一种双有源区激光器芯片及制备方法技术

本发明专利技术提供了一种双有源区激光器芯片及制备方法，其中，双有源激光器芯片包括：依次设置的衬底、下有源区和上有源区；上有源区中包括上有源区量子阱；下有源区中包括下有源区量子阱；上有源区量子阱与下有源区量子阱的材料为In

【技术实现步骤摘要】
一种双有源区激光器芯片及制备方法
本专利技术涉及半导体领域，具体涉及一种双有源区激光器芯片及制备方法。
技术介绍
为了使半导体激光器实现高功率输出，现有技术中多采用半导体双有源区巴条结构，半导体双有源区巴条结构，是通过一次外延生长把两个有源区垂直堆叠，上有源区和下有源区之间通过一个反向高掺杂PN隧道结串联。一个载流子在经过第一个有源区参与复合发光后，在隧道结处完成反转，还可在第二个有源区参与复合发光。从原理上，半导体双有源区巴条的内量子效率将提高两倍，实现在一定电流注入情况下，激光输出功率达到两倍，但是半导体双有源区巴条芯片倒焊封装在热沉上，上有源区接触焊料和热沉，工作时产生的废热直接向热沉传导，有源区结温较低；而下有源区产生的废热需通过上有源区的半导体材料才能向热沉传导，有源区结温相对较高。而因为工作时结温的差异，上、下有源区的激射中心波长会因温度漂移而不同，双有源区巴条的光谱是上、下两个有源区光谱的叠加，当上、下有源区激射中心波长不同时，整个巴条的光谱会展宽，甚至出现波长双峰。
技术实现思路
因此，本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术中的双有源区激光器输出光谱会被展宽的缺陷，从而提供一种双有源区激光器芯片及制备方法。本专利技术第一方面提供了一种双有源区激光器芯片，包括：依次设置的衬底、下有源区和上有源区；所述上有源区中包括上有源区量子阱；所述下有源区中包括下有源区量子阱；所述上有源区量子阱与所述下有源区量子阱的材料为InxGa1-xAs，且所述上有源区量子阱的InxGa1-xAs材料中的铟组分x大于所述下有源区量子阱的InxGa1-xAs材料中的铟组分x；所述上有源区量子阱的厚度大于所述下有源区量子阱的厚度。可选地，双有源区激光器芯片还包括隧道结；所述上有源区和所述下有源区通过所述隧道结串联；所述隧道结是高掺杂的PN结，包括P层与N层，P层与N层厚度分别为5～10nm，P层掺杂浓度大于1020cm-3，N层掺杂浓度大于3×1019cm-3。可选地，双有源区激光器芯片，还包括：隔离槽，所述隔离槽依次贯穿所述上有源区、隧道结及下有源区，且平行于所述双有源区激光器芯片的发光方向。可选地，隔离槽表面及所述上有源区部分表面覆盖有绝缘层；所述上有源区表面未被所述绝缘层覆盖的部分被P面金属覆盖，形成电流注入区域。可选地，电流注入区域宽度大于或等于200μm。可选地，电流注入区域与所述隔离槽之间的距离大于或等于30μm。可选地，下有源区还包括下有源区n型载流子势垒层、下有源区n型波导层、下有源区p型波导层、下有源区p型载流子势垒层；所述下有源区n型载流子势垒层位于所述衬底上方；所述下有源区n型波导层位于所述下有源区n型载流子势垒层上方；所述下有源区量子阱位于所述下有源区n型波导层上方；所述下有源区p型波导层位于所述下有源区量子阱上方；所述下有源区p型载流子势垒层位于所述下有源区p型波导层上方。可选地，上有源区还包括上有源区n型载流子势垒层、上有源区n型波导层、上有源区p型波导层、上有源区p型载流子势垒层；所述上有源区n型载流子势垒层位于所述隧道结上方；所述上有源区n型波导层位于所述上有源区n型载流子势垒层上方；所述上有源区量子阱位于所述上有源区n型波导层上方；所述上有源区p型波导层位于所述上有源区量子阱上方；所述上有源区p型载流子势垒层位于所述上有源区p型波导层上方。本专利技术第二方面提供了一种双有源区激光器芯片制备方法，其特征在于，包括：提供一衬底；在所述衬底上生长下有源区，在所述下有源区中形成下有源区量子阱；在所述下有源区上生长上有源区，在所述上有源区中形成上有源区量子阱；所述上有源区量子阱与所述下有源区量子阱的材料为InxGa1-xAs，且所述上有源区量子阱的InxGa1-xAs材料中的铟组分x大于所述下有源区量子阱的InxGa1-xAs材料中的铟组分x；所述上有源区量子阱的厚度大于所述下有源区量子阱的厚度。可选地，在本专利技术提供的双有源区激光器芯片制备方法中，在衬底上生长下有源区之后、在所述下有源区上生长上有源区之前，所述方法还包括，通过如下步骤在所述下有源区上生长隧道结：在所述下有源区的上表面生长所述P层，所述P层的掺杂浓度大于1020cm-3；在所述P层的上表面生长N层，所述N层的掺杂浓度大于3×1019cm-3；通过如下步骤在所述P层的上表面生长N层：在所述P层的上表面生长第一单原子层，所述第一单原子层为掺Si的GaAs；通入AsH3气体吹扫所述第一单原子层的表面；通过Si在所述第一单原子层的一侧表面生长第二单原子层；通入AsH3气体吹扫所述第二单原子层的表面；在所述第二单原子层的一侧表面生长第三单原子层，所述第三单原子层为掺Si的GaAs；判断当前的N层的厚度是否大于或等于预设阈值；若当前的N层的厚度小于预设阈值，返回生长GaAs掺Si的第一单原子层的步骤，直至所述N层的厚度大于或等于预设阈值。本专利技术技术方案，具有如下优点：1.本专利技术提供的双有源区激光器芯片，上有源区量子阱的InxGa1-xAs材料中的铟组分x大于下有源区量子阱的InxGa1-xAs材料中的铟组分x，且上有源区量子阱的厚度大于下有源区量子阱的厚度，较少的铟组分和较小的厚度可以使下有源区的激射波长较短，实现了对下有源区因工作结温较高导致的激射波长较上有源区激射波长较高的补偿，使得双有源区激光芯片输出的光谱与单有源区激光芯片输出的光谱的展宽相差较小。2.本专利技术提供的双有源区激光器芯片，设置有贯穿上有源区、隧道结及下有源区的隔离槽，通过隔离槽隔离了发光点之间的光学串扰。3.本专利技术提供的双有源区激光器芯片，电流注入区域的宽度大于或等于200μm，有效减小了载流子在隧道结出横向扩散后上有源区和下有源区发光单元宽度差异比例。4.本专利技术提供的双有源区激光器芯片，电流注入区域与隔离槽之间的距离大于或等于30μm，有效防止了载流子在隔离槽处的复合而导致COMD。5.本专利技术提供的双有源区激光器芯片制备方法，所制备的双有源区激光器芯片的上有源区量子阱的InxGa1-xAs材料中的铟组分x大于下有源区量子阱的InxGa1-xAs材料中的铟组分x，且上有源区量子阱的厚度大于下有源区量子阱的厚度，较少的铟组分和较小的厚度可以使下有源区的激射波长较短，实现了对下有源区因工作结温较高导致的激射波长较上有源区激射波长较高的补偿，使得双有源区激光芯片输出的光谱与单有源区激光芯片输出的光谱的展宽相差较小。6.本专利技术提供的双有源区激光器芯片制备方法，通过提高隧道结的掺杂浓度来降低隧道结的电阻率，常规的Si掺杂技术仅能使N层的掺杂浓度达到1019cm-3，但是本专利技术实施例在生长N层时，先生长第一单原子层，第一单原子层为掺Si的GaAs，然后通入AsH3气体吹扫所述第一单原子层的表面，之后通过Si在所述第一单原子层的一侧表面生长第二单原子层，再次通入AsH3气体吹扫所述第二单原子层的表面，最后在所述第二单原子层的一侧表面生长第三单原子层，第三单原子层也为掺Si的GaAs，以此循环本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双有源区激光器芯片，其特征在于，包括：依次设置的衬底、下有源区和上有源区；/n所述上有源区中包括上有源区量子阱；所述下有源区中包括下有源区量子阱；/n所述上有源区量子阱与所述下有源区量子阱的材料为In

