專利名稱：反波導(dǎo)大光學(xué)腔半導(dǎo)體激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種大光學(xué)腔半導(dǎo)體激光器，屬于半導(dǎo)體光電子器件技術(shù)領(lǐng)域。
技術(shù)背景大光學(xué)腔半導(dǎo)體激光器具有寬波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，降低了波導(dǎo)的功率密度，提高了半導(dǎo)體激光器 的輸出功率?，F(xiàn)有大光學(xué)腔半導(dǎo)體激光器其波導(dǎo)結(jié)構(gòu)主要有均勻折射率分布結(jié)構(gòu)、正向線性 漸變折射率結(jié)構(gòu)及正向臺階狀折射率分布結(jié)構(gòu)。2001年5月15日出版的Optics Communications 第192期第69 75頁對具有均勻折射率分布結(jié)構(gòu)波導(dǎo)的大光學(xué)腔半導(dǎo)體激光器做了介紹；1991 年4月出版的正EE Photonics Technology Letters第3巻第4期第308 310頁對具有正向線性漸變 折射率結(jié)構(gòu)波導(dǎo)的大光學(xué)腔半導(dǎo)體激光器做了報道，見圖1所示，所述的激光器的外延結(jié)構(gòu)包 括襯底l、上下兩層對稱的限制層2、上下兩層對稱的波導(dǎo)層3、多個量子阱有源層4及歐姆接 觸層5，波導(dǎo)層3的折射率n自量子阱有源層4至限制層2呈現(xiàn)正向線性漸變，或者說逐漸減小； 2003年11月出版的正EE Photonics Technology Letters第15巻第ll期第1507 1509頁對具有正向 臺階狀折射率分布結(jié)構(gòu)波導(dǎo)的大光學(xué)腔半導(dǎo)體激光器做了報道。 發(fā)明內(nèi)容波導(dǎo)結(jié)構(gòu)相同，有效波導(dǎo)寬度增加，激光器輸出功率增加；散熱改善，壽命延長，從而 可靠性提高。因此，為了提高現(xiàn)有大光學(xué)腔半導(dǎo)體激光器的輸出功率和可靠性，我們發(fā)明了 一種反波導(dǎo)大光學(xué)腔半導(dǎo)體激光器。本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，見圖2所示，反波導(dǎo)大光學(xué)腔半導(dǎo)體激光器的外延結(jié)構(gòu)包括襯底 1、限制層2、波導(dǎo)層3、量子阱有源層4及歐姆接觸層5。波導(dǎo)層3分上、下兩層，材料組 分反向線性漸變，波導(dǎo)層3結(jié)構(gòu)為反向線性漸變折射率結(jié)構(gòu)，靠近量子阱有源層4處的折射 率較小，隨著向限制層2的靠近，折射率逐漸增大。本發(fā)明的技術(shù)效果在于，具有反向線性漸變折射率結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)層3使得激光器波導(dǎo)模場 向量子阱有源層4以外產(chǎn)生較大擴展，波導(dǎo)模場體積變大，激光器的光學(xué)限制因子變小，根 據(jù)波導(dǎo)理論計算，本發(fā)明的一個具體方案其激光器的光學(xué)限制因子為2.2%，而現(xiàn)有具有均勻 折射率分布結(jié)構(gòu)波導(dǎo)(取線性漸變波導(dǎo)的平均組分)的激光器的光學(xué)限制因子為3.4%，而現(xiàn) 有的具有正向線性漸變折射率結(jié)構(gòu)波導(dǎo)的激光器的光學(xué)限制因子為4.2%，因此，本發(fā)明之激 光器的波導(dǎo)寬度得到明顯增加，有效發(fā)光尺寸增加，激光器工作時的腔面光功率密度減小， 激光器的最大光功率輸出從而得到有效提高，提高幅度達(dá)50%;量子阱有源層4的光功率密 度減小，有源區(qū)在大注入條件下的載流子空間燒孔現(xiàn)象減輕，激光器的電光轉(zhuǎn)換效率得到提
高，從而激光器的光束質(zhì)量得到改善。
具體實施方式
如圖2所示，反波導(dǎo)大光學(xué)腔半導(dǎo)體激光器外延結(jié)構(gòu)包括襯底l、限制層2、波導(dǎo)層3、 量子阱有源層4及歐姆接觸層5。襯底1為激光器外延生長的基底；限制層2分上、下兩層， 材料組分均勻，厚度為0.7 1.5微米，其作用是激光器波導(dǎo)的光學(xué)限制和波導(dǎo)層3內(nèi)注入載 流子的溢出限制；波導(dǎo)層3分上、下兩層，材料組分反向線性漸變，波導(dǎo)層3結(jié)構(gòu)為反向線 性漸變折射率結(jié)構(gòu)，靠近量子阱有源層4處的折射率較小，隨著向限制層2的靠近，折射率 逐漸增大，波導(dǎo)層3厚度為0.1~0.6微米，其作用是限制量子阱有源層4內(nèi)注入載流子的溢出 和改善激光器波導(dǎo)的性能；量子阱有源層4為激光器發(fā)光區(qū)，材料組分均勻，根據(jù)激光器的 閾值，量子阱數(shù)量為1 4個，單個量子阱的厚度為7 20納米，多量子阱有源層可優(yōu)化激光 器的閾值電流水平，使激光器具有較低的激射閾值。