各種載流子非輻射復(fù)合和漏電流引起的有源區(qū)和腔面溫升。由于AlGaAs和GaA材料的外延技術(shù)成熟，AlGaAs/GaAs量子阱結(jié)構(gòu)成為大功率808nm半導(dǎo)體量子阱激光器常用的結(jié)構(gòu)。但是，由于含鋁有有源區(qū)容易氧化和產(chǎn)生暗線缺陷，腔面光學(xué)災(zāi)變功率密度不高，從而限制激光器的功率和壽命。
為了解決上述問題，通常的設(shè)計方案是采用無鋁寬波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。一般現(xiàn)有結(jié)構(gòu)是以GaAsP作應(yīng)變量子阱，GaInP作波導(dǎo)層和AlGaInP作限制層的半導(dǎo)體量子阱激光器寬波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。與含鋁波導(dǎo)結(jié)構(gòu)相比，無鋁波導(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，因而有利于提高器件功率和可靠性。雖然無鋁波導(dǎo)結(jié)構(gòu)具有上述優(yōu)點，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，無法在高溫條件工作。另外，就現(xiàn)有外延工藝水平來說，由于GaInP和AlGaInP材料外延生長比AlGaAs材料困難，不容易得到高質(zhì)量的波導(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高注入效率大功率808nm量子阱半導(dǎo)體激光器結(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，從而提高激光器的注入效率。另外，容易得到高質(zhì)量上波導(dǎo)層和上限制層材料。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一種高注入效率大功率808nm量子阱半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)，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；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型上限制層制作在上波導(dǎo)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，形成大功率808nm量子阱半導(dǎo)體激光器。
其中該襯底是(100)面的N型鎵砷材料。
其中該緩沖層為N-鎵砷材料。
其中該N型下限制層為N-鋁鎵銦磷材料。
其中該下波導(dǎo)層為鎵銦磷材料。
其中該量子阱層為鎵砷磷材料。
其中該上波導(dǎo)層為鋁鎵砷材料。
其中該P型上限制層為P-鋁鎵砷材料。
其中該過渡層為P-鎵砷材料。
其中該電極接觸層為P-鎵砷材料。
其中量子阱層與上波導(dǎo)層和上限制層能夠形成較大的導(dǎo)帶帶階，能夠有效阻礙導(dǎo)帶電子向上限制層的擴散和漂移，從而減小器件的漏電流，提高激光器的注入效率。
其中上波導(dǎo)層和上限制層是為鋁鎵砷材料，容易得到高質(zhì)量的外延材料，從而提高激光器的外延片成品率。
本發(fā)明提出的一種高注入效率大功率808nm量子阱半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)，以AlGaInP作下限制層，無鋁的GaInP作下波導(dǎo)層，GaAsP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GaAsP/AlGaAs異質(zhì)結(jié)具有較大的導(dǎo)帶帶階，能夠有效阻礙導(dǎo)帶電子向上限制層的擴散和漂移，從而減小器件的漏電流，提高激光器的注入效率。另外，由于AlGaAs材料的現(xiàn)有外延技術(shù)比GaInP和AlGaInP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)明所涉及的高光功率密度大功率808nm量子阱半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)能夠有效限制電子從有源區(qū)向限制層的泄漏，容易采用現(xiàn)有的外延設(shè)備制備，從而提高激光器注入效率和外延片的成品率。


以下通過結(jié)合附圖對具有實施例的詳細描述，進一步說明本發(fā)明的結(jié)構(gòu)、特點以及技術(shù)上的改進，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明提出的高注入效率大功率808nm量子阱半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)的剖面圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合圖1詳細說明依據(jù)本發(fā)明具體實施例高注入效率大功率808nm量子阱半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)細節(jié)。
參閱圖1，本實施例的高注入效率大功率808nm量子阱半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)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(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，其目的是形成高質(zhì)量的外延表面，減小襯底與其它各層的應(yīng)力，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，為高摻雜的N型鋁鎵銦磷材料，其目的是限制光場橫模向緩沖層2和襯底1的擴展，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(dǎo)層4，該下波導(dǎo)層制作在下限制層3上，為輕摻雜的N型鎵銦磷材料，其目的是加強對光場的限制，減小光束的遠場發(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，為非摻雜的鎵砷磷材料，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型鋁鎵砷材料，其優(yōu)點在于該層為鋁鎵砷材料，容易得到高質(zhì)量的外延材料，該層的作用是加強對光場的限制，減小光束的遠場發(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(dǎo)層6上，為高摻雜的P型鋁鎵砷材料，其優(yōu)點在于量子阱層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(zhì)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，其目的是減小上限制層7與電極接觸層9的應(yīng)力，實現(xiàn)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，其目的是實現(xiàn)良好的歐姆接觸，采用重摻雜是為了減小串聯(lián)電阻，提高器件的轉(zhuǎn)化效率。
本發(fā)明提出的一種高注入效率大功率808nm量子阱半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)，以AlGaInP作下限制層，無鋁的GaInP作下波導(dǎo)層，GaAsP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GaAsP/AlGaAs異質(zhì)結(jié)具有較大的導(dǎo)帶帶階，能夠有效阻礙導(dǎo)帶電子向上限制層的擴散和漂移，從而減小器件的漏電流，提高激光器的注入效率。另外，由于AlGaAs材料的現(xiàn)有外延技術(shù)比GaInP和AlGaInP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)明所涉及的高光功率密度大功率808nm量子阱半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)能夠有效限制電子從有源區(qū)向限制層的泄漏，容易采用現(xiàn)有的外延設(shè)備制備，從而提高激光器注入效率和外延片的成品率。
權(quán)利要求
1.一種高注入效率大功率808nm量子阱半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)，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；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型上限制層制作在上波導(dǎo)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，形成大功率808nm量子阱半導(dǎo)體激光器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高注入效率大功率808nm量子阱半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中該襯底是(100)面的N型鎵砷材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高注入效率大功率808nm量子阱半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中該緩沖層為N-鎵砷材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高注入效率大功率808nm量子阱半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中該N型下限制層為N-鋁鎵銦磷材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高注入效率大功率808nm量子阱半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中該下波導(dǎo)層為鎵銦磷材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高注入效率大功率808nm量子阱半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中該量子阱層為鎵砷磷材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高注入效率大功率808nm量子阱半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中該上波導(dǎo)層為鋁鎵砷材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高注入效率大功率808nm量子阱半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中該P型上限制層為P-鋁鎵砷材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高注入效率大功率808nm量子阱半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中該過渡層為P-鎵砷材料。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高注入效率大功率808nm量子阱半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中該電極接觸層為P-鎵砷材料。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高注入效率大功率808nm量子阱半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中量子阱層與上波導(dǎo)層和上限制層能夠形成較大的導(dǎo)帶帶階，能夠有效阻礙導(dǎo)帶電子向上限制層的擴散和漂移，從而減小器件的漏電流，提高激光器的注入效率。
12.根據(jù)權(quán)利要求1或7或8所述的一種高注入效率大功率808nm量子阱半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中上波導(dǎo)層和上限制層是為鋁鎵砷材料，容易得到高質(zhì)量的外延材料，從而提高激光器的外延片成品率。
全文摘要
一種高注入效率大功率808nm量子阱半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)，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；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型上限制層制作在上波導(dǎo)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，形成大功率808nm量子阱半導(dǎo)體激光器。
文檔編號H01S5/00GK1901301SQ20051001223
公開日2007年1月24日 申請日期2005年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月21日
發(fā)明者王俊, 馬驍宇, 鄭凱, 林濤, 王勇剛 申請人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所