一种具有极端三不对称结构的GaAs基大功率激光器外延片及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种具有极端三不对称结构的GaAs基大功率激光器外延片及其制备方法。由下至上依次包括：衬底、缓冲层、N限制层、Al

【技术实现步骤摘要】
一种具有极端三不对称结构的GaAs基大功率激光器外延片及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种具有极端三不对称结构的GaAs基大功率激光器外延片及其制备方法，属于光电子


技术介绍

[0002]半导体激光器近年来发展迅速在越来越多的应用领域逐渐取代了传统固体激光器和气体激光器的主导地位。其中GaAs基大功率激光器因为其制作工艺简单、体积小、功率密度高、电转换效率较高等优点在众多半导体激光器种脱颖而出，并应用于许多工业领域。在工业领域中为了取得更高的输出功率来满足经济及社会进步的需求，GaAs基大功率激光器采用传统大光腔外延结构，随着工业上对功率、光束质量、转换效率的要求愈发严苛，GaAs基大功率激光外延结构开始向具有低串联电阻、低损耗和低载流子泄露等优点的极端双不对称结构转变。
[0003]极端双不对称结构是N限制层和P限制层组分和厚度不对称、N型和P型波导层厚度不对称，并且P波导层采用极薄设计的一种外延结构。极端双不对称结构解决的传统大光腔结构容易引入高阶模的激射，导致COD的产生，影响可靠性的问题，但是因为其采用的超薄的P波导层虽然降低了串联电阻，但是由于光场向N侧偏移的比较厉害，量子阱的限制因子及增益均较低，导致了阈值电流的升高，制约的峰值功率的提升，仍需要从外延结构上做出进一步的改善。
[0004]中国专利文献CN111817137A一种限制增强型GaN基深紫外激光器，自下往上依次是N型电极、衬底、N型下限制层、N型Al
x
Ga1‑
x
N下波导层、有源区、P型Al
x
Ga1‑
x
N上波导层、P型电子阻挡层、P型上限制层、P型GaN欧姆接触层和P型电极；所述N型Al
x
Ga1‑
x
N下波导层和P型Al
x
Ga1‑
x
N上波导层均为Al组分渐变型，利用N型Al
x
Ga1‑
x
N下波导层和P型Al
x
Ga1‑
x
N上波导层中的Al组分渐变设计引导光场靠近有源区，降低光学损耗，增强量子阱对载流子的限制，抑制电子泄露，改善阈值和输出功率。该专利所公开的外延结构中N型Al
x
Ga1‑
x
N下波导层中X从0.6变为0.5，P型Al
x
Ga1‑
x
N上波导层X从0.5变为0.6，并且厚度均为120nm，该结构随采用渐变结构但是厚度和组分均采用对称的形式，导致光场为对称分布，在P型区域的部分较多，光损耗也就越多，输出功率就会越低，并且P型Al
x
Ga1‑
x
N上波导层由于掺杂浓度较低，导致串联电阻大，厚度越厚越不利于寿命和热稳定性。
[0005]中国专利文献CN112636164A公开了一种超薄绝缘层半导体激光器及其制备方法，半导体激光器包括第一电极、第二电极、设于第一电极及第二电极之间且从第一电极朝向第二电极方向依次设置的衬底、第一金属化层、第一限制层、第一波导层、第一过渡层、有源层、第二过渡层、第二波导层、第二限制层和第二金属化层，所述第二金属化层的上表面开设有至少两条沟槽，相邻沟槽之间设有载流子限制绝缘凸起，前后腔面分别镀有增透膜和银反射刻蚀膜。该专利在有源区两侧采用的过渡层仅仅起到阻止多余元素进入量子阱中，对光场、阈值、功率等方面没有任何作用。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种具有极端三不对称结构的GaAs基大功率激光器外延片及其制备方法。
[0007]本专利技术的技术方案如下：
[0008]一种具有极端三不对称结构的GaAs基大功率激光器外延片，由下至上依次包括：衬底、缓冲层、N限制层、Al
x2
Ga1‑
x2
As下渐变波导层、Al
x3
Ga1‑
x3
As N过渡层、In
y1
Ga1‑
y1
As量子阱层、Al
y2
Ga1‑
y2
As P过渡层、Al
y3
Ga1‑
y3
As上渐变波导层、P限制层和欧姆接触层。
[0009]根据本专利技术优选的，所述衬底为GaAs衬底。
[0010]根据本专利技术优选的，所述缓冲层为掺杂硅原子的GaAs材料，厚度为100
‑
300nm，硅原子的掺杂浓度为2
×
10
18
‑5×
10
18
个原子/cm3。优选的，缓冲层的厚度为300nm；硅原子的掺杂浓度为3
×
10
18
个原子/cm3。
[0011]根据本专利技术优选的，所述N限制层为掺杂硅原子的Al
x1
Ga1‑
x
1As材料，0.3≤x1≤0.6，厚度为2
‑
3μm，硅原子的掺杂浓度为5
×
10
17
‑2×
10
18
个原子/cm3。优选的，N限制层的厚度为2.5μm，x1＝0.4，硅原子的掺杂浓度为1
×
10
18
个原子/cm3。
[0012]根据本专利技术优选的，所述Al
x2
Ga1‑
x2
