[發明專利]雙波長銻化物應變量子阱半導體激光器及其制備方法

有效

• 申請號: 201310029832.1
• 申請日: 2013-01-25
• 公開（公告）號: CN103078252A
• 公開（公告）日: 2013-05-01
• 發明（設計）人: 邢軍亮;張宇;王國偉;王娟;王麗娟;任正偉;徐應強;牛智川
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: H01S5/343
• 分類號: H01S5/343
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 任巖

技術領域

本發明屬于半導體光電技術領域，本發明涉及一種波長為1.83μm與2.0μm的雙波長銻化物應變量子阱半導體激光器及其制備方法。

背景技術

2～5μm波段是極其重要的大氣透射窗口，在這一波段有望實現自由空間通訊；同時非對稱雙原子和多原子分子氣體在2～5μm波段下存在強的吸收峰，尤其是大量污染性氣體分子(NH₃(2.1μm)，HF(2.5μm)，CH₄(2.35μmand3.3μm)，HCHO(3.5μm)，HCl(3.5μm)，CO(2.3μm))，因而激射波長處于此波段的GaSb基中遠紅外激光器器件在通訊與氣體分子譜方向有著重要的用途。

GaSb基I類應變量子阱激光器經過數十年的發展，室溫下的連續激射性能得到了顯著地提升，而且已經將激射波長擴展到了3.73μm。1997年麻省理工大學Garbanzo，D.Z.等人首先獲得了I類GaSb基量子阱激光器波長在2μm的室溫連續激射，腔長2mm的激光器室溫下連續激射功率達到了1.9W，此后他們又實現了波長為2.3～2.7μm波段激光器的室溫下連續激射；2004年紐約大學石溪分校的L.Shterengas等人將λ＝2.4μm的激光器室溫連續輸出功率提高的到了1W，脈沖功率為9W，光電轉換效率高達17.5％，該研究小組將這類激光器的工作波長不斷地延伸到了3.6μm，并且實現了3μm以上波段百毫瓦級的室溫連續激射。在GaSb基脊型激光器性能提升的基礎上，各研究小組不僅對激光器的材料生長做了大量研究，實現了高可靠低鋁組分激光器；而且對器件結構進行了拓展設計，制備了GaSb基的VCSEL、DFB、碟式結構的激光器。

發明內容

(一)要解決的技術問題

有鑒于此，本發明的主要目的在于提供一種可以實現1.83μm與2.0μm室溫下連續激射的雙波長銻化物應變量子阱半導體激光器及其制備方法，以提高雙色激光器的內部量子效率，實現單一GaSb基激光器芯片室溫下1.83μm與2.0μm波段的連續激射，提高激光器芯片的集成度。

(二)技術方案

為了實現上述目的，本發明提供了一種雙波長銻化物應變量子阱半導體激光器，該激光器由下至上依次包括n型電極1、n型襯底2、緩沖層3、第一n型下限制層4、第一下波導層5、第一有源區6、第一上波導層7、第一p型上限制層8、隧穿pn結9、第二n型下限制層10、第二下波導層11、第二有源區12、第二上波導層13、第二p型上限制層14、蓋層15、SiO₂掩膜16和p型電極17，且該激光器為邊發射的脊型激光器，其中，第一有源區6與第二有源區12的量子阱波導層與勢壘層均采用非摻雜的低Al組分的Al_0.4Ga_0.6As_0.03Sb_0.97材料，限制層均采用高Al組分的Al_0.75Ga_0.25As_0.05Sb_0.95材料，p型限制層采用摻雜元素為Be，n型限制層采用的摻雜元素為Te。

為了實現上述目的，本發明還提供了一種制備雙波長銻化物應變量子阱半導體激光器的方法，包括：

步驟1：激光器外延片生長：在襯底上依次生長GaSb緩沖層、第一n型下限制層、第一下波導層、第一有源區、第一上波導層、第一p型上限制層、隧穿pn結、第二n型下限制層、第二下波導層、第二有源區、第二上波導層、第二p型上限制層和GaSb蓋層；

步驟2：光刻脊型波導，在非選擇性濕法刻蝕GaSb蓋層與第二p型上限制層，形成激光器的脊型波導，采用PECVD方法在形成的脊型波導上淀積SiO₂層，采用氫氟酸緩沖溶液(BOE)腐蝕SiO₂層，制備電極接觸窗口；然后在制備的電極接觸窗口及未被腐蝕的SiO₂層之上電子束蒸發淀積P型電極；最后對襯底背面進行減薄，在減薄后的襯底背面制作n型電極；

步驟3：解離管芯，將P型電極所在一面向下焊接在鍍In的銅熱沉上，采用TO₃管殼進行封裝，完成激光器的制作。

(三)有益效果

從上述技術方案可以看出，本發明具有以下有益效果：