一种应变补偿的AlGaInP红光半导体激光器及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种应变补偿的AlGaInP红光半导体激光器及其制备方法。所述激光器由下至上依次包括GaAs衬底、GaAs缓冲层、Ga

【技术实现步骤摘要】
一种应变补偿的AlGaInP红光半导体激光器及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种应变补偿的AlGaInP红光半导体激光器及其制备方法，属于光电子


技术介绍

[0002]AlGaInP红光半导体激光器具有体积小、重量轻，功耗小，可直接调制，具有很高的效率及可靠性的特点，在塑料光纤传输中的近距离全光网络应用和在医疗美容、激光显示及工业测量等领域有着广泛的应用前景。其中激光显示可以覆盖人眼可见光域中90％的色域，色彩饱和度是传统显示设备的100倍以上，被称为“人类视觉史上的革命”，具有极高的市场潜力及应用价值。
[0003]人眼对不同波长红光的响应度不同，波长不同时光视效能不同，人眼感觉到的亮度也会有差别，文献《激光与光电子学进展》，Vol 56(18)，2019，Pg 180001：1
–
12指出638nm红光综合了较大的色域覆盖范围及较高的光效视能，具有最好的综合性能。短波长的638nm红光激光器一般使用张应变的GaInP量子阱，量子阱在平行方向受到双轴张应变和垂直方向压应变，将会提升轻空穴带，而使重空穴带降低，且减小其有效质量，所以可以得到高增益系数的TM偏振激光，然而量子阱应力大小将会影响轻重空穴分离程度，影响出光波长。为了更好的视觉体验，需要保证激光器亮度的一致性，就需要从根本上保证外延片的波长一致性，有利于提高产出率，降低成本，提高市场竞争力。
[0004]文献IEEE journal of selected topics in quantum electronics，Vol 3(2)，1997，Pg 180
–
187指出利用应变补偿可以提高材料晶体质量，避免因临界厚度失配造成可靠性降低。但是垒层与阱应变补偿界面晶格常数变化大，容易导致缺陷产生，应力不均匀造成波长均匀性变差。
[0005]中国专利文献CN106229398A公开了一种高均匀性的红光LED外延结构及其制备方法，通过在生长GaAs缓冲层之前生长AlGaAs缓冲层，将表面氧化层通过AlGaAs缓冲层进行分解吸收，最大程度的减少了衬底表面氧化层对后续外延结构的影响，从而提高生长的均匀性。但这种方法应用于LED结构，降低外延片边缘低于40mcd的面积，通常多量子阱时均匀性容易得到优化，而红光638nm半导体激光器通常采用单量子阱结构，提升光电转换效率，两者结构设计不同。

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应变补偿的AlGaInP红光半导体激光器及其制备方法。
[0007]本专利技术的技术方案如下：
[0008]一种应变补偿的AlGaInP红光半导体激光器，由下至上依次包括GaAs衬底、GaAs缓冲层、Ga
0.5
In
0.5
P下过渡层、Al
0.5
In
0.5
P下限制层、(Al
x1
Ga1‑
x1
)
y1
In1‑
y1
P下波导层、(Al
a1
Ga1‑
a1
)
b1
In1‑
b1
P/(Al
a2
Ga1‑
a2
)
b2
In1‑
b2
P应变补偿垒层、Ga1‑
x2
In
x2
P量子阱、(Al
a3
Ga1‑
a3
)
b3
In1‑
b3
P/(Al
a4
Ga1‑
a4
)
b4
In1‑
b4
P应变补偿垒层、(Al
x3
Ga1‑
x3
)
y2
In1‑
y2
P上波导层、Al
0.5
In
0.5
P上限制层、(Al
0.5
Ga
0.5
)
0.5
In
0.5
P第一上过渡层、Ga
0.5
In
0.5
P第二上过渡层和GaAs帽层；
[0009]其中，a2≤a1≤x1、a3≤a4≤x3，0.5≥b2≥b1≥0.3、0.5≥b3≥b4≥0.3，(Al
