[發明專利]一種具有電子阻擋層的GaSb基中紅外激光器的外延結構

在審

• 申請號: 201410346740.0
• 申請日: 2014-07-21
• 公開（公告）號: CN105281201A
• 公開（公告）日: 2016-01-27
• 發明（設計）人: 安寧;劉國軍;劉超;李占國;劉鵬程;何斌太;常量;馬曉輝;席文星
• 申請（專利權）人: 長春理工大學
• 主分類號: H01S5/343
• 分類號: H01S5/343
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及半導體激光器外延技術領域，特別是一種具有電子阻擋層的GaSb基中紅外半導體激光器的外延結構。

背景技術

GaSb基中紅外半導體激光器在醫療保健、激光光通訊、激光雷達及痕量氣體監測等領域中有著重要的應用，受到人們廣泛關注。通過調節有源區量子阱材料InGaAsSb中的In組分，可使其發光波長覆蓋1.3μm(GaAsSb)到遠紅外12μm(InAsSb)光譜領域。對于該波段的激光器，有源區量子阱內容易發生Auger復合。Auger復合所造成的高能載流子在限制層內的泄露是影響激光器閾值電流及特征溫度的主要因素。同時，與其他半導體材料相比，銻化物電子遷移率較高，在p型限制層泄漏現象更為明顯。另外，電子在p型限制層內的泄漏產生的熱量將使激光器的結溫升高，嚴重影響器件壽命。因此，如何改善有源區量子阱內Auger復合所造成的高能電子在限制層內泄漏是提高GaSb基中紅外半導體激光器轉換效率和穩定性的主要問題。

現有技術中，采用增加量子阱阱數的方法抑制電子在p型限制層泄漏。量子阱阱數增多可提高阱內對電子的束縛能力。但是阱數過多，不僅會造成外延材料浪費，同時也增加了器件的內損耗，使得激光器室溫閾值電流變大，輸出效率降低，器件性能反而下降。

鑒于此，有必要提供一種具有電子阻擋層的GaSb基中紅外半導體激光器的外延結構克服上述缺點。

發明內容

本發明目的是提供一種具有電子阻擋層的GaSb基中紅外半導體激光器的外延結構。它能夠減少量子阱內的Auger復合，抑制量子阱中導帶電子向p型限制層的溢出，從而有效降低器件的閾值電流，提高特征溫度。

為了達到上述發明目的，本發明的技術方案以如下方式實現：

一種具有電子阻擋層的GaSb基中紅外半導體激光器的外延結構，包括GaSb襯底、緩沖層、n型限制層、n型波導層、有源區、p型波導層、電子阻擋層和p型限制層，所述電子阻擋層位于p型波導層和p型限制層之間。

在上述一種具有電子阻擋層的GaSb基中紅外半導體激光器的外延結構中，所述電子阻擋層導帶電勢高于p型限制層導帶電勢。

在上述一種具有電子阻擋層的GaSb基中紅外半導體激光器的外延結構中，所述緩沖層是和襯底材料晶格常數相等或接近的材料，如GaSb、AlSb等。

在上述一種具有電子阻擋層的GaSb基中紅外半導體激光器的外延結構中，所述n型限制層、下波導層、上波導層、電子阻擋層、p型限制層是可以和襯底匹配的材料，如AlGaAsSb、AlInGaAsSb等。

在上述一種具有電子阻擋層的GaSb基中紅外半導體激光器的外延結構中，所述有源區是InGaAsSb/AlGaAsSbI型量子阱、GaAsSb/GaAsII型量子阱或InAs/(In)GaSb破隙型量子阱。

在上述一種具有電子阻擋層的GaSb基中紅外半導體激光器的外延結構中，所述電子阻擋層是非摻雜的。

在上述一種具有電子阻擋層的GaSb基中紅外半導體激光器的外延結構中，所述電子阻擋層的組分是變化的，其中Al組分變化范圍是從0到1。

在上述一種具有電子阻擋層的GaSb基中紅外半導體激光器的外延結構中，所述電子阻擋層中Al組分沿著從p型波導層到p型限制層的方向增加。

同現有技術相比，本發明通過在p型波導層和p型限制層之間設置電子阻擋層，抑制量子阱內的Auger復合，阻止減少量子阱中導帶電子向p型限制層的泄漏，降低激光器閾值電流，提高激光器特征溫度。電子阻擋層采用組分漸變可降低異質結界面上的電壓降，避免突變波導中界面帶來的損耗；同時減少外延層中的晶體缺陷，提高異質結界面質量，保證器件性能。

附圖說明

圖1是本發明中一種具有電子阻擋層的GaSb基中紅外半導體激光器的外延結構的示意圖。

圖2是本發明中一種GaSb基中紅外半導體激光器的結構示意圖。

圖3是現有技術中GaSb基中紅外半導體激光器的載流子濃度分布圖。

圖4是本發明中一種具有電子阻擋層的GaSb基中紅外半導體激光器的載流子濃度分布圖。

圖5是現有技術中GaSb基中紅外半導體激光器的能帶圖。

圖6是本發明中一種具有電子阻擋層的GaSb基中紅外半導體激光器的能帶圖。

圖7是本發明中一種具有電子阻擋層的GaSb基中紅外半導體激光器與現有技術中GaSb基中紅外半導體激光器的俄歇復合率對比圖。