[實用新型]一種應變補償型半導體激光器結構

有效

• 申請號: 201720944655.3
• 申請日: 2017-07-31
• 公開（公告）號: CN207069288U
• 公開（公告）日: 2018-03-02
• 發明（設計）人: 韋欣;徐建人
• 申請（專利權）人: 嘉興海創激光科技有限公司
• 主分類號: H01S5/343
• 分類號: H01S5/343
• 代理公司: 嘉興啟帆專利代理事務所(普通合伙)33253
• 代理人: 李伊飏

技術領域

本專利涉及光電子學領域，特別涉及一種應變補償型半導體激光器結構。

背景技術

光纖激光器是由泵浦源，耦合器，摻稀土元素光纖，諧振腔等部件構成。作為繼CO₂激光器和固體激光器之后的第三代激光器，與傳統二氧化碳激光器相比，具有 20% 耗電、10%體積、4倍速度快、20%轉換效率高等優點。

高功率光纖激光器將半導體激光器泵浦技術和雙包層光纖摻雜制造技術有機結合起來，吸收兩者優勢，將高功率、低亮度、廉價的多模半導體激光器光通過泵浦雙包層光纖結構，實現高亮度、衍射受限的單模激光輸出，大大提高了耦合及轉換效率，增加了輸出激光功率。

半導體激光器抽運源作為光纖激光器中的唯一有源器件，其成本占整個光纖激光器的60~70%，并且決定了整個激光器的可靠性和穩定性，是光纖激光器的關鍵器件，對光纖激光器的可靠性、壽命和制作成本等影響至關重要。

半導體激光器的外延結構是其獲得高性能的根本，也其優化也是改善其性能中最關鍵的一環。它是一個PN結結構。通常的半導體激光器結構包括有源區、限制層、波導層、接觸層等。

有源區是由窄帶隙的量子阱和帶隙相對較寬的勢壘構成，其數量可以為一，稱為單量子阱；也可以為兩個以上，稱為多量子阱。為了改善阱材料的能帶特性，采用加入應變的形式。應變的引入會帶來許多新的特征，如材料中能帶結構的改變、輕重空穴帶分離、空穴有效質量的減小、態密度改善、透明載流子濃度降低、微分增益增大等。這些特性在某種程度上影響了半導體激光器的性能，尤其是激光器的增益特性。

通常來講，施加應變越大，對增益特性的改善越明顯，但是，由于在外延生長中，應變材料的無位錯生長受到臨界厚度的限制。盡管這一臨界厚度可能隨生長條件發生一定的變化，但總體來講，這一臨界厚度總是存在的，并且和應變層中應變的大小直接相關?？梢哉J為，超過這一臨界厚度，應變材料就會由產生失配位錯的方式釋放應力。而位錯在材料中會形成非輻射復合中心，從而降低輻射發光的效率。

為了克服應變量子阱的這一弊端，我們在本專利中采用了應變補償量子阱結構進行高功率半導體激光器的制作。

發明內容

本實用新型是要提供一種應變補償型半導體激光器結構，在上述結構中使用應變方向與量子阱中阱材料相反的材料做壘材料，來平衡阱材料的應變，減小宏觀應變，推遲或者抑制位錯的產生，器件的最大輸出功率有效提高。

為了實現上述目的，本實用新型采用了如下技術方案：

一種應變補償型半導體激光器結構，包括襯底層以及在所述襯底層由下至上依次生長的緩沖層、下限制層、下波導層、有源層、上波導層、上限制層和歐姆接觸層，所述有源層為應變補償量子阱材料。

優選地，所述應變補償量子阱材料包括壓應變阱材料和張應變壘材料，所述壓應變阱材料和張應變壘材料交替排列構成所述有源層。

優選地，所述壓應變阱材料為InGaAs材料，張應變壘材料為GaAsP材料或AlGaAsP材料。

優選地，所述InGaAs材料的厚度為3~12nm，所述GaAsP材料或AlGaAsP材料的厚度為5~15nm。

優選地，所述的襯底層為GaAs材料。

優選地，所述上限制層與所述下限制層為AlGaAs材料。

優選地，所述上波導層與所述下波導層為AlGaAs材料。

優選地，所述緩沖層為GaAs材料，所述緩沖層厚度為0.02~2μm。

優選地，所述下限制層的厚度為0.5~2.5μm。

優選地，所述上波導層的厚度為0.1~0.8μm，所述下波導層的厚度為0.1~0.8μm。

本實用新型提出的應變補償型半導體激光器結構，與傳統結構相比，本實用新型的有源層為壓應變量子阱材料，具體的有源層為InGaAs/GaAsP量子阱材料，摻雜類型為非故意摻雜，其中InGaAs材料為阱材料，厚度為3~12nm；GaAsP為壘材料，厚度為5~15nm；有源層的阱材料晶格常數大于襯底材料GaAs，壘材料晶格常數小于襯底材料GaAs，為壓應變，如此設計有效克服應變材料超過臨界厚度后，應變材料就會由產生失配位錯的方式釋放應力，且位錯在材料中會形成非輻射復合中心，從而降低輻射發光的效率的這一弊端，不僅能夠改善晶體質量，而且提高了器件結構的增益和輸出功率。

附圖說明

圖1為本實用新型的應變補償型半導體激光器結構示意圖；

圖2為本實用新型有源區量子阱的具體結構示意圖；