一种完全非对称结构的激光器外延片及其制备方法技术

本公开公开一种完全非对称结构的激光器外延片及其制备方法，该外延片中：N限制层与P限制层的组分含量非对称、厚度非对称；下波导层、上波导层均呈组分含量渐变特点，厚度非对称特点，并且所述下波导层中掺杂P原子；下垒层与上垒层均呈组分含量渐变特点，厚度非对称特点。这种完全非对称结构的激光器外延片中，N限制层与P限制层的组分含量非对称、厚度非对称设置起到降低串联电阻，减少热产生，将光场向N侧偏移的作用，从而降低空穴对载流子的吸收提升内量子效率。下波导层、上波导层均呈组分含量渐变，厚度非对称设置，实现量子阱的光限制可控。而下垒层与上垒层厚度非对称，组分渐变设计提升了激光器高温下的可靠性，提高了光电转换效率。转换效率。转换效率。

【技术实现步骤摘要】
一种完全非对称结构的激光器外延片及其制备方法


[0001]本公开涉及半导体激光器
，具体涉及一种完全非对称结构的激光器外延片及其制备方法。

技术介绍

[0002]本公开
技术介绍
中公开的信息仅仅旨在增加对本公开的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
[0003]半导体激光器因为其制作简单、体积小、功率高等优点广泛应用于工业加工、激光通讯、医疗美容等方面，在此期间，外延片作为半导体激光器最核心的部分，也得到快速的发展。近几年工业需求对激光器的输出功率越来越高，GaAs基大功率激光器外延片为了应对需求通常采用传统大光腔外延结构，并在此基础上开发出了极端双不对称结构。极端双不对称结构虽然具有低串联电阻和低载流子泄露优点，但是因为其量子阱的限制因子及增益均较低，制约峰值功率的提升，仍需要通过优化外延结构来进行提升。

