一种用于医疗美容激光器的量子阱/量子点混合激光芯片结构制造技术

本发明专利技术公开了一种用于医疗美容激光器的量子阱/量子点混合激光芯片结构，包括N型衬底层101、渐变波导层102、量子阱/量子点混合有源层103、刻蚀阻挡层105、P型层106、帽层107，所述采用分子束外延方法将量子点结构嵌入量子阱结构制备的混合有源层，可以使得发射激光的阈值电流更低，长期稳定性更好；更适宜去除皮肤角质层，实现激光美白、嫩肤的效果。

A quantum well / quantum dot hybrid laser chip for medical cosmetic lasers

The invention discloses a medical cosmetic laser quantum well / quantum dots hybrid laser chip structure, including N type substrate layer 101 and layer 102, a tapered waveguide quantum well / quantum dots hybrid active layer 103, an etch stop layer 105, P layer 106, cap layer 107, wherein the molecular beam epitaxy method quantum dots mixed active layer structure of embedded quantum well structure preparation, can make the lower laser threshold current, better long-term stability; more suitable to remove the skin horny layer, laser whitening and rejuvenation effect.

【技术实现步骤摘要】
一种用于医疗美容激光器的量子阱/量子点混合激光芯片结构
本专利技术属于激光器
，涉及到一种用于医疗美容激光器的量子阱/量子点混合激光芯片，该激光芯片将量子点结构嵌入量子阱结构形成混合有源层，可以使得发射激光的阈值电流更低，长期稳定性更好，是一种新型激光芯片外延结构。
技术介绍
1~3微米波段的激光器、光电探测器及焦平面阵列在众多领域均有重要的应用，例如超低损耗光纤通信及自由空间光通信、医疗美容美白、卫星遥感成像、气体探测、激光测风雷达、物质检测光谱仪器等。随着人们生活水平的不断提高，在满足了吃、穿、住等方面的需求后，对外在美丽的需求使得整形美容行业迅速崛起，据不完全统计，全球医疗美容行业的规模已经达到了千亿美元的规模。其中1~3微米波段的低功率激光可以有效地去除皮肤的死皮、角质等，达到美容美白去除皱纹的功效，且完全无副作用。目前，1~3微米波段的激光器以多量子阱结构为主，其基材及外延量子阱结构根据实际的应用需求做不同的设计。AlInGaAs/InP材料的导带偏移为ΔEc=0.72ΔEg，InGaAsP/InP材料的ΔEc=0.4ΔEg，因此，AlInGaAs/InP的量子阱材料体系能更有效地阻止高温、大注入下载流子的泄漏，改善激光器的高温特性。另一方面，由于载流子在3个维度受到量子限制，半导体量子点具有类似于原子的分立能级，并展现出许多独特的光学、电学性能。因此在多量子阱结构中嵌入量子点结构，可以使得半导体激光器具有更低的阈值电流密度、更高的微分增益、更高的稳定性以及更高的调制速率等优越性能。
技术实现思路
本专利技术提出一种用于医疗美容激光器的量子阱/量子点混合激光芯片，采用将量子点结构有效地嵌入量子阱结构形成混合有源层，可以使得未来的激光器芯片发射激光的阈值电流更低，长期稳定性更好。本专利技术的实施例的技术方案如下：一种用于医疗美容激光器的量子阱/量子点混合激光芯片,其特征在于，包括：N型衬底层；渐变波导层，所述渐变波导层位于所述N型衬底层上；量子阱/量子点混合有源层，所述量子阱/量子点混合有源层位于所述渐变波导层上；刻蚀阻挡层，所述刻蚀阻挡层与所述渐变波导层之间设置所述渐变波导层；P型层，所述P型层位于所述刻蚀阻挡层上；帽层，所述帽层位于所述P型层上;其中，所述量子阱/量子点混合有源层为采用采用分子束外延方法将量子点结构嵌入量子阱结构制备的混合有源层，该结构可以兼容量子阱材料优良的高温特性，以及量子点的量子能带特性，极大地降低激光器的阈值电流密度，提高激光器长期工作稳定性。进一步具体地，所述N型衬底层由N型磷化铟（N-InP）制备而成。进一步具体地，所述渐变波导层采用铝铟镓砷（AlX1→X2Ga）InY1As四元组分结构，其中所述Al元素的组分由X1渐变至X2，X1大于X2。进一步具体地，所述量子阱/量子点混合有源层为铝铟镓砷/铟砷/铝铟镓砷（AlX3Ga）InY2As/InAs/（AlX4Ga）InY3As多层循环结构。优选地，所述量子阱/量子点混合有源层的循环层数为5-10层。进一步具体地，所述刻蚀阻挡层为铟镓砷磷（In0.85GaAs0.33P）四元结构。进一步具体地，所述P型层由P型磷化铟（P-InP）制备而成。进一步具体地，所述帽层为铟镓砷In0.53Ga0.47As三元结构。具体地，所述N型衬底层厚度为400~500微米；所述渐变波导层厚度为0.15~0.2微米；所述量子阱/量子点混合有源层厚度为0.1~0.2微米；所述刻蚀阻挡层厚度为0.02微米；所述P型层厚度为1.5~2微米；所述帽层厚度为0.15~0.25微米。与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下优点：首先，本专利技术的量子阱/量子点混合激光芯片的激光发射有源层为量子阱/量子点混合的结构，可以兼容量子阱材料优良的高温特性，以及量子点的量子能带特性，极大地降低激光器的阈值电流密度，提高激光器长期工作稳定性。其次，本专利技术所述激光芯片采用外延结构，具有两个相互对称的渐变波导层，AlGaInAs层中的Al组分在波导层中有规律的变化，用于形成激光折射反射，提高激器的输出效率。附图说明图1为本专利技术实施例提供的一种用于医疗美容激光器的量子阱/量子点混合激光芯片的结构示意图。具体实施方式下述实施例是对于本
技术实现思路
的进一步说明以作为对本专利技术
技术实现思路
的阐释，但本专利技术的实质内容并不仅限于下述实施例所述，本领域的技术人员可以且应当知晓任何基于本专利技术实质精神的简单化替换应属于本专利技术所要求的保护范围。如图1所示，是本专利技术的一种用于医疗美容激光器的量子阱/量子点混合激光芯片，包括N型衬底层101；渐变波导层102，所述渐变波导层102位于所述N型衬底层101上；量子阱/量子点混合有源层103，所述量子阱/量子点混合有源层103位于所述渐变波导层102上；刻蚀阻挡层105，所述刻蚀阻挡层105与所述渐变波导层104之间设置所述渐变波导层102；P型层106，所述P型层106位于所述刻蚀阻挡层105上；帽层107，所述帽层107位于所述P型层106上;其中，所述量子阱/量子点混合有源层103为采用采用分子束外延方法将量子点结构嵌入量子阱结构制备的混合有源层，可以通过在此结构上进行的后续半导体工艺，制作1~3微米波长的低功率近红外激光芯片，进一步改善激光芯片的性能，使得其具有更低的阈值电流密度、更高的微分增益、更高的稳定性以及更高的调制速率，可以兼容量子阱材料优良的高温特性，以及量子点的量子能带特性，极大地降低激光器的阈值电流密度，提高激光器长期工作稳定性。具体地在本专利技术实施例中，所述N型衬底层101由N型磷化铟制备而成，衬底层还起到芯片承载功能，其厚度为400~500微米。具体地在本专利技术实施例中，所述渐变波导层102为铝铟镓砷（AlX1→X2Ga）InY1As四元组分结构，其中铝元素的组分由X1渐变至X2，X1大于X2；所述渐变波导层102的厚度为0.15~0.2微米，所述渐变波导层的作用在于使有源区的激光在波导层中形成反射，最终出射激光。具体地在本专利技术实施例中，所述的量子阱/量子点混合有源层103为铝铟镓砷/铟砷/铝铟镓砷（AlX3Ga）InY2As/InAs/（AlX4Ga）InY3As多层结构，为了增强激光器的出光效率，一般这种多层结构会有5~10循环。太厚的有源层会使得半导体晶格失配太大，从而产生弛豫形变，影响有源层的工作。具体地在本专利技术实施例中，所述刻蚀阻挡层105为铟镓砷磷（In0.85GaAs0.33P）四元结构，刻蚀阻挡层的厚度为0.02微米。具体地在本专利技术实施例中，所述P型层106为P型磷化铟（P-InP），为了后续的工艺实施，P型层厚度为1.5~2微米。具体地在本专利技术实施例中，所述帽层107为铟镓砷In0.53Ga0.47As三元结构，用作芯片的顶层保护，厚度为0.15~0.25微米。本专利技术实施例提供的量子阱/量子点混合激光芯片的激光发射有源层为量子阱/量子点混合的结构，可以兼容量子阱材料优良的高温特性，以及量子点的量子能带特性，极大地降低激光器的阈值电流密度，提高激光器长期工作稳定性，同时，本专利技术所述激光芯片采用外延结构，具有两个相互对称的渐变波导层，AlGaInAs层中的Al组分在波导层中有规律的变化，用于形成激光折射反射，提高激器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于医疗美容激光器的量子阱/量子点混合激光芯片,其特征在于，包括：N型衬底层（101)；渐变波导层(102)，所述渐变波导层(102)位于所述N型衬底层(101)上；量子阱/量子点混合有源层（103），所述量子阱/量子点混合有源层（103）位于所述渐变波导层（102）上；刻蚀阻挡层（105），所述刻蚀阻挡层（105）与所述渐变波导层(104)之间设置所述渐变波导层（102）；P型层(106)，所述P型层(106)位于所述刻蚀阻挡层(105)上；帽层(107)，所述帽层(107)位于所述P型层（106）上;其中，所述量子阱/量子点混合有源层（103）为采用分子束外延方法将量子点结构嵌入量子阱结构制备的混合有源层。