a1
Ga1‑
a1
)
b1
In1‑
b1
P及(Al
a4
Ga1‑
a4
)
b4
In1‑
b4
P中In组分大于等于0.5，压应变补偿有助于提升有源区材料质量，提高转换效率。
[0010]根据本专利技术优选的，所述衬底为GaAs衬底。
[0011]根据本专利技术优选的，所述GaAs缓冲层为掺杂硅原子的GaAs材料，掺杂源为Si2H6，厚度为0.1
‑
0.3μm，掺杂浓度为2
×
10
18
‑5×
10
18
个原子/cm3。优选的，所述缓冲层的厚度为0.2μm硅原子的掺杂浓度为2
×
10
18
个原子/cm3。
[0012]根据本专利技术优选的，所述Ga
0.5
In
0.5
P下过渡层掺杂了硅原子，掺杂源为Si2H6，厚度为0.1
‑
0.3μm，掺杂浓度为2
×
10
18
‑5×
10
18
个原子/cm3。优选的，所述Ga
0.5
In
0.5
P下过渡层的厚度为0.2μm；掺杂浓度为4
×
10
18
个原子/cm3。
[0013]根据本专利技术优选的，所述Al
0.5
In
0.5
P下限制层为n型Al
0.5
In
0.5
P下限制层，掺杂了硅原子，掺杂源为Si2H6，厚度为0.7
‑
1.5μm，掺杂浓度为7
×
10
17
‑2×
10
18
个原子/cm3。优选的，所述Al
0.5
In
0.5
P下限制层的厚度为1.2μm；掺杂浓度为1
×
10
18
个原子/cm3。
[0014]根据本专利技术优选的，所述(Al
x1
Ga1‑
x1
)
y1
In1‑
y1
P下波导层的厚度为0.1
‑
0.3μm，靠近下限制层的2/3厚度掺杂Si2H6，掺杂浓度为1
×
10
16
‑3×
10
17<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种应变补偿的AlGaInP红光半导体激光器，其特征在于，由下至上依次包括GaAs衬底、GaAs缓冲层、Ga
0.5
In
0.5
P下过渡层、Al
0.5
In
0.5
P下限制层、(Al
x1
Ga1‑
x1
)
y1
In1‑
y1
P下波导层、(Al
a1
Ga1‑
a1
)
b1
In1‑
b1
P/(Al
a2
Ga1‑
a2
)
b2
In1‑
b2
P应变补偿垒层、Ga1‑
x2
In
x2
P量子阱、(Al
a3
Ga1‑
a3
)
b3
In1‑
b3
P/(Al
a4
Ga1‑
a4
)
b4
In1‑
b4
P应变补偿垒层、(Al
x3
Ga1‑
x3
)
y2
In1‑
y2
P上波导层、Al
0.5
In
0.5
P上限制层、(Al
0.5
Ga
0.5
)
0.5
In
0.5
P第一上过渡层、Ga
0.5
In
0.5
P第二上过渡层和GaAs帽层；其中，a2≤a1≤x1、a3≤a4≤x3，0.5≥b2≥b1≥0.3、0.5≥b3≥b4≥0.3，(Al
a1
Ga1‑
a1
)
b1
In1‑
b1
P及(Al
a4
Ga1‑
a4
)
b4
In1‑
b4
P中In组分大于等于0.5。2.如权利要求1所述应变补偿的AlGaInP红光半导体激光器，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GaAs缓冲层为掺杂硅原子的GaAs材料，掺杂源为Si2H6，厚度为0.1
‑
0.3μm，掺杂浓度为2
×
10
18
‑5×
10
18
个原子/cm3；iii、所述Ga
0.5
In
0.5
P下过渡层掺杂了硅原子，掺杂源为Si2H6，厚度为0.1
‑
0.3μm，掺杂浓度为2
×
10
18
‑5×
10
18
个原子/cm3；iv、所述Al
0.5
In
0.5
P下限制层为n型Al
0.5
In
0.5
P下限制层，掺杂了硅原子，掺杂源为Si2H6，厚度为0.7
‑
1.5μm，掺杂浓度为7
×
10
17
‑2×
10
18
个原子/cm3；v、所述(Al
x1
Ga1‑
x1
)
y1
In1‑
y1
