一种半导体激光器的外延片、外延片制备方法，以及半导体激光器技术

本发明专利技术公开了一种半导体激光器的外延片、外延片制备方法，以及半导体激光器，通过在缓冲层表面依次交替生长的第一势垒层、势阱层、隔断层、第二势垒层；其中，当生长隔断层时，在势阱层的表面先生长GaAs，由GaAs渐变为Al0.2Ga0.8As层，最后在Al0.2Ga0.8As层的表面生长第二势垒层，实现量子阱有源层与阱垒界面之间超薄渐变隔断层的添加；克服了量子阱有源层与阱垒界面模糊的问题，增大了自由载流子的微分复合效率，以提高外延片的量子效率，进而提高了半导体激光器的发光性能。提高了半导体激光器的发光性能。提高了半导体激光器的发光性能。

【技术实现步骤摘要】
一种半导体激光器的外延片、外延片制备方法，以及半导体激光器


[0001]本专利技术涉及半导体
，尤其涉及一种半导体激光器的外延片、外延片制备方法，以及半导体激光器。

技术介绍

[0002]一般半导体激光器有源层厚度约为0.2
‑
0.5um，当有源层厚度减薄到德布罗意波长数量级时，就出现量子尺寸效应，这时载流子被限制在有源层构成的势阱内，该势阱称为量子阱，这导致了自由载流子特性发生重大变化。量子阱是窄带隙超薄层被夹在两个宽带隙势垒薄层之间。由于量子阱有源层阈值更低，量子效率更高，目前新型的半导体激光器如VCSEL(垂直腔面发射激光器)等均采用量子阱有源层。
[0003]现有的近红外波段半导体激光器通常采用AlGaAs/InGaAs的量子阱，由于势垒层和势阱层交替生长，而叠加In的溢出效应，会造成阱垒界面模糊，引起载流子微分复合效率降低，导致量子效率降低，严重限制半导体激光器的性能，因此，如何提高外延片量子效率变得尤为重要。

