CN104332825A - 一种非对称反波导大光学腔半导体激光器结构 - Google Patents

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薄报学
高欣
乔忠良
张晶
李辉
李特
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Abstract

一种非对称反波导大光学腔半导体激光器结构，属于半导体光电子器件技术领域。该领域已知技术难以在降低激光器波导的光学限制因子、增加有效波导宽度、减小波导损耗的同时，减少串联电阻及载流子泄漏，使激光器电光效率及输出功率受到限制。本发明之非对称反波导大光学腔半导体激光器的波导层采用具有非对称结构的反向线性渐变折射率结构，有效降低激光器波导的光学限制因子，增加有效波导宽度，减小波导的载流子吸收损耗及串联电阻，同时避免了量子阱载流子的泄漏。该技术方案可应用于各类大功率半导体激光器的制造。

Description

一种非对称反波导大光学腔半导体激光器结构
技术领域
本发明涉及一种非对称反波导大光学腔半导体激光器结构，属于激光技术领域。
背景技术
非对称大光学腔半导体激光器具有波导宽度大、波导吸收小的优点，是改善大功率半导体激光器的典型外延结构方式，有利于降低激光器波导区的功率密度、提高半导体激光器的最大输出功率水平。现有非对称大光学腔半导体激光器，其波导结构主要采用各层均匀的折射率分布结构，使有效波导宽度的增加受到限制，其有效波导宽度增加主要依靠下波导层厚度的增加及折射率提高。增加波导层厚度导致激光器串联电阻增加，而提高波导层折射率则增加了激光器量子阱区的载流子泄漏，均影响激光器性能的提高。
发明内容
本发明是这样实现的，见附图所示，非对称反波导大光学腔半导体激光器结构包括衬底1、下限制层2、下波导层3、多量子阱有源层4、上波导层5、上限制层6及欧姆接触层7。下波导层3的材料组分为反向线性渐变，靠近多量子阱有源层4的下波导层3的材料折射率低，靠近下限制层2的下波导层3的材料折射率高。下波导层3为N型掺杂区，上波导层5为P型掺杂区。
本发明的技术效果在于，通过下波导层3的材料组分反向线性渐变有效增加了N型掺杂区的波导宽度，使上波导层5及多量子阱有源层4内的光场减弱，在抑制上波导层5的载流子吸收损耗的同时，保持下波导层3与多量子阱有源层4界面的势垒高度，避免多量子阱有源层4内的载流子泄漏。同时，保持下波导层3的厚度基本不变，不会造成激光器的串联电阻特性变差。
附图说明
所附图1为非对称反波导大光学腔半导体激光器结构示意图，1为衬底，2为下限制层，3为下波导层，4为多量子阱有源层，5为上波导层，6为上限制层，7为欧姆接触层。
具体实施方式
如附图1所示，一种非对称反波导大光学腔半导体激光器外延结构包括衬底1、下限制层2、下波导层3、多量子阱有源层4、上波导层5、上限制层6及欧姆接触层7。衬底1为激光器外延生长的基底；上限制层6及下限制层2的材料组分均匀，其主要作用是激光器波导的光学限制；上波导层5的材料组分均匀，厚度为0.1-0.3微米，为P型掺杂区，主要提供激光器P型区的光场波导及载流子势垒；下波导层3的材料组分为反向线性渐变，厚度为0.1-0.8微米，靠近多量子阱有源层4的下波导层3的材料折射率低，靠近下限制层2的下波导层3的材料折射率高，主要提供激光器N型区的光场波导及载流子势垒；多量子阱有源层4为激光器发光区，材料组分均匀，根据激光器的阈值，量子阱数量为1～4个，单个量子阱的厚度为5～12纳米，多量子阱有源层可优化激光器的阈值电流水平，使激光器具有较低的激射阈值。
下面结合实例说明本发明，衬底1为(100)取向、Si掺杂浓度1～2×1018cm-3的GaAs晶体材料；下限制层2为厚度0.8微米、Si掺杂浓度1×1018cm-3的N型Al0.35Ga0.65As；下波导层3为厚度0.6微米、Si-0.5×1018cm-3低掺杂的线性渐变组分Al0.18～0.25Ga0.82～0.75As，Al、Ga组分含量线性渐变，使得该波导层具有反向线性渐变折射率结构；多量子阱有源层4包括单层厚度为8纳米的2个Al0.07Ga0.93As量子阱及与量子阱相邻的3个厚度为12纳米的Al0.25Ga0.75As势垒层；上波导层5为厚度0.15微米、Zn-0.5×1018cm-3低掺杂的Al0.35-0.19Ga0.65-0.81As；上限制层6为厚度0.6微米、Zn掺杂浓度1×1018cm-3的P型Al0.45Ga0.55As；欧姆接触层7为厚度0.1微米、Zn掺杂浓度2×1019cm-3的P型GaAs。上述结构激光器的波导宽度得到明显增加，垂直发散角在35度以下，波导损耗降低，采用MOCVD外延生长的808nm波长激光器材料的阈值电流密度在300A/cm2以下，激光器斜率效率大于1.2W/A，电光效率大于55％。

Claims (1)

1.一种非对称反波导大光学腔半导体激光器结构，包括衬底(1)、下限制层(2)、下波导层(3)、多量子阱有源层(4)、上波导层(5)、上限制层(6)及欧姆接触层(7)，其特征在于，下波导层(3)的材料组分为反向线性渐变，靠近多量子阱有源层(4)的下波导层(3)的材料折射率低，靠近下限制层(2)的下波导层(3)的材料折射率高；下波导层(3)为N型掺杂区，上波导层(5)为P型掺杂区，通过下波导层(3)的材料组分反向线性渐变有效增加N型掺杂区的波导宽度，抑制上波导层的载流子吸收损耗。
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