【技术特征摘要】
1.一种用于医疗美容激光器的量子阱/量子点混合激光芯片,其特征在于，包括：N型衬底层（101)；渐变波导层(102)，所述渐变波导层(102)位于所述N型衬底层(101)上；量子阱/量子点混合有源层（103），所述量子阱/量子点混合有源层（103）位于所述渐变波导层（102）上；刻蚀阻挡层（105），所述刻蚀阻挡层（105）与所述渐变波导层(104)之间设置所述渐变波导层（102）；P型层(106)，所述P型层(106)位于所述刻蚀阻挡层(105)上；帽层(107)，所述帽层(107)位于所述P型层（106）上;其中，所述量子阱/量子点混合有源层（103）为采用分子束外延方法将量子点结构嵌入量子阱结构制备的混合有源层。2.根据权利要求1所述的量子阱/量子点混合激光芯片，其特征在于，所述N型衬底层（101）由N型磷化铟（N-InP）制备而成。3.根据权利要求1所述的量子阱/量子点混合激光芯片，其特征在于，所述渐变波导层（102）采用铝铟镓砷（AlX1→X2Ga）InY1As四元组分结构，其中所述Al元素的组分由X1渐变至X2，X1大于X2。4.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：李林森，
申请(专利权)人：苏州达沃特光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32