專利名稱：非對稱結(jié)構(gòu)的無鋁有源區(qū)808nm大功率量子阱激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種大功率高效率的808nm量子阱激光器，屬于半導體激光器技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
808nm大功率量子阱激光器廣泛應(yīng)用于抽運Nd: YAG固體激光器、工業(yè)加工和激光醫(yī)療 等領(lǐng)域，有著非常廣泛的應(yīng)用前景和市場價值。隨著應(yīng)用的發(fā)展，要求激光器的輸出功率越 來越大。
為了獲得穩(wěn)定的高功率輸出，目前808nm大功率量子阱激光器普遍采用的是低光學限制 因子的對稱大光腔甚至超大光腔結(jié)構(gòu)，這些現(xiàn)有的對稱結(jié)構(gòu)中， 一般采用lum以上厚度的鋁 鎵砷為限制層，0.6um以上甚至lum以上的鎵銦磷作為寬波導層。這些結(jié)構(gòu)具有較大的等效 橫向光斑尺寸，因而可在腔面光學災變發(fā)生之前獲得高的輸出功率和小的橫向遠場發(fā)散角。 但是，在常規(guī)的對稱結(jié)構(gòu)中，進一步減小光限制因子會導致較強的載流子泄漏和高階橫模的 產(chǎn)生；增加有源區(qū)厚度會增加激光器的串聯(lián)電阻，也增加了激光器的溫升，因此限制了激光 器的連續(xù)高功率輸出。在對稱結(jié)構(gòu)中，雖然大部分激光被限制在波導層中，但仍有一部分光 子會泄漏到高摻雜區(qū)域，這部分光子與載流子相互作用，造成光吸收而損耗掉。而N型半導 體材料中電子對光的吸收小于P型材料中空穴對光的吸收的特性使得P型高摻雜區(qū)自由載流 子的光吸收成為主要的損失因素。同時大光腔對稱結(jié)構(gòu)中側(cè)向模式限制也很弱，由溫度梯度 在側(cè)向上引起的折射率變化使得輸出模式變得不穩(wěn)定。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對808nm大功率量子阱激光器現(xiàn)有結(jié)構(gòu)存在的問題，提供一種非對稱結(jié)構(gòu)的無 鋁有源區(qū)808nm大功率量子阱激光器，此結(jié)構(gòu)激光器能夠增加P型材料區(qū)的光限制因子，降 低光向P型材料區(qū)的泄漏，減少高摻雜區(qū)的載流子光吸收損耗，提高激光器的工作效率，同 時該結(jié)構(gòu)提高了有源區(qū)對載流子的限制作用，降低了載流子的泄漏，有利于閾值電流的減小。
本發(fā)明提出的非對稱結(jié)構(gòu)的無鋁有源區(qū)808nm大功率量子阱激光器，其結(jié)構(gòu)由下至上依 次包括襯底、緩沖層、下限制層、下波導層、量子阱層、上波導層、上限制層、過渡層和歐 姆接觸層，襯底和緩沖層均為N型摻雜鎵砷材料，下限制層為N型鋁鎵銦磷材料，上限制層 為P型鋁鎵銦磷材料，過渡層為P型鎵銦磷材料，歐姆接觸層為P型鎵砷材料，上波導層和 下波導層采用無鋁材料鎵銦磷，量子阱層為銦鎵砷磷材料，上波導層、量子阱層和下波導層 共同組成無鋁有源區(qū)。
上限制層與上波導層之間具有一層厚度為50nm-150nm、帶隙寬于上限制層并由P型鋁鎵 銦磷材料形成的勢壘限制層。
下限制層和上限制層的鋁鎵銦磷材料為不同鋁組分材料，上限制層的鋁鎵銦磷材料中鋁 的重量含量為15%-25%，下限制層中鋁的重量含量為5%-15%。均為低鋁組分。
下波導層和上波導層的厚度不同，下波導層厚度為300nm-600nm,上波導層厚度為 150咖-300nm。
本發(fā)明采用非對稱無鋁有源區(qū)結(jié)構(gòu)形式，能夠增加P型材料區(qū)的光限制因子，降低光向 P型材料區(qū)的泄漏，減少高摻雜區(qū)的載流子光吸收損耗，提高激光器的工作效率，同時該結(jié) 構(gòu)提高了有源區(qū)對載流子的限制作用，降低了載流子的泄漏，也有利于閾值電流的減小。結(jié)構(gòu)能夠容易實現(xiàn)，并且具有非常好的重復性，能夠適合批量生產(chǎn)滿足市場需求。


附圖是本發(fā)明的非對稱無鋁有源區(qū)808nm大功率量子阱激光器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1、襯底，2、緩沖層，3、下限制層，4、下波導層，5、量子阱層，6、上波導層，
7、勢壘限制層，8、上限制層，9、過渡層，10、歐姆接觸層。
具體實施方式
如附圖所示，本發(fā)明的非對稱無鋁有源區(qū)808nm大功率量子阱激光器的結(jié)構(gòu)由下至上依 次為襯底l、緩沖層2、下限制層3、下波導層4、量子阱層5、上波導層6、勢壘限制層7、 上限制層8、過渡層9和歐姆接觸層10。襯底1用于在其上進行激光器各層材料的外延生長， 襯底為(100)面的N型高摻雜鎵砷材料。緩沖層2生長在襯底1上，為N型高摻雜鎵砷材料。 下限制層3生長在緩沖層2上，為N型鋁鎵銦磷材料。下波導層4生長在下限制層3上，為 鎵銦磷材料。量子阱層5生長在下波導層4上，為銦鎵砷磷材料。上波導層6生長在量子阱 層5上，為鎵銦磷材料。勢壘限制層7生長在上波導層6上，為P型鋁鎵銦磷材料。上限制 層8生長在勢壘限制層7上，為P型鋁鎵銦磷材料；過渡層9生長在上限制層8上，為P型 鎵銦磷材料；歐姆接觸層10生長在過渡層9上，為P型高摻雜鎵砷材料。上限制層8為低鋁組分的鋁鎵銦磷材料，鋁含量只有15%-25%，容易得到高摻雜、高質(zhì) 量的外延材料，能夠減小激光器的串聯(lián)電阻。
