一种应变多量子阱激光器有源层应变补偿的方法技术

本发明专利技术涉及量子阱激光器技术领域，具体是一种应变多量子阱激光器有源层应变补偿的方法。在量子阱激光器其它条件不变的情况下调整势阱层的材料组份为AlxGayIn1‑x‑yAs，使得有源层净应变量的绝对值最小，然后根据调整后的势阱层的材料组份，在其它条件不变的情况下制作量子阱激光器。本发明专利技术的有益效果是：势垒和势阱之间的带隙差比较大，能有效的阻止载流子的泄露，提高了量子效率，改善器件的高线性大功率特性。

Method for compensating active layer strain of strained multiple quantum well laser

The invention relates to the technical field of quantum well lasers, in particular to a method for compensating the active layer strain of strained quantum well lasers. The adjustment of the potential well layer material components for AlxGayIn1 x yAs in invariant quantum well lasers of other conditions, the absolute minimum value makes the active layer net should be variable, then according to the potential well layer after adjustment of material components, making quantum well lasers under the same condition. The invention has the advantages that the band gap difference between the potential barrier and the potential well is relatively large, and the leakage of the carrier can be effectively prevented.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及量子阱激光器
，具体是一种应变多量子阱激光器有源层应变补偿的方法。
技术介绍
超薄晶体的量子尺寸效应是量子阱结构的理论模型,贝尔实验室的朱肇祥和江崎在60年代末提出的,就是说当有源区足够薄的时候,达到小于电子的德布罗意的情况下,有源区就是转变为势阱区,两边的宽带隙的材料就自然转变为势垒区,载流子在这个空间内的运动就会二维化,不同于在载流子在体材料中的三维运动,使得这种材料与体材料的能带结构完全不同,当然激光器的输出也就会有很大的变化。在此基础上，可以去改变超薄层的应变量，引起能带结构的变化。继而可以从能带的角度去研究，使其性能出现了本质的改变，量子阱半导体激光器的量子效应好、温度稳定性好、寿命长、阈值电流低、激射的波长单一性好等。近年来国内主要研究InGaAsP/InP材料系列激光器,对AlGaInAs/InP激光器的研究还刚开始,目前我们正在进行AlGaInAs应变多量子阱的金属有机化学气相外延(MOVPE)工艺技术研究和激光器的研制。为了获得良好的器件特性,在器件的核心部分采用AlGaInAs(阱)/AlGaInAs(垒)应变多量子阱结构作为激光器的有源层,使依赖于载流子密度的阶带间吸收损耗减少,从而提高量子效率,降低阈值电流密度,进一步提高激光器的温度特性。随着光通信技术的发展，特别是当前光纤高速互联网和光纤到户目标的提出，人们对半导体激光器提出了更高的要求，希望能研制出能在较高环境温度下工作、无需采用热电制冷的低成本1310nm激光器。采用量子阱结构及引入适当的应变是改善半导体激光器温度特性的主要方法。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：如何通过调整势阱层的材料组份，进而提高量子阱激光器的效率。本专利技术所采用的技术方案是：一种应变多量子阱激光器有源层应变补偿的方法，按照如下步骤进行步骤一、利用器件仿真实验模型制作一个量子阱激光器，使满足量子阱激光器的波长为1310nm，量子阱激光器的有源层的材料为由Al、Ga、In、As四种元素组成的四元化合物，其它根据现有技术自由选择；步骤二、在量子阱激光器其它条件不变的情况下调整势阱层的材料组份为AlxGayIn1-x-yAs，使得有源层净应变量的绝对值最小，然后根据调整后的势阱层的材料组份，在其它条件不变的情况下制作量子阱激光器，x和y满足以下两个公式Eg0＝0.36+2.093x+0.629y+0.577x2+0.436y2+1.013xy+2xy(1-x-y)eV y = 0.1893 - 0.3961 x 0.405 ]]>其中∈w为势阱层的应变量为张应变，∈b为势垒层的应变量为压应变，Lw为势阱层的的厚度，Lb为势垒层的厚度，H为有源区的厚度即为Lw和Lb之和，Eg0为材料非应变带隙，在波长为1310nm时，Eg0＝0.95eV。本专利技术的有益效果是：势垒和势阱之间的带隙差比较大，能有效的阻止载流子的泄露，提高了量子效率，改善器件的高线性大功率特性。在激光器有源区采用应变补偿的方法，使的有源区净应变为零。