采用半導(dǎo)體薄膜晶體材料的外延生長方 法如分子束外延(MBE)或者金屬有機化合物氣相沉積(MOCVD)依次生長激光器外延結(jié) 構(gòu)所包含的限制層2、波導(dǎo)層3、量子阱有源層4及歐姆接觸層5。下面結(jié)合實例說明本發(fā)明，襯底l為(100)取向、Si摻雜濃度l 2xlO"cn^的GaAs晶 體材料；限制層2 (下)為厚度0.8微米、Si摻雜濃度lxlO m—s的N型Alo.55Gao.45As晶體 薄膜；波導(dǎo)層3 (下)為厚度0.4微米、非有意摻雜的線性漸變組分Alai9~().35Ga().81~,AS晶 體薄膜，Al、 Ga組分含量線性漸變，使得該波導(dǎo)層具有反向線性漸變折射率結(jié)構(gòu)；量子阱有 源層4包括單層厚度為8納米的兩個AlG.Q7Gao.93AS量子阱及位于其中的厚度為12納米的 Al0.35Gao.65As勢壘層；波導(dǎo)層3 (上)為厚度0.4微米、非有意摻雜的線性漸變組分 Al0.35-ai9Gao.65-a81As晶體薄膜，Al、 Ga組分含量線性漸變，使得該波導(dǎo)層具有反向線性漸變 折射率結(jié)構(gòu)；限制層2 (上)為厚度0.8微米、Be慘雜濃度lxl018cm-3的P型Al。.55Gao.45As 晶體薄膜；歐姆接觸層5為厚度0.15微米、Be摻雜濃度2xl019cm'3的P型GaAs晶體薄膜。 具有上述結(jié)構(gòu)的激光器的光學(xué)限制因子為2.2%，因此，本發(fā)明之激光器的波導(dǎo)寬度得到明顯 增加。采用MBE方法，在(100)取向、Si摻雜濃度1 2xl0"cn^的GaAs襯底1上依次生 長厚度0.8微米、Si摻雜濃度lxl018cm'3的N型Al0.55Gao.45As限制層2 (下)；厚度0.4微米、非有意摻雜的線性漸變組分Al(U9 ().35Gao.8卜().65As波導(dǎo)層3 (下)；厚度8納米Al謹(jǐn)Ga固As量子阱； 厚度12納米的Ala35Gao.65As勢壘層； 厚度8納米AlQ.Q7Gao.93As量子阱；厚度0.4微米、非有意摻雜的線性漸變組分A1().35—。.19000.65.().81八8波導(dǎo)層3 (上)；厚度0.8微米、Be摻雜濃度lxl018cnT3的P型Ala55Gao.45As限制層2 (上)； 厚度0.15微米、Be摻雜濃度2xl019cm—3的P型GaAs歐姆接觸層5。


圖l是現(xiàn)有具有正向線性漸變折射率結(jié)構(gòu)波導(dǎo)的大光學(xué)腔半導(dǎo)體激光器外延結(jié)構(gòu)及波導(dǎo) 層的折射率自量子阱有源層至限制層呈現(xiàn)正向線性漸變情況示意圖。圖2是本發(fā)明之反波導(dǎo)大 光學(xué)腔半導(dǎo)體激光器外延結(jié)構(gòu)及波導(dǎo)層折射率變化情況示意圖。
權(quán)利要求
1、一種反波導(dǎo)大光學(xué)腔半導(dǎo)體激光器，其外延結(jié)構(gòu)包括襯底(1)、限制層(2)、波導(dǎo)層(3)、量子阱有源層(4)及歐姆接觸層(5)，波導(dǎo)層(3)分上、下兩層，其特征在于，波導(dǎo)層(3)材料組分反向線性漸變，波導(dǎo)層(3)結(jié)構(gòu)為反向線性漸變折射率結(jié)構(gòu)，靠近量子阱有源層(4)處的折射率較小，隨著向限制層(2)的靠近，折射率逐漸增大。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體激光器，其特征在于，限制層(2)分上、下兩層，材料 組分均勻，厚度為0.7 1.5微米。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體激光器，其特征在于，波導(dǎo)層(3)厚度為0.1 0.6微米。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體激光器，其特征在于，量子阱有源層(4)材料組分均 勻，量子阱數(shù)量為1 4個，單個量子阱的厚度為7 20納米。
全文摘要
反波導(dǎo)大光學(xué)腔半導(dǎo)體激光器屬于半導(dǎo)體光電子器件技術(shù)領(lǐng)域。該領(lǐng)域已知技術(shù)難以有效降低激光器波導(dǎo)的光學(xué)限制因子，增加有效波導(dǎo)寬度，從而提高輸出功率，同時使器件的閾值電流保持在較低水平。本發(fā)明之反波導(dǎo)大光學(xué)腔半導(dǎo)體激光器的波導(dǎo)層采用反向線性漸變折射率結(jié)構(gòu)，有效降低激光器波導(dǎo)的光學(xué)限制因子，增加有效波導(dǎo)寬度，采用多量子阱有源層使得器件具有較低的閾值電流。該技術(shù)方案可應(yīng)用于各類大功率半導(dǎo)體激光光源的制造。
文檔編號H01S5/00GK101159366SQ20071015382
公開日2008年4月9日 申請日期2007年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月12日
發(fā)明者喬忠良, 鵬 盧, 軼 曲, 輝 李, 王玉霞, 薄報學(xué), 欣 高 申請人:長春理工大學(xué)