[發(fā)明專利]一種用于醫(yī)療美容激光器的量子阱/量子點混合激光芯片結(jié)構(gòu)

在審

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• 申請日: 2017-02-28
• 公開（公告）號: CN106877173A
• 公開（公告）日: 2017-06-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李林森
• 申請（專利權(quán)）人: 蘇州達沃特光電科技有限公司
• 主分類號: H01S5/34
• 分類號: H01S5/34;H01S5/343
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于激光器技術(shù)領(lǐng)域，涉及到一種用于醫(yī)療美容激光器的量子阱/量子點混合激光芯片，該激光芯片將量子點結(jié)構(gòu)嵌入量子阱結(jié)構(gòu)形成混合有源層，可以使得發(fā)射激光的閾值電流更低，長期穩(wěn)定性更好，是一種新型激光芯片外延結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

1~3微米波段的激光器、光電探測器及焦平面陣列在眾多領(lǐng)域均有重要的應(yīng)用，例如超低損耗光纖通信及自由空間光通信、醫(yī)療美容美白、衛(wèi)星遙感成像、氣體探測、激光測風(fēng)雷達、物質(zhì)檢測光譜儀器等。

隨著人們生活水平的不斷提高，在滿足了吃、穿、住等方面的需求后，對外在美麗的需求使得整形美容行業(yè)迅速崛起，據(jù)不完全統(tǒng)計，全球醫(yī)療美容行業(yè)的規(guī)模已經(jīng)達到了千億美元的規(guī)模。其中1~3微米波段的低功率激光可以有效地去除皮膚的死皮、角質(zhì)等，達到美容美白去除皺紋的功效，且完全無副作用。

目前，1~3微米波段的激光器以多量子阱結(jié)構(gòu)為主，其基材及外延量子阱結(jié)構(gòu)根據(jù)實際的應(yīng)用需求做不同的設(shè)計。AlInGaAs/InP材料的導(dǎo)帶偏移為ΔEc=0.72ΔEg，InGaAsP/InP材料的ΔEc=0.4ΔEg，因此，AlInGaAs/InP的量子阱材料體系能更有效地阻止高溫、大注入下載流子的泄漏，改善激光器的高溫特性。另一方面，由于載流子在3個維度受到量子限制，半導(dǎo)體量子點具有類似于原子的分立能級，并展現(xiàn)出許多獨特的光學(xué)、電學(xué)性能。因此在多量子阱結(jié)構(gòu)中嵌入量子點結(jié)構(gòu)，可以使得半導(dǎo)體激光器具有更低的閾值電流密度、更高的微分增益、更高的穩(wěn)定性以及更高的調(diào)制速率等優(yōu)越性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出一種用于醫(yī)療美容激光器的量子阱/量子點混合激光芯片，采用將量子點結(jié)構(gòu)有效地嵌入量子阱結(jié)構(gòu)形成混合有源層，可以使得未來的激光器芯片發(fā)射激光的閾值電流更低，長期穩(wěn)定性更好。

本發(fā)明的實施例的技術(shù)方案如下：

一種用于醫(yī)療美容激光器的量子阱/量子點混合激光芯片,其特征在于，包括：

N型襯底層；

漸變波導(dǎo)層，所述漸變波導(dǎo)層位于所述N型襯底層上；

量子阱/量子點混合有源層，所述量子阱/量子點混合有源層位于所述漸變波導(dǎo)層上；

刻蝕阻擋層，所述刻蝕阻擋層與所述漸變波導(dǎo)層之間設(shè)置所述漸變波導(dǎo)層；

P型層，所述P型層位于所述刻蝕阻擋層上；

帽層，所述帽層位于所述P型層上;

其中，所述量子阱/量子點混合有源層為采用采用分子束外延方法將量子點結(jié)構(gòu)嵌入量子阱結(jié)構(gòu)制備的混合有源層，該結(jié)構(gòu)可以兼容量子阱材料優(yōu)良的高溫特性，以及量子點的量子能帶特性，極大地降低激光器的閾值電流密度，提高激光器長期工作穩(wěn)定性。

進一步具體地，所述N型襯底層由N型磷化銦（N-InP）制備而成。

進一步具體地，所述漸變波導(dǎo)層采用鋁銦鎵砷（Al_X1→X2Ga）In_Y1As四元組分結(jié)構(gòu)，其中所述Al元素的組分由X1漸變至X2，X1大于X2。

進一步具體地，所述量子阱/量子點混合有源層為鋁銦鎵砷/銦砷/鋁銦鎵砷（Al_X3Ga）In_Y2As/InAs/（Al_X4Ga）In_Y3As多層循環(huán)結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，所述量子阱/量子點混合有源層的循環(huán)層數(shù)為5-10層。

進一步具體地，所述刻蝕阻擋層為銦鎵砷磷（In_0.85GaAs_0.33P）四元結(jié)構(gòu)。

進一步具體地，所述P型層由P型磷化銦（P-InP）制備而成。

進一步具體地，所述帽層為銦鎵砷In_0.53Ga_0.47As三元結(jié)構(gòu)。

具體地，所述N型襯底層厚度為400~500微米；所述漸變波導(dǎo)層厚度為0.15~0.2微米；所述量子阱/量子點混合有源層厚度為0.1~0.2微米；所述刻蝕阻擋層厚度為0.02微米；所述P型層厚度為1.5~2微米；所述帽層厚度為0.15~0.25微米。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點：

首先，本發(fā)明的量子阱/量子點混合激光芯片的激光發(fā)射有源層為量子阱/量子點混合的結(jié)構(gòu)，可以兼容量子阱材料優(yōu)良的高溫特性，以及量子點的量子能帶特性，極大地降低激光器的閾值電流密度，提高激光器長期工作穩(wěn)定性。

其次，本發(fā)明所述激光芯片采用外延結(jié)構(gòu)，具有兩個相互對稱的漸變波導(dǎo)層，AlGaInAs層中的Al組分在波導(dǎo)層中有規(guī)律的變化，用于形成激光折射反射，提高激器的輸出效率。