技术实现思路

[0004]针对上述的问题，本公开提供一种完全非对称结构的激光器外延片及其制备方法，这种外延片的采用组分和结构的非对称特点弥补了极端双对称结构的不足，降低了阈值电流，提升了高温下的可靠性，提高了光电转换效率。为实现上述目的，本公开公开如下所示技术方案。
[0005]本公开的核心技术是外延片结构采用完全非对称的方式：N限制层与P限制层的组分含量非对称、厚度非对称，即两者的组分含量不同，厚度也不同。下波导层、上波导层均呈组分含量渐变特点，厚度非对称特点，并且在下波导层中掺P来弥补应力。下垒层与上垒层均呈组分含量渐变特点，厚度非对称特点。
[0006]与现有技术相比，本公开具有以下有益效果：上述的完全非对称结构的激光器外延片中，由于N限制层与P限制层的组分含量非对称、厚度非对称设置，可以起到降低串联电阻，减少热产生，将光场向N侧偏移的作用，从而降低空穴对载流子的吸收提升内量子效率。下波导层、上波导层均呈组分含量渐变，厚度非对称设置，减小界面间的带阶，降低电压，实现了量子阱的光限制可控。并且通过下波导层P的掺杂来弥补应力，从而实现了对外延结构整体的应力中和，提升了可靠性。而下垒层与上垒层厚度非对称，组分渐变设计，在保证P
‑
限制层厚度不变的前提下，通过上垒层和下垒层厚度不对称将电子更好的限制在量子阱中提升了有源区的限制能力则弥补了极端双对称结构的不足，降低了阈值电流，提升了激光器在高温下的可靠性，提高了光电转换效率。
附图说明
[0007]构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示
意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。
[0008]图1是本公开实施例中完全非对称结构的激光器外延片的结构示意图，其中，数字标记分别代表：1
‑
衬底、2缓冲层、3
‑
Al
x1
Ga1‑
x1
As N限制层、4
‑
Al
x2
Ga1‑
x2
As
y1
P1‑
y1
下波导层、5
‑
Al
x3
Ga1‑
x3
As下垒层、6
‑
量子阱层、7
‑
Al
x4
Ga1‑
x4
As上垒层、8
‑
Al
x5
G
a1
‑
x5
As上波导层、9
‑
Al
x6
Ga1‑
x6
As P限制层、10
‑
欧姆接触层。
具体实施方式
[0009]应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本公开使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0010]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。为了方便叙述，本公开中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用，仅仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件需要具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。
[0011]一方面，公开一种完全非对称结构的激光器外延片，其包括由下至上依次设置的：衬底、缓冲层、Al
x1
Ga1‑
x1
As N限制层、Al
x2
Ga1‑
x2
As
y1
P1‑
y1
下波导层、Al
x3
Ga1‑
x3
As下垒层、量子阱层、Al
x4
Ga1‑
x4
As上垒层、Al
x5
G
a1
‑
x5
As上波导层、Al
x6
Ga1‑
x6
As P限制层、欧姆接触层。其中：所述N限制层与P限制层的组分非对称(即x1≠x6)、厚度非对称。所述下波导层与上波导层厚度非对称，且所述下波导层中x2从下层到上层逐渐减小，所述上波导层中x5从上层到下层逐渐减小，且所述下波导层中掺有P原子。所述下垒层与上垒层厚度非对称，且所述下垒层中x3从下层到上层逐渐减小，所述上垒层中x4从上层到下层逐渐减小，即组分成渐变对称的特点。
[0012]在本公开的一些典型实施方式中，所述N限制层中，0.3≤x1≤0.6；所述P限制层中，0.5≤x6≤0.9。
[0013]在本公开的一些典型实施方式中，所述N限制层的厚度为2～3um，所述P限制层的厚度为0.5～1um。
[0014]在本公开的一些典型实施方式中，所述上垒层中x4从上层到下层逐渐减小至所述下垒层的最上层的x3的值。优选地，0.1≤x3≤0.4，0.1≤x4≤0.4。
[0015]在本公开的一些典型实施方式中，所述上波导层中x5从上层到下层逐渐减小至所述下波导层的最上层的x2的值。优选地，0.3≤x2≤0.4、0.3≤x5≤0.8、0.95≤y1≤0.99。
[0016]在本公开的一些典型实施方式中，所述下波导层的厚度为800～1500nm，上波导层的厚度为100～200nm。
[0017]在本公开的一些典型实施方式中，所述下垒层的厚度为100～300nm，上垒层的厚度为50～100nm，且在同一外所述延片中，下垒层和上垒层的厚度取值不同，以实现厚度非对称的结构设计。
[0018]在本公开的一些典型实施方式中，所述量子阱层的材质包括In
z1
Ga1‑
z1
As、AlGaInP等中的任意一种。可选地，所述量子阱层中z1的取值为0.1～0.2。
[0019]在本公开的一些典本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种完全非对称结构的激光器外延片，其特征在于，该外延片中：N限制层与P限制层的组分含量非对称、厚度非对称；下波导层、上波导层均呈组分含量渐变特点，厚度非对称特点，并且所述下波导层中掺杂P原子；下垒层与上垒层均呈组分含量渐变特点，厚度非对称特点。2.根据权利要求1所述的完全非对称结构的激光器外延片，其特征在于，包括由下至上依次设置的：衬底、缓冲层、Al
x1
Ga1‑
x1
As N限制层、Al
x2
Ga1‑
x2
As
y1
P1‑
y1
下波导层、Al
x3
Ga1‑
x3
As下垒层、量子阱层、Al
x4
Ga1‑
x4
As上垒层、Al
x5
G
a1
‑
x5
As上波导层、Al
x6
Ga1‑
x6
As P限制层、欧姆接触层；其中：所述N限制层与P限制层的组分非对称，即x1≠x6、厚度非对称；所述下波导层与上波导层厚度非对称，且所述下波导层中x2从下层到上层逐渐减小，所述上波导层中x5从上层到下层逐渐减小，且所述下波导层中掺有P原子；所述下垒层与上垒层厚度非对称，且所述下垒层中x3从下层到上层逐渐减小，所述上垒层中x4从上层到下层逐渐减小。3.根据权利要求2所述的完全非对称结构的激光器外延片，其特征在于，所述N限制层中，0.3≤x1≤0.6；所述P限制层中，0.5≤x6≤0.9；优选地，所述N限制层的厚度为2～3um，所述P限制层的厚度为0.5～1um。4.根据权利要求2所述的完全非对称结构的激光器外延片，其特征在于，所述上垒层中x4从上层到下层逐渐减小至所述下垒层的最上层的x3的值；优选地，0.1≤x3≤0.4，0.1≤x4≤0.4。5.根据权利要求2所述的完全非对称结构的激光器外延片，其特征在于，所述上波导层中x5从上层到下层逐渐减小至所述下波导层的最上层的x2的值；优选地，0.3≤x2≤0.4、0.3≤x5≤0.8、0.95≤y1≤0.99；优选地，所述下波导层的厚度为800～1500nm，上波导层的厚度为100～200nm；优选地，所述下垒层的厚度为100～300nm，上垒层的厚度为50～100nm，且在同一外所述延片中，下垒层和上垒层的厚度取值不同。6.根据权利要求2所述的完全非对称结构的激光器外延片，其特征在于，所述量子阱层的材质包括In
z1
Ga1‑
z1
As、AlGaInP中的任意一种，优选地，所述量子阱层中y1的取值为0.1～0.2；优选地，所述衬底的材质包括GaAs、蓝宝石、SiC中的任意一种；优选地，所述缓冲层的材质包括GaAs、InP、GaN中的任意一种；优选地，所述缓冲层的厚度为100～300nm；优选地，所述量子阱层的材质包括In
z1
Ga1‑
z1
As、AlGaInP中的任意一种；优选地，所述z1取值在0.1～0.2之间；优选地，所述欧姆接...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵凯迪，王振华，任万测，
申请(专利权)人：山东华光光电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：