As下渐变波导层的厚度为0.8
‑
1.5μm，x2由0.3渐变至0.4，硅原子的掺杂浓度为5
×
10
17
‑2×
10
18
个原子/cm3。优选的，所述Al
x2
Ga1‑
x2
As下渐变波导层的厚度为1μm，x2由0.3渐变至0.37，硅原子的掺杂浓度为7
×
10
17
个原子/cm3。
[0013]根据本专利技术优选的，所述Al
x3
Ga1‑
x3
As N过渡层的厚度为10
‑
30nm，x3由0.4渐变至0.1；优选的，所述Al
x3
Ga1‑
x3
As N过渡层的厚度为20nm，x3由0.37渐变至0.1。
[0014]根据本专利技术优选的，所述In
y1
Ga1‑
y1
As量子阱层的厚度为5
‑
10nm，0.1≤y1≤0.2；优选的，所述In
y1
Ga1‑
y1
As量子阱层的厚度为7nm，y1＝0.15。
[0015]根据本专利技术优选的，所述Al
y2
Ga1‑
y2
As P过渡层的厚度为3
‑
8nm，y2由0.1渐变至0.4。优选的，所述Al
y2
Ga1‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有极端三不对称结构的GaAs基大功率激光器外延片，其特征在于，由下至上依次包括：衬底、缓冲层、N限制层、Al
x2
Ga1‑
x2
As下渐变波导层、Al
x3
Ga1‑
x3
As N过渡层、In
y1
Ga1‑
y1
As量子阱层、Al
y2
Ga1‑
y2
As P过渡层、Al
y3
Ga1‑
y3
As上渐变波导层、P限制层和欧姆接触层。2.如权利要求1所述具有极端三不对称结构的GaAs基大功率激光器外延片，其特征在于，包括以下条件中的一项或多项：i、所述衬底为GaAs衬底；ii、所述缓冲层为掺杂硅原子的GaAs材料，厚度为100
‑
300nm，硅原子的掺杂浓度为2
×
10
18
‑5×
10
18
个原子/cm3；iii、所述N限制层为掺杂硅原子的Al
x1
Ga1‑
x
1As材料，0.3≤x1≤0.6，厚度为2
‑
3μm，硅原子的掺杂浓度为5
×
10
17
‑2×
10
18
个原子/cm3。3.如权利要求2所述具有极端三不对称结构的GaAs基大功率激光器外延片，其特征在于，包括以下条件中的一项或多项：i、所述缓冲层的厚度为300nm；硅原子的掺杂浓度为3
×
10
18
个原子/cm3；ii、所述N限制层的厚度为2.5μm，x1＝0.4，硅原子的掺杂浓度为1
×
10
18
个原子/cm3。4.如权利要求1所述具有极端三不对称结构的GaAs基大功率激光器外延片，其特征在于，包括以下条件中的一项或多项：i、所述Al
x2
Ga1‑
x2
As下渐变波导层的厚度为0.8
‑
1.5μm，x2由0.3渐变至0.4，硅原子的掺杂浓度为5
×
10
17
‑2×
10
18
个原子/cm3；优选的，所述Al
x2
Ga1‑
x2
As下渐变波导层的厚度为1μm，x2由0.3渐变至0.37，硅原子的掺杂浓度为7
×
10
17
个原子/cm3；ii、所述Al
x3
Ga1‑
x3
As N过渡层的厚度为10
‑
30nm，x3由0.4渐变至0.1；iii、所述In
y1
Ga1‑
y1
As量子阱层的厚度为5
‑
10nm，0.1≤y1≤0.2；iv、所述Al
y2
Ga1‑
y2
As P过渡层的厚度为3
‑
8nm，y2由0.1渐变至0.4。5.如权利要求4所述具有极端三不对称结构的GaAs基大功率激光器外延片，其特征在于，包括以下条件中的一项或多项：i、所述Al
x2
Ga1‑
x2
As下渐变波导层的厚度为1μm，x2由0.3渐变至0.37，硅原子的掺杂浓度为7
×
10
17
个原子/cm3；ii、所述Al
x3
Ga1‑
x3
As N过渡层的厚度为20nm，x3由0.37渐变至0.1；iii、所述In
y1
Ga1‑
y1
As量子阱层的厚度为7nm，y1＝0.15；iv、所述Al
y2
Ga1‑
y2
As P过渡层的厚度为5nm，y2由0.1渐变至0.37。6.如权利要求1所述具有极端三不对称结构的GaAs基大功率激光器外延片，其特征在于，包括以下条件中的一项或多项：i、所述Al
y3
Ga1‑
y3
As上渐变波导层的厚度为5
‑
15nm，y3由0.3渐变至0.9，硅原子的掺杂浓度为5
×
10
17
‑1×
10
18
个原子/cm3；ii、所述P限制层为掺杂碳原子的Al
y4
Ga1‑
y4
As材料，0.5≤y4≤0.9，厚度为0.5
‑
1μm，碳原子的掺杂浓度为1
×
10
17
‑5×
10
18
个原子/cm3；iii、所述欧姆接触层为掺杂碳原子的GaAs材料，厚度为100
‑
300nm，碳原子的掺杂浓度为9
×
10
18
‑5×
10
19
...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵凯迪，朱振，张东东，
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：