P下波导层的厚度为0.1
‑
0.3μm，靠近下限制层的2/3厚度掺杂Si2H6，掺杂浓度为1
×
10
16
‑3×
10
17
个原子/cm3，0.45≤x1≤0.65，0.4≤y1≤0.6。3.如权利要求2所述应变补偿的AlGaInP红光半导体激光器，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0.2μm硅原子的掺杂浓度为2
×
10
18
个原子/cm3；ii、所述Ga
0.5
In
0.5
P下过渡层的厚度为0.2μm；掺杂浓度为4
×
10
18
个原子/cm3；iii、所述Al
0.5
In
0.5
P下限制层的厚度为1.2μm；掺杂浓度为1
×
10
18
个原子/cm3；iv、所述(Al
x1
Ga1‑
x1
)
y1
In1‑
y1
P下波导层的厚度为0.2μm，其中120nm掺杂浓度为5
×
10
16
个原子/cm3，x1＝0.55，y1＝0.5。4.如权利要求1所述应变补偿的AlGaInP红光半导体激光器，其特征在于，包括以下条件中的一项或多项：i、所述(Al
a1
Ga1‑
a1
)
b1
In1‑
b1
P/(Al
a2
Ga1‑
a2
)
b2
In1‑
b2
P应变补偿垒层中(Al
a1
Ga1‑
a1
)
b1
In1‑
b1
P的厚度为4
‑
7nm，(Al
a2
Ga1‑
a2
)
b2
In1‑
b2
P的厚度为1
‑
3nm，非故意掺杂，0.45≤a1≤0.65，0.3≤b1≤0.5；0.45≤a2≤0.65，0.4≤b2≤0.5；ii、所述Ga1‑
x2
In
x2
P第一量子阱的厚度为8
‑
15nm，非故意掺杂，0.3≤x2≤0.45；iii、所述(Al
a3
Ga1‑
a3
)
b3
In1‑
b3
P/(Al
a4
Ga1‑
a4
)
b4
In1‑
b4
P应变补偿垒层中(Al
a3
Ga1‑
a3
)
b3
In1‑
b3
P的厚度为1
‑
3nm，(Al
a4
Ga1‑
a4
)
b4
In1‑
b4
P的厚度为4
‑
7nm，非故意掺杂，0.45≤a3≤0.65，0.4≤b3≤0.5，0.45≤a4≤0.65，0.3≤b4≤0.5。5.如权利要求4所述应变补偿的AlGaInP红光半导体激光器，其特征在于，包括以下条件中的一项或多项：i、所述(Al
a1
Ga1‑
a1
)
b1
In1‑
b1
P/(Al
a2
Ga1‑
a2
)
b2
In1‑
b2
P应变补偿垒层中(Al
a1
Ga1‑
a1
)
b1
In1‑
b1
P的厚度为6nm，(Al
a2
Ga1‑
a2
)
b2
In1‑
b2
P的厚度为2nm，非故意掺杂，a1＝0.5，b1＝0.4；a2＝0.4，b2＝0.5；
ii、所述Ga1‑
x2
In
x2
P第一量子阱的厚度为10nm，非故意掺杂，x2＝0.4；iii、所述(Al
a3
Ga1‑
a3
)
b3
In1‑
b3
P/(Al
a4
Ga1‑
a4
)
b4
In1‑
b4
P应变补偿垒层中(Al
a3
Ga1‑
a3
)
b3
In1‑
b3
P的厚度为2nm，(Al
a4
Ga1‑
a4
)
b4
In1‑
b4
P的厚度为6nm，非故意掺杂，a3＝0.4，b3＝0.5，a4＝0.5，b4＝0.4。6.如权利要求1所述应变补偿的AlGaInP红光半导体激光器，其特征在于，包括以下条件中的一项或多项：i、所述(Al
x3
Ga1‑
x3
)
y2
In1‑
y2
P上波导层的厚度为0.05
‑
0.15μm，靠近上限制层的1/3厚度掺杂了镁原子或锌原子，掺杂源为Cp2Mg或DEZn，掺杂浓度为2
×
10
17
‑5×
10
17
个原子/cm3，0.45≤x3≤0.65，0.4≤y2≤0.6；ii、所述Al
0.5
In
0.5
P上限制层为P型Al
0.5
In
0.5
P上限制层，掺杂了镁原子或锌原子，掺杂源为Cp2Mg或DEZn，厚度为0.8
‑
1.2μm，掺杂浓度为7
×
10
17
‑
1.5
×
10