下限制層3和上限制層8為不同鋁組分的鋁鎵銦磷材料，下限制層的鋁含量更低，只有 5%-15%的含量，降低了 N型材料區(qū)與有源區(qū)的折射率差，提高了 P型材料區(qū)與有源區(qū)的折射 率差，有利于光場向N型材料區(qū)擴展，從而減少光吸收提高光電轉(zhuǎn)換效率并降低遠場發(fā)散角。
上限制層8與上波導層6之間具有一層50nm-150nm薄的、帶隙寬于上限制層8的由P型 鋁鎵銦磷材料形成的勢壘限制層7，容易形成強的載流子限制結(jié)構(gòu)，從而降低載流子的泄漏， 減小閾值電流，也有利于降低上限制層8的鋁組分和厚度。下波導層4、量子阱層5、上波導層6組成無鋁結(jié)構(gòu)的有源區(qū)，能夠提高腔面的光學災變 損傷閾值，從而提高激光器的最大輸出功率。下波導層4和上波導層6的厚度不同，下波導 層4厚度為300nm-600nm,上波導層厚度為150nm-300nm，有利于改變有源區(qū)和限制層的折射 率差，降低遠場發(fā)散角，并能夠降低溫度梯度對光場模式的影響。
本發(fā)明采用非對稱無鋁有源區(qū)結(jié)構(gòu)形式，結(jié)構(gòu)能夠容易實現(xiàn)，并且具有非常好的重復性， 能夠適合批量生產(chǎn)滿足市場需求。提高腔面的光學災變損傷閾值；在降低N型區(qū)的光限制因 子的同時增加了P型區(qū)的限制因子，有利于減少光吸收、提高轉(zhuǎn)換效率；提高了P面對載流 子的限制作用，降低了閾值電流。同時也有利于減小遠場發(fā)散角，實現(xiàn)低閾值、高效率的大 功率808nm半導體量子阱激光器。
權(quán)利要求
1.一種非對稱結(jié)構(gòu)的無鋁有源區(qū)808nm大功率量子阱激光器，其結(jié)構(gòu)由下至上依次包括襯底、緩沖層、下限制層、下波導層、量子阱層、上波導層、上限制層、過渡層和歐姆接觸層，其特征在于，襯底和緩沖層均為N型摻雜鎵砷材料，下限制層為N型鋁鎵銦磷材料，上限制層為P型鋁鎵銦磷材料，過渡層為P型鎵銦磷材料，歐姆接觸層為P型鎵砷材料，上波導層和下波導層采用無鋁材料鎵銦磷，量子阱層為銦鎵砷磷材料，上波導層、量子阱層和下波導層共同組成無鋁有源區(qū)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的非對稱結(jié)構(gòu)的無鋁有源區(qū)808nm大功率量子阱激光器，其特征在于， 所述上限制層與上波導層之間具有一層厚度為50nm-150nm、帶隙寬于上限制層并由P型鋁鎵 銦磷材料形成的勢壘限制層。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的非對稱結(jié)構(gòu)的無鋁有源區(qū)808nm大功率量子阱激光器，其特征在于, 所述下限制層和上限制層的鋁鎵銦磷材料為不同鋁組分材料，上限制層的鋁鎵銦磷材料中鋁 的重量含量為15%-25%，下限制層中鋁的重量含量為5%-15%。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的非對稱結(jié)構(gòu)的無鋁有源區(qū)808nm大功率量子阱激光器，其特征在于， 所述下波導層和上波導層的厚度不同，下波導層厚度為300nm-600nm，上波導層厚度為 150nm-300nm。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種非對稱結(jié)構(gòu)的無鋁有源區(qū)808nm大功率量子阱激光器，其結(jié)構(gòu)由下至上依次包括襯底、緩沖層、N型下限制層、下波導層、量子阱層、上波導層、勢壘限制層、P型上限制層、過渡層和歐姆接觸層，上波導層和下波導層采用無鋁材料鎵銦磷，量子阱層為銦鎵砷磷材料，波導層和量子阱層共同組成無鋁有源區(qū)，上限制層與上波導層之間具有一層厚度為50nm-150nm、帶隙寬于上限制層并由P型鋁鎵銦磷材料形成的勢壘限制層。本發(fā)明能夠增加P型材料區(qū)的光限制因子，降低光向P型材料區(qū)的泄漏，減少高摻雜區(qū)的載流子光吸收損耗，提高激光器的工作效率，同時該結(jié)構(gòu)提高了有源區(qū)對載流子的限制作用，降低了載流子的泄漏，也有利于閾值電流的減小。
文檔編號H01S5/00GK101340060SQ20081013879
公開日2009年1月7日 申請日期2008年8月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月11日
發(fā)明者任忠祥, 偉 夏, 新 張, 徐現(xiàn)剛, 李樹強, 李沛旭, 湯慶敏 申請人:山東華光光電子有限公司