[實用新型]多量子阱半導體激光器

有效

• 申請號: 201220411336.3
• 申請日: 2012-08-03
• 公開（公告）號: CN202712685U
• 公開（公告）日: 2013-01-30
• 發明（設計）人: 張普;劉興勝;熊玲玲;王貞福;劉暉;聶志強
• 申請（專利權）人: 中國科學院西安光學精密機械研究所
• 主分類號: H01S5/343
• 分類號: H01S5/343
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 陳廣民

技術領域

本實用新型涉及一種半導體激光器器件，尤其是一種多量子阱半導體激光器。

背景技術

半導體激光器由于具有體積小、重量輕、使用電驅動、電光轉換效率高、壽命長等優點，在工業加工、軍事國防、醫療、全固態激光泵浦等領域獲得了廣泛應用。半導體激光器的發展趨勢是高功率、高亮度和長壽命。目前商用的大功率半導體激光器多為單量子阱半導體激光器，其單巴連續波輸出功率可達100W，準連續波輸出功率達250W，若進一步提高功率，必須將多個巴條組合為疊陣或者面陣的形式，但疊陣和面陣的體積過大，限制了半導體激光器的進一步應用。

相對于單量子阱半導體激光器(SQW)，多量子阱半導體激光器(MQW)有其獨特的優勢：在尺寸保持不變的情況下，多量子阱半導體激光器最高輸出功率可達單量子阱半導體激光器的n倍（n為量子阱層數）；在相同的工作電流下，多量子阱半導體激光器的輸出功率可達單量子阱半導體激光器的n倍。多量子阱半導體激光器理論上能夠大大提高輸出功率和亮度，有效降低系統尺寸及對大電流電源的需求，是半導體激光器的重要發展方向。

但目前多量子阱半導體激光器產品受限于散熱能力，導致難以達到預期的輸出功率，可靠性較低。例如萬春明等人在中國激光，2002，Vol.A29，No.12中報道了一種940nm無鋁雙量子阱列陣半導體激光器，在注入電流17.8A時連續波輸出功率僅為10W，斜率效率為1.09W/A。德國的OSRAM光電半導體公司推出的一種三層量子阱半導體激光器，功率為75W，工作模式為準連續波，波長為905nm。與目前商用的單量子阱半導體激光器相比，其輸出功率仍然較低，工作壽命較短。因此，研究新型的具有高效散熱能力的多量子阱半導體激光器對于高功率半導體激光器的發展具有重要意義。

實用新型內容

本實用新型提供了一種多量子阱半導體激光器，具有較高的散熱效率，實現大功率、高可靠的激光輸出。

為實現以上實用新型目的，本實用新型提出以下基本技術方案：

多量子阱半導體激光器，包括多個量子阱層以及設置于各量子阱層之間的勢壘層，其特殊之處在于：每個量子阱層設置有一個或多個發光區，相鄰量子阱層的發光區相互錯開。

基于上述基本的技術方案，較佳的方案如下：

上述多量子阱半導體激光器具體是由依次設置的N⁺-GaAs襯底、N⁺-GaAs緩沖層、N-AlGaAs上限制層、InGaP上波導層、多個所述GaInAsP量子阱層及相應的InGaP勢壘層、InGaP下波導層、P-AlGaAs下限制層、P-GaAs頂層、P⁺⁺-GaAs歐姆接觸層組成。

制備上述多量子阱半導體激光器的方法，包括以下步驟：

（1）在襯底上依次生長緩沖層、上限制層、上波導層、第一個量子阱層；

（2）通過離子注入的方法，使第一個量子阱層的部分區域形成非發光區，在該量子阱層中，非發光區之間的區域設置為發光區；

（3）依次生長勢壘層、下一個量子阱層；

（4）通過離子注入的方法使所述下一個量子阱層中的部分區域形成非發光區，非發光區之間的區域設置為發光區，并使該量子阱層的發光區與第一個量子阱層的發光區相互錯開；

（5）若設計的量子阱層數超過兩個，則按照步驟（3）、（4）繼續進行下一個量子阱層的生長并使該量子阱層的發光區與前一個量子阱層的發光區相互錯開；

（6）完成最后一個量子阱層后，依次生長下波導層、下限制層、頂層、歐姆接觸層，制備得到多量子阱半導體激光器。

上述制備方法具體的優選方案為：

步驟（1）是通過金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)法或分子束外延法（MBE）在N⁺-GaAs襯底上依次生長N⁺-GaAs緩沖層、N-AlGaAs上限制層、InGaP上波導層、GaInAsP第一量子阱層；

步驟（2）通過離子注入的方法，使第一量子阱層的部分區域形成非發光區，非發光區之間的區域為發光區，并在該量子阱層形成發光區-非發光區的周期分布；

步驟（3）是依次生長InGaP勢壘層、GaInAsP第二量子阱層；

步驟（4）是通過離子注入的方法使第二量子阱層中的區域形成非發光區，非發光區72之間的區域為第二量子阱層的發光區，第二量子阱層的發光區與第一量子阱層的發光區相互錯開；