[實(shí)用新型]脊型量子阱/量子點(diǎn)有源區(qū)的激光器結(jié)構(gòu)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201921835514.3
• 申請(qǐng)日: 2019-10-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN210838437U
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-06-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 董海亮;許并社;賈志剛;賈偉;張愛(ài)琴;梁建
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 太原理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H01S5/02
• 分類(lèi)號(hào): H01S5/02;H01S5/22;H01S5/34;H01S5/343
• 代理公司: 太原晉科知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 14110
• 代理人: 任林芳

本實(shí)用新型脊型量子阱/量子點(diǎn)有源區(qū)的激光器結(jié)構(gòu)，屬于半導(dǎo)體材料技術(shù)領(lǐng)域；提供了一種光譜發(fā)散角小、電光轉(zhuǎn)換效率效率高的脊型量子阱/量子點(diǎn)有源區(qū)的激光器結(jié)構(gòu)及其制備方法；該結(jié)構(gòu)包括偏角襯底以及在偏角襯底上依次設(shè)置的緩沖層、N型摻雜的限制層，N型摻雜的波導(dǎo)層，脊型波導(dǎo)層、有源層、P型摻雜的波導(dǎo)層、P型摻雜的限制層、頂層和電極接觸層，有源層包括從下到上依次設(shè)置的脊型下壘層、量子阱層、量子點(diǎn)蓋層和脊型上壘層，在量子阱層的表面上設(shè)置有多個(gè)量子點(diǎn)；本實(shí)用新型可廣泛應(yīng)用于激光器領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型脊型量子阱/量子點(diǎn)有源區(qū)的激光器結(jié)構(gòu)，屬于半導(dǎo)體材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)半導(dǎo)體激光器采用量子阱有源區(qū)結(jié)構(gòu)，它是在無(wú)偏角襯底上采用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積法生長(zhǎng)的量子阱有源區(qū)激光外延材料。該材料制備的激光器具有光譜半峰寬較寬、閾值電流高、束縛載流子能力弱、功率低等缺點(diǎn)。傳統(tǒng)量子點(diǎn)激光器存在聲子瓶頸效應(yīng)，載流子的注入效率低，嚴(yán)重影響了激光器的電光轉(zhuǎn)化效率。因此，傳統(tǒng)的大功率半導(dǎo)體激光器存在電光轉(zhuǎn)換效率和可靠性低等問(wèn)題。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型脊型量子阱/量子點(diǎn)有源區(qū)的激光器結(jié)構(gòu)，克服了現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供了一種光譜發(fā)散角小、電光轉(zhuǎn)換效率效率高的脊型量子阱/量子點(diǎn)有源區(qū)的激光器結(jié)構(gòu)及其制備方法。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案為：一種脊型量子阱/量子點(diǎn)有源區(qū)的激光器結(jié)構(gòu)，包括偏角襯底以及在偏角襯底上依次設(shè)置的緩沖層、N型摻雜的限制層，N型摻雜的波導(dǎo)層，脊型波導(dǎo)層、有源層、P型摻雜的波導(dǎo)層、P型摻雜的限制層、頂層和電極接觸層，有源層包括從下到上依次設(shè)置的脊型下壘層、量子阱層、量子點(diǎn)蓋層和脊型上壘層，在量子阱層的表面上設(shè)置有多個(gè)量子點(diǎn)。

進(jìn)一步的，所述偏角襯底所用材料為帶有偏角的GaAs襯底，GaAs襯底中的{100}晶面偏向{011}晶面，{100}晶面與{011}晶面之間的夾角為0～6度。

進(jìn)一步的，所述脊型下壘層、所述量子阱層、所述量子點(diǎn)、所述量子點(diǎn)蓋層和所述脊型上壘層形成單個(gè)脊型量子阱/量子點(diǎn)層，1～5個(gè)脊型量子阱/量子點(diǎn)層層疊形成所述有源層。

進(jìn)一步的，所述量子點(diǎn)的為球形或半球，其直徑為1～3nm。

一種脊型量子阱/量子點(diǎn)有源區(qū)的激光器結(jié)構(gòu)的制備方法，包括以下步驟：

清洗偏角襯底步驟：反應(yīng)室溫度為700～740 ℃時(shí)，通入氫氣并持續(xù)5～15分鐘，清洗掉GaAs襯底表面顆粒污染物和去除表面氧原子；

緩沖層生長(zhǎng)步驟：溫度降至650～680 ℃，三甲基鎵流量為90 sccm，砷烷流量為440 sccm，硅烷流量為50～100 sccm， N型摻雜濃度大于2×10¹⁸ cm^-3，生長(zhǎng)厚度為150～300nm的GaAs緩沖層；

N型摻雜的限制層生長(zhǎng)步驟：溫度保持不變，三甲基鎵流量為55 sccm，三甲基鋁流量為125 sccm，砷烷流量為440 sccm，硅烷流量為50～100sccm，N型摻雜濃度為大于2×10¹⁸ cm^-3，生長(zhǎng)N-Al_xGa_1-xAs限制層，其中0＜x＜0.5；

N型摻雜的波導(dǎo)層的生長(zhǎng)步驟：溫度保持不變，三甲基鎵流量為90 sccm，三甲基鋁流量為40 sccm，砷烷流量為600～1200 sccm，本底摻雜濃度為大于1×10¹⁶ cm^-3，生長(zhǎng)N-Al_xGa_1-x As波導(dǎo)層，其中0＜x＜0.2；

脊型波導(dǎo)層的生長(zhǎng)步驟：溫度升至680～700度，三甲基鎵流量為45 sccm，三甲基鋁流量為20 sccm，砷烷流量為300～600 sccm，生長(zhǎng)AlGaAs脊型波導(dǎo)層；