技术实现思路

[0004]针对上述缺陷或不足，本专利技术的目的在于提供一种半导体激光器的外延片、外延片制备方法，以及半导体激光器。
[0005]为达到以上目的，本专利技术的技术方案为：
[0006]一种半导体激光器的外延片，包括：衬底，以及依次层叠于所述衬底上的缓冲层、量子阱结构层、保护层，其特征在于，所述量子阱结构层包括，在缓冲层上依次交替层叠的势垒层、势阱层、隔断层，所述保护层层叠于最外侧势垒层的表面。
[0007]进一步地，所述势垒层包括，第一势垒层和第二势垒层，且均为Al0.3Ga0.7As层。
[0008]进一步地，所述隔断层由靠近势阱层一侧的GaAs向第二势垒层渐变为Al0.2Ga0.8As。
[0009]进一步地，所述第一势垒层和第二势垒层的厚度均为20nm。
[0010]进一步地，所述势阱层为In0.13Ga0.87As层，所述In0.13Ga0.87As层的厚度为8nm，所述势阱层的波长为930nm。
[0011]进一步地，所述缓冲层为GaAs缓冲层，所述GaAs缓冲层的厚度为0.8um。
[0012]进一步地，所述保护层为GaAs保护层，所述GaAs保护层的厚度为0.16um。
[0013]进一步地，所述隔断层的厚度为3nm。
[0014]一种半导体激光器外延片的制作方法，包括以下步骤S1—S4：
[0015]S1，提供衬底；
[0016]S2，在所述衬底上依次外延生长缓冲层；
[0017]S3，在所述缓冲层上依次生长得到量子阱结构层，
[0018]其中,所述量子阱结构层包括，在缓冲层表面依次交替生长的第一势垒层、势阱层、隔断层、第二势垒层；
[0019]当生长所述隔断层时，在势阱层的上表面先生长GaAs，由GaAs渐变为Al0.2Ga0.8As，在所述Al0.2Ga0.8As的表面生长第二势垒层；
[0020]S4，在所述第二势垒层表面生长保护层。
[0021]一种半导体激光器，包括上述所述的外延片。
[0022]与现有技术比较，本专利技术的有益效果为：
[0023]本专利技术提供了一种半导体激光器的外延片通过在在InGaAs量子阱势阱表面与上势垒层界面添加超薄渐变层，渐变层组分由GaAs渐变为Al0.2Ga0.8As作为隔断层，来抑制势阱层内In原子析出溢流进入势垒层，克服了In原子引发的张应力造成势垒层带隙变窄、材料界面模糊的问题，以提高量子阱有源层与阱垒界面的清晰度，进一步，增大载流子的微分复合效率，进而提高了外延片的量子效率。
[0024]本专利技术提供了一种外延片制备方法，通过在缓冲层表面依次交替生长的第一势垒层、势阱层、隔断层、第二势垒层；其中，当生长隔断层时，在势阱层的表面先生长GaAs，由GaAs渐变为Al0.2Ga0.8As，最后在Al0.2Ga0.8As的表面生长第二势垒层，实现量子阱有源层与阱垒界面之间超薄渐变隔断层的添加；来抑制势阱层内In析出效应，从而增大载流子的微分复合效率，以提高外延片的量子效率，进而提高了半导体激光器的发光性能。
附图说明
[0025]图1是本专利技术中外延片的结构示意图；
[0026]图2是本专利技术中外延片制备方法的流程图；
[0027]图3是本专利技术中外延片或半导体激光器的发光波长曲线图；
[0028]图4是现有外延片或半导体激光器的发光波长曲线图；
[0029]图5是本专利技术中外延片或半导体激光器的波长光能量分布光谱图；
[0030]图6是现有外延片或半导体激光器的波长光能量分布光谱图。
[0031]其中，1—衬底；2—缓冲层；3—第一势垒层；4—势阱层；5—隔断层；6—第二势垒层；7—保护层。
具体实施方式
[0032]下面将结合附图对本专利技术做详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术的保护范围。
[0033]本申请主要针对采用AlGaAs/InGaAs量子阱的半导体激光器,在半导体激光器的外延片中多量子阱由于势垒层和势阱层交替生长，由于In(铟)高温下析出效应强，在上势垒层生长过程中，In(铟)容易溢流进入上势垒层中，而晶格常数较大的In原子引发的张应力造成势垒层带隙变窄，材料界面模糊，使得载流子微分复合效率降低，从而导致量子效率降低。因此，如何提高外延片量子阱有源层的量子效率变得尤为重要。
[0034]实施例一
[0035]如图1所示，本专利技术实施例提供一种半导体激光器的外延片，包括衬底1，以及依次
层叠于所述衬底上1的缓冲层2、量子阱结构层、保护层7；其中，量子阱结构层包括，在缓冲层2上依次交替层叠的势垒层(3、6)、势阱层4、隔断层5；所述势垒层包括，第一势垒层3(作为宽带隙的下势垒层)和第二势垒层6(作为宽带隙的上势垒层)，作为宽带隙的下势垒层和上势垒层的材料为Al0.2Ga0.7As，且厚度均为20nm；所述势阱层4夹在第一势垒层3与第二势垒层6之间，且层叠于第一势垒层3的表面，所述隔断层5插入势阱层4与第二势垒层6界面之间，来抑制In向上势垒层的扩散，提高量子阱有源层与阱垒界面的清晰度，进一步，提高了载流子的复合效率，以提高量子效率。所述保护层7层叠于第二势垒层6的表面，防止上势垒层表面氧化。
[0036]具体的，所述隔断层5为复合渐变层，组分由靠近势阱层4表面的GaAs向第二势垒层6渐变为Al0.2Ga0.8As层，在InGaAs量子阱势阱表面与上势垒层界面形成厚度为3nm的超薄渐变层，作为隔断层，在第二势垒层6(上势垒层生)生长时，抑制了晶格常数较大In原子向上溢流进进入在第二势垒层6(上势垒层)，避免In原子引发的张应力造成势垒层带隙变窄，材料界面模糊，从而增大了量子阱内载流子的微分复合效率，提高了量子效率。在本实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半导体激光器的外延片，包括：衬底(1)，以及依次层叠于所述衬底上(1)的缓冲层(2)、量子阱结构层、保护层(7)，其特征在于，所述量子阱结构层包括，在缓冲层(2)上依次交替层叠的势垒层(3、6)、势阱层(4)、隔断层(5)，所述保护层(7)层叠于最外侧势垒层(6)的表面。2.根据权利要求1所述的半导体激光器的外延片，其特征在于，所述所述势垒层包括，第一势垒层(3)和第二势垒层(6)，且均为Al0.3Ga0.7As层。3.根据权利要求1所述的半导体激光器的外延片，其特征在于，所述隔断层(5)由靠近势阱层(4)一侧的GaAs向第二势垒层(6)渐变为Al0.2Ga0.8As。4.根据权利要求2所述的半导体激光器的外延片，其特征在于，所述第一势垒层(3)和第二势垒层(6)的厚度均为20nm。5.根据权利要求1所述的半导体激光器的外延片，其特征在于，所述势阱层(4)为In0.13Ga0.87As层，所述In0.13Ga0.87As层的厚度为8nm，所述势阱层(4)的波长为930nm。6.根据权利要求1所述的半导体激光器的外延片，其特征在于，所述缓冲层(2)为G...

【专利技术属性】
技术研发人员：龚平，刘邦，夏天文，吴旗召，杨宇博，
申请(专利权)人：西安唐晶量子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：