【技术特征摘要】
1.一种双有源区激光器芯片，其特征在于，包括：依次设置的衬底、下有源区和上有源区；
所述上有源区中包括上有源区量子阱；所述下有源区中包括下有源区量子阱；
所述上有源区量子阱与所述下有源区量子阱的材料为InxGa1-xAs，且所述上有源区量子阱的InxGa1-xAs材料中的铟组分x大于所述下有源区量子阱的InxGa1-xAs材料中的铟组分x；所述上有源区量子阱的厚度大于所述下有源区量子阱的厚度。


2.根据权利要求1所述的双有源区激光器芯片，其特征在于，还包括：隧道结；
所述上有源区和所述下有源区通过所述隧道结串联；
所述隧道结是高掺杂的PN结，包括P层与N层，P层与N层厚度分别为5～10nm，P层掺杂浓度大于1020cm-3，N层掺杂浓度大于3×1019cm-3。


3.根据权利要求2所述的双有源区激光器芯片，其特征在于，还包括：
隔离槽，所述隔离槽依次贯穿所述上有源区、隧道结及下有源区。


4.根据权利要求3所述的双有源区激光器芯片，其特征在于，
所述隔离槽表面及所述上有源区部分表面覆盖有绝缘层；
所述上有源区表面未被所述绝缘层覆盖的部分被P面金属覆盖，形成电流注入区域。


5.根据权利要求4所述的双有源区激光器芯片，其特征在于，
所述电流注入区域宽度大于或等于200μm。


6.根据权利要求4所述的双有源区激光器芯片，其特征在于，
所述电流注入区域与所述隔离槽之间的距离大于或等于30μm。


7.根据权利要求1所述的双有源区激光器芯片，其特征在于，
所述下有源区还包括下有源区n型载流子势垒层、下有源区n型波导层、下有源区p型波导层、下有源区p型载流子势垒层；
所述下有源区n型载流子势垒层位于所述衬底上方；
所述下有源区n型波导层位于所述下有源区n型载流子势垒层上方；
所述下有源区量子阱位于所述下有源区n型波导层上方；
所述下有源区p型波导层位于所述下有源区量子阱上方；
所述下有源区p型载流子势垒层位于所述下有源区p型波导层上方。

【专利技术属性】
技术研发人员：周立，苟于单，王俊，程洋，郭银涛，肖啸，
申请(专利权)人：苏州长光华芯光电技术有限公司，苏州长光华芯半导体激光创新研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32