[發明專利]一種685nmAlGaInP紅光半導體激光器

在審

• 申請號: 201611035239.8
• 申請日: 2016-11-22
• 公開（公告）號: CN108092132A
• 公開（公告）日: 2018-05-29
• 發明（設計）人: 朱振;張新;徐現剛
• 申請（專利權）人: 山東華光光電子股份有限公司
• 主分類號: H01S5/343
• 分類號: H01S5/343
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 楊樹云

一種685nm AlGaInP紅光半導體激光器，其結構從下至上依次為襯底、下緩沖層、下限制層、下波導層、量子阱層、上波導層、上限制層、上緩沖層和歐姆接觸層；下緩沖層為AlxIn1?xP組分漸變層，x由0.5線性漸變至0.4；上緩沖層為AlyIn1?yP組分漸變層，y由0.4線性漸變至0.5。本發明通過AlInP組分漸變緩沖層，使得限制層及波導層的In組分增加到0.6。相比于現有的與GaAs晶格匹配的AlGaInP紅光半導體激光器，本發明半導體激光器的量子阱層在低應變或者無應變條件下即可獲得685nm的激光輸出，不會存在高應變量帶來的缺陷，同時可以使用厚阱結構，提高半導體激光器的微分效率。

技術領域

本發明涉及一種685nm AlGaInP紅光半導體激光器，屬于半導體激光器技術領域。

背景技術

紅光半導體激光器具有體積小、壽命長、光電轉換效率高等優點，正在逐漸取代傳統的He-Ne氣體激光器及紅寶石固體激光器，并且廣泛應用于光盤讀寫系統、條形碼閱讀器、準直標線儀、醫療保健設備等領域。另外，它還是激光電視、便攜式投影儀等激光顯示設備的紅光光源。其中，波長為685nm的紅光半導體激光器主要用于醫療止痛及生物研究等方面。例如,685nm的激光照射牙齒部位時，可以改變神經系統對離子的通透性，在治療牙齒及口腔疾病時可以用來鎮痛。

早期的紅光半導體激光器使用AlGaAs材料體系，比如CD機用的780nm的AlGaAs半導體激光器。如果要達到685nm的發射波長，有源區的Al組分要達到30％。如此高的Al含量，很容易導致腔面被氧化，造成缺陷增加，影響激光器性能。而且隨著Al組分增加，其能帶接近間接帶隙，發光效率大幅下降。所以使用AlGaAs材料體系的685nm半導體激光器的性能比近紅外激光器要差很多，不能滿足醫療及科研對光源可靠性的要求。因此，帶隙更大的AlGaInP材料開始應用于紅光半導體激光器，并成為沿用至今的紅光主流材料。

中國專利文獻CN103124046A公開了一種紅光半導體激光器，包括襯底以及依次層疊設置于所述襯底上的緩沖層、N型下限制層、下波導層、量子阱層、上波導層、P型上限制層、過渡層以及電極接觸層，所述上波導層和所述下波導層均為鋁鎵銦磷材料，且所述上波導層的材料組分為Alx1Gay1In0.49P，所述下波導層的材料組分為Alx2Gay2In0.49P，其中x1>x2，y1<y2，x1+y1+0.49＝1，x2+y2+0.49＝1。通過優化各層組分及厚度能夠減少對光的總吸收，提高半導體激光器的特性，增加半導體激光器的效率。此發明激光器使用的AlGaInP材料中In占比為0.49，晶格常數與襯底GaAs是匹配的，量子阱GaInP由于具有一定厚度，其應變不能太大，即In組分不能偏離0.49太多，所以其激射波長在630-640nm的范圍，離685nm尚有一定的距離。

日本非專利文獻Jpn.J.Appl.Phys.,1997,Vol.36,pp.2666-2670報道了一種高可靠性50-60mW級別685nm窗口結構的半導體激光器。利用固態擴Zn方法在3英寸襯底上制備了均勻性好且可靠性高的685nm半導體激光器，能夠在80度穩定工作，且壽命長達10000小時。文獻中使用與GaAs襯底匹配的限制層與波導層，使用8nm的大應變(約1％)雙量子阱結構實現685nm的激光輸出。如此高的壓應變量容易造成界面不平整，如果量子阱厚度超出臨界厚度，則會出現大量位錯，降低激光器的輻射復合效率。