用于1310纳米高温操作的具有拉伸应变InAlAs电子阻断器的半导体激光器制造技术

实施例可以涉及用于在高温下操作的多量子阱(MQW)激光器，包括：至少一个量子阱，所述至少一个量子阱由与拉伸应变InGaAlAs层交替堆叠的压缩应变InGaAlAs层制成；所述至少一个量子阱的一侧由InP的n掺杂包层围绕并且另一侧由InP的p掺杂包层围绕，以形成双异质结。在量子阱和p掺杂InP包层之间提供由晶格匹配的InAlAs制成的约束层，所述约束层具有面向或邻近所述量子阱的第一表面和面向或邻近所述p掺杂InP包层的第二表面。拉伸应变InAlAs的附加电子抑制层可以被提供为面向或邻近所述约束层的一个表面，其厚度小于约束层的厚度。其它实施例可以被描述和/或要求保护。

Laser Diode with Tensile Strain InAlAs Electronic Blocker for 1310 Nanometer High Temperature Operation

The embodiment may involve a multi-quantum well (MQW) laser for operation at high temperature, including at least one quantum well, which is made of a compressive strain InGaAlAs layer alternately stacked with a tensile strain InGaAlAs layer; at least one of the quantum wells is surrounded by an InP n-doped cladding on one side and an InP-doped cladding on the other side to form a double heterojunction. A constraint layer made of lattice-matched InAlAs is provided between the quantum well and the p-doped InP cladding. The constraint layer has a first surface facing or adjacent to the quantum well and a second surface facing or adjacent to the p-doped InP cladding. The additional electronic restraint layer of the tensile strain InAlAs can be provided as a surface facing or adjacent to the restraint layer with a thickness less than that of the restraint layer. Other embodiments may be described and/or require protection.