这种结构就可以实现多量子阱的生长，不用考虑由于应变的存在而导致的每个单层都存在的一个临界厚度，进而导致整个应变多量子阱结构由于每个阱层的应变累计效应，存在的一个有源层的临界厚度。本专利技术采用阱垒之间相反应变的应变补偿量子阱结构，会使应变多量子阱结构更加优化，降低整个有源区的平均应变量，使量子阱的阱宽、阱数将不受应变量的限制。可以有效的增加有源区的微分增益，降低阈值，提高饱和功率。附图说明图1为本专利技术的势阱层四元化合物AlxGayIn1-x-yAs各参数的计算结果表图2为本专利技术中应变多量子阱结构表；图3为本专利技术中激光器的输出功率随偏置电流的变化曲线图；图4为本专利技术中激光器有源区载流子增益随偏置电流的变化曲线图；图5为本专利技术中激光器平均载流子密度随偏置电流的变化曲线图；图6为本专利技术中激光器偏置电压随偏置电流的变化曲线图。具体实施方式以下由特定的具体实施例说明本专利技术的实施方式，熟悉该技术的人士可以通过本说明书所揭露的内容比较容易地了解本专利技术的其他功效和特点。本说明书所附图式所绘示的结构、大小和比例等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士阅读和理解，并非用来限定本专利技术可以实施的限定条件，因此不具有技术上的实质意义，任何结构的修饰、大小的改变和比例关系的调整，在不影响本专利技术所能产生的功效以及本专利技术所能实现的目的的前提条件下，均应仍落在本专利技术所揭示的
技术实现思路
所能涵盖的范围内。另外，本说明书中所引用的诸如“上”、“下”、“左”、“右”以及“一”等用语，也仅仅是为了便于叙述的明了，而不是用来限定本专利技术可以实施的范围，其相对关系的调整或更改在无实质变更
技术实现思路
的前提下，应当也视为本专利技术可以实施的范畴。一种应变多量子阱激光器有源层应变补偿的方法，按照如下步骤进行步骤一、利用器件仿真实验模型制作一个量子阱激光器，使满足量子阱激光器的波长为1310nm，量子阱激光器的有源层的材料为由Al、Ga、In、As四种元素组成的四元化合物，其它根据现有技术自由选择；选用量子阱激光器的工作温度为300K，量子阱激光器生长结构如图2所示，按照图示结构，分别生长了阱宽为Lw＝3.3nm，垒宽为Lb＝8.1nm，阱数为n＝10，势阱层的组份为Al0.2Ga0.23In0.57As，势垒层的组份为Al0.2Ga0.23In0.57As。步骤二、在量子阱激光器其它条件不变的情况下调整势阱层的材料组份为AlxGayIn1-x-yAs，使得有源层净应变量的绝对值最小，由于垒材料和阱材料的应变类型相反，这样可以调节垒材料应变大小和厚度，使得∈wLw+∈bLb等于零，即净应变量为零。这种结构就可以实现多量子阱的生长，不用考虑由于应变的存在而导致的每个单层都存在的一个临界厚度，进而导致整个应变量子阱结构由于每个阱层的应变累计效应，存在的一个有源层的临界厚度。在超出临界厚度后，整个量子阱激光器的生长质量下降，导致的发光效率的降低。然后根据调整后的势阱层的材料组份，在其它条件不变的情况下制作量子阱激光器，x和y满足以下两个公式Eg0＝0.36+2.093x+0.629y+0.577x2+0.436y2+1.013xy+2xy(1-x-y)eV y = 0.1893 - 0.3961 x 0.405 ]]>其中∈w为势阱层的应变量为张应变，∈b为势垒层的应变量为压应变，Lw为势阱层的的厚度，Lb为势垒层的厚度，H为有源区的厚度即为Lw和Lb之和，Eg0为材料非应变带隙，在波长为1310nm时，Eg0＝0.95eV。带入公式求的x＝0.00385，y＝0.566，获得势阱层的组份为Al0.00385Ga0.566In0.43015As，如图2所示。测得在有源层应用应变补偿后该激光器的阈值电流为：13.4313mA，相较于在有源区未进行应变补偿结构的阈值电流20.1435mA更小，从图3可以看出激光器有源区进行应变补偿设计后本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应变多量子阱激光器有源层应变补偿的方法，其特征在于：按照如下步骤进行步骤一、利用器件仿真实验模型制作一个量子阱激光器，使满足量子阱激光器的波长为1310nm，量子阱激光器的有源层的材料为由Al、Ga、In、As四种元素组成的四元化合物，其它根据现有技术自由选择；步骤二、在量子阱激光器其它条件不变的情况下调整势阱层的材料组份为AlxGayIn1‑x‑yAs，使得有源层净应变量的绝对值最小，然后根据调整后的势阱层的材料组份，在其它条件不变的情况下制作量子阱激光器，x和y满足以下两个公式其中为势阱层的应变量为张应变，为势垒层的应变量为压应变，为势阱层的的厚度，为势垒层的厚度，为有源区的厚度即为和之和，为材料非应变带隙，在波长为1310nm时，，x和y都为小于1的正数。

【技术特征摘要】
1.一种应变多量子阱激光器有源层应变补偿的方法，其特征在于：按照如下步骤进行步骤一、利用器件仿真实验模型制作一个量子阱激光器，使满足量子阱激光器的波长为1310nm，量子阱激光器的有源层的材料为由Al、Ga、In、As四种元素组成的四元化合物，其它根据现有技术自由选择；步骤二、在量子阱激光器其它条件不变的情况下调整势阱层的材料组份为Alx...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾华宇，朱天雄，李灯熬，汤宝，刘应军，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西;14