[實用新型]長波長GaInNAs/InGaAs復合量子點垂直腔面發射激光器

有效

• 申請號: 201922134675.6
• 申請日: 2019-12-02
• 公開（公告）號: CN210693015U
• 公開（公告）日: 2020-06-05
• 發明（設計）人: 黃珊珊;黃輝廉;文宏;葉旺;劉建慶
• 申請（專利權）人: 中山德華芯片技術有限公司
• 主分類號: H01S5/183
• 分類號: H01S5/183;H01S5/30
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 馮炳輝

本實用新型公開了一種長波長GaInNAs/InGaAs復合量子點垂直腔面發射激光器，包括n型GaAs襯底，n型GaAs襯底上表面由下至上依次設置有n型GaAs緩沖層、n型DBR、非摻雜量子點有源層和p型DBR，p型DBR和n型GaAs襯底上分別制備有上、下電極；非摻雜量子點有源層由非摻雜GaInNAs/InGaAs復合量子點和非摻雜GaAs勢壘層混合而成，非摻雜GaInNAs/InGaAs復合量子點的內部為呈3D島狀結構的GaInNAs量子點，外部為InGaAs包覆層，通過調整InGaAs包覆層中的銦的含量來緩沖GaInNAs量子點與非摻雜GaAs勢壘層間由晶格常數差異導致的應力，通過調整GaInNAs量子點中的氮及銦的含量來控制激光器的發射波長達到1.31至1.55μm。本實用新型具有更低的閾值電流、更窄的光譜線寬、更高的功率輸出等特性。

技術領域

本實用新型涉及半導體激光器的技術領域，尤其是指一種長波長GaInNAs/InGaAs復合量子點垂直腔面發射激光器。

背景技術

隨著光通信領域的高速發展，國際上一直在探尋低成本、高速率和低功耗的新型光有源器件。其中，激射波長為1.31/1.55μm的光源已經成為中長距離和高速光通信的重要光源。長波長垂直腔面發射激光器(VCSEL)具有與光纖偶爾效率高、調制速率高和功耗低等優點。然而，GaInAsP/InP VCSEL的研制近年來進展不大，主要原因是：1)GaInAsP/InP系材料的導帶邊偏差小，電子限制能力差，導致嚴重的載流子泄露，器件的特征溫度只有50K；2)GaInAsP/InP系材料的折射率差別小，要制作高反射率的分布布拉格反射鏡(DBR)十分困難；3)存在嚴重的非輻射復合，而且電流限制結構的能力差。

目前，最有可能實用化的長波長VCSEL為GaInNAs/GaAs VCESL，其特點如下：1)特征溫度可高達180～200K，具有高度溫度穩定性；2)可與高反射率的AlAs/GaAs DBR相集成；3)GaAs作為襯底，晶體質量、器件與集成電路的加工工藝比InP優越，且成本低。通過在InGaAs中引入N，可以使GaInNAs的帶隙對應波長擴展到1.3～1.55μm區域。但是，GaInNAs/GaAs VCSEL的制作難點在于：當GaInNAs/GaAs增益波長接近1310或1550nm，材料中N含量增加，GaInNAs并不能形成具有完整晶型的混晶，會出現分相，或形成其它非輻射俘獲中心和缺陷，材料質量大幅度下降，激光器表現出比傳統激光器高得多的閾值電流密度；因此，要獲得高質量的量子肼，應選取N的含量較低為好，但是，要增加增益的峰值波長，必需要提高In含量，導致量子肼的應變量增加，而高應變的GaInNAs/GaAs量子肼影響激光器的可靠性。

實用新型內容

本實用新型的目的在于克服現有技術的缺點與不足，提出了一種長波長GaInNAs/InGaAs復合量子點垂直腔面發射激光器，采用GaInNAs/InGaAs復合量子點結構，可以通過改變GaInNAs量子點中的的氮及銦的含量來控制激光器的發射波長達到1.31～1.55μm，結合量子點超晶格結構的優勢，通過控制生長條件，得到高質量的以GaInNAs/InGaAs復合量子點及GaAs勢壘層的非摻雜量子點有源層。相對于傳統量子肼結構，量子點有源材料將使VCSEL獲得更低的閾值電流、更窄的光譜線寬、更高的功率輸出等優異的特性。同時可以防止在傳統量子阱結構中產生的長波范圍光學質量下降，并且防止GaInNAs量子點受到熱處理時所出現的發射波長朝較短波長范圍移動。