【技术实现步骤摘要】
用于1310纳米高温操作的具有拉伸应变InAlAs电子阻断器的半导体激光器
本公开的实施例总体上涉及提高多量子阱(MQW)激光器的效率的领域。
技术介绍
内部制造的半导体激光器可以用作数字通信产品的光收发器中的部件。激光器在尽可能小的电功率预算内操作可能是有用的，同时提供足够的光功率，从而以低误码率跨越通信链路。因此，激光器的效率对于整个发射机的竞争力可能是重要的。激光器效率部分地由在提供光放大的量子阱所在的有源层中电载流子的有效注入来确定。当激光器在高温条件下使用时，由于n型载流子(电子)倾向于溢出由p-掺杂包层形成的约束势垒，并且然后扩散到p-掺杂包层中，n型载流子在此处以非辐射方式与大部分进入的p型载流子复合，而不是参与产生光子的量子阱内的辐射复合，因而向量子阱中注入电载流子变得越来越困难。在一般用于制造1310纳米(nm)发射激光器的砷化铟镓铝/磷化铟(InGaAlAs/InP)半导体材料系统中，当高温成为限制时，可以通过在多量子阱(MQW)和InPp型包层之间插入晶格匹配的砷化铟铝(InAlAs)薄层来提高n型载流子的电气约束。这是因为InAlAs的带隙能量大于InP的带隙能量，并且因此提供较高的导带能量不连续性(DeltaEc)，其防止n型载流子迁移到p掺杂的InP包层。要指出的是术语“晶格匹配”是指两种不同半导体材料之间的晶格结构的匹配。这允许在材料中形成带隙变化的区域而不引入晶体结构的变化，并且允许构造改进的发光二极管和二极管激光器。晶格匹配结构具有相同的晶格常数或晶格参数，所述晶格常数或晶格参数是指晶体晶格中的晶胞的物理尺寸。于是，晶格常数是立方晶胞晶体中的原子之间的距离，并且可以用作各种晶体的结构相容性的量度。例如，砷化镓(GaAs)、砷化铝镓(AlGaAs)和砷化铝(AlAs)具有几乎相同的晶格常数，使得可以将一种材料的几乎任意厚度的层生长在另一种材料上。尽管有时是有效的，但是晶格匹配的InAlAs层并不总是能防止n载流子涌入p掺杂的InP包层中，特别是当温度高于80℃且波长发射低于1270nm时。附图说明通过以下具体实施方式并结合附图，将容易理解实施例。为了便于描述，相同的附图标记表示相同的结构元件。在附图的图中通过示例而非限制的方式示出了实施例。图1A和1B描绘了根据本文的实施例的图1A中的常规InGaAlAs/InAlAs/InPMQW激光器和图1B中的被提供有通往MQW和p掺杂的InP包层之间的势垒的附加的拉伸应变InAlAs层的相同激光器的并排比较。图2描绘了根据本文的实施例的作为示例性常规MQW激光器和利用拉伸应变InAlAs层来增强的示例性MQW激光器中的每一个的驱动电流的函数的光功率的曲线。图3描绘了根据本文的实施例的作为一组常规MQW激光器和利用拉伸应变InAlAs层来增强的一组MQW激光器的驱动电流的函数的光功率的多个曲线。图4描绘了图2的光功率曲线中示出的作为两个示例性MQW激光器中的每一个的驱动电流的函数的二极管特性电压的曲线。图5描绘了图2的光功率曲线中示出的作为两个示例性MQW激光器中的每一个的正向驱动电流的函数的插座效率的曲线。具体实施方式在下面的描述中，参考附图，附图形成以下描述的一部分，其中相同的数字始终表示相同的部分，并且其中通过可以实践的图示实施例的方式示出。要理解的是可以利用其它实施例，并且可以做出结构或逻辑的变化而不脱离本公开的范围。因此，以下详细描述不应被理解为限制意义，并且实施例的范围受所附权利要求及其等同物的限定。各种方法的操作可以以最有助于理解所主张保护的主题的方式被依次描述为多个分立的动作或操作。然而，描述的顺序不应被解释为暗示这些操作必须依赖于顺序。具体而言，这些操作可能不会按照所示顺序被执行。所描述的操作可以以与所描述的实施例不同的顺序来执行。可以执行各种附加操作和/或可以在附加的实施例中省略、拆分或组合所描述的操作。为了本公开的目的，短语“A和/或B”是指(A)、(B)或(A和B)。为了本公开的目的，短语“A、B和/或C”是指(A)、(B)、(C)、(A和B)、(A和C)、(B和C)、或(A、B和C)。描述可以使用短语“在实施例中”，其可以分别指代相同或不同的实施例中的一个或多个。此外，关于本公开的实施例所使用的术语“包括”、“包含”、“具有”等是同义的。如在下文、包括权利要求中所使用的，本文使用的术语“链路”或“通信链路”可以指用于传送数据或数据流的任何有形或无形的传输介质。此外，术语“链路”可以与“通信信道”、“数据通信信道”、“传输信道”、“数据传输信道”、“接入信道”、“数据接入信道”、“信道”、“数据链路”、“无线电链路”、“载波”、“射频载波”和/或表示数据通过其传送的通路或介质的任何其它类似术语是同义或等同的。如在下文、包括权利要求中所使用的，本文所使用的术语“面向”可以指第一物体、元件或结构被提供在第二物体、元件或结构的附近或一侧上，其中两个物体彼此接触或不接触。如在下文、包括权利要求中所使用的，包括“通信电路”或“支持电路”的术语“电路”可以指代、属于或包括专用集成电路(ASIC)、电子电路、处理器(共享的、专用的或分组的)和/或执行一个或多个软件或固件程序的存储器(共享的、专用的或分组的)、组合逻辑电路、和/或提供所述功能的其它合适的硬件部件和/或软件、固件或硬件的任何组合。在一些实施例中，电路可以实施一个或多个软件或固件模块，或者与电路相关联的功能可以由一个或多个软件或固件模块来实施。在实施例中，MQW中的n载流子约束可以通过使用拉伸应变InAlAs代替晶格匹配的InAlAs来提高，这因此可以提高在约1310nm处发射并且在高温下操作的激光器的效率。在实施例中，通过使用附加的双向拉伸应变InAlAs层以利用与晶格匹配的InAlAs相比更大的拉伸应变InAlAs的带隙，来进一步提高InAlAs的电子扩散的势垒效应。在实施例中，这又可以导致MQW与p掺杂包层之间更大的导带能量不连续性。在实施例中，使用1310nm发射激光源的各种实施例在高温下已经观察到光功率和插座效率两者的显著提高。要指出的是，一种提高InAlAs电子阻断效应的方法是提高InAlAs约束层的p型掺杂水平。这使得费米能级移动到更接近价带，并且因此进一步置换了导带中的带隙不连续性(DeltaEc)。然而，增大掺杂不像使用拉伸应变InAlAs来扩大导带不连续性(DeltaEc)那样有效，如在各种实施例中所做的那样，因为人们使用这种增加的掺杂技术可以仅将DeltaEc增加最多50毫电子伏特(meV)。另一方面，-0.5％的拉伸应变可以将DeltaEc置换大约100meV。此外，要指出的是，增大InAlAs约束层的p型掺杂也增加光损耗。这是因为一般在用于制造1310纳米发射激光器的InGaAIAs/InP半导体材料系统中使用的p型掺杂剂——锌，往往会扩散到量子阱中，这对量子阱的质量和可靠性都是不利的。然而，组合这两种方法可能带来显著的益处。于是，在各种实施例中使用拉伸应变InAlAs也可以通过较高的p掺杂而受益。较高的掺杂也增大了导带不连续性(DeltaEc)，其优点在于，在实施例中，因为拉伸应变InAlAs层可以非常薄，所以不会本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于在高温下操作的多量子阱(MQW)激光器，包括：至少一个量子阱，所述至少一个量子阱由与拉伸应变InGaAlAs层交替堆叠的压缩应变InGaAlAs层制成；所述至少一个量子阱的一侧由InP的n掺杂包层围绕并且另一侧由InP的p掺杂包层围绕，以形成双异质结；在所述至少两个量子阱和所述p掺杂InP包层之间提供的由晶格匹配的InAlAs制成的约束层，所述约束层具有面向或邻近所述量子阱的第一表面和面向或邻近所述p掺杂InP包层的第二表面；以及拉伸应变InAlAs的附加电子抑制层，所述附加电子抑制层具有小于所述约束层的厚度的厚度，并且被提供为面向或邻近所述约束层的表面或在所述约束层的所述两个表面之间。

【技术特征摘要】
2017.06.19 US 15/627,2911.一种用于在高温下操作的多量子阱(MQW)激光器，包括：至少一个量子阱，所述至少一个量子阱由与拉伸应变InGaAlAs层交替堆叠的压缩应变InGaAlAs层制成；所述至少一个量子阱的一侧由InP的n掺杂包层围绕并且另一侧由InP的p掺杂包层围绕，以形成双异质结；在所述至少两个量子阱和所述p掺杂InP包层之间提供的由晶格匹配的InAlAs制成的约束层，所述约束层具有面向或邻近所述量子阱的第一表面和面向或邻近所述p掺杂InP包层的第二表面；以及拉伸应变InAlAs的附加电子抑制层，所述附加电子抑制层具有小于所述约束层的厚度的厚度，并且被提供为面向或邻近所述约束层的表面或在所述约束层的所述两个表面之间。2.根据权利要求1所述的MQW激光器，其中，所述至少一个量子阱的层不被掺杂，并且其中，所述约束层是p掺杂的。3.根据权利要求1或2中任一项所述的MQW激光器，其中，所述附加电子抑制层被提供在所述约束层和所述p掺杂InP包层之间。4.根据权利要求3所述的MQW激光器，其中，所述激光器发射1050nm和1400nm之间的波长的光。5.根据权利要求3所述的MQW激光器，其中，所述附加电子抑制层具有的厚度足够大以避免n载流子隧穿所述附加电子抑制层。6.根据权利要求5所述的MQW激光器，其中，对于给定量的应变，所述附加电子抑制层具有小于如由Matthews-Blakeslee方程所提供的临界厚度tc的厚度。7.根据权利要求1所述的MQW激光器，其中，所述附加电子抑制层具有-0.5％应变的拉伸应变。8.根据权利要求3所述的MQW激光器，其中，所述附加电子抑制层具有80和200埃之间的厚度。9.根据权利要求8所述的MQW激光器，其中，所述附加电子抑制层具有-0.1％和-1％之间的拉伸应变。10.根据权利要求3所述的MQW激光器，其中，所述附加电子抑制层是p掺杂的。11.根据权利要求3所述的MQW激光器，其中，所述至少一个量子阱由与拉伸应变InGaAsP层交替堆叠的压缩应变InGaAsP层制成，而不是由与拉伸应变InGaAlAs层交替堆叠的压缩应变InGaAlAs层制成。12.根据权利要求1所述的MQW激光器，其中，所述附加电子抑制层具有第一表面和第二表面，并且位于所述约束层的所述第一表面和所述第二表...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·杜西耶，
申请(专利权)人：英特尔公司，
类型：发明
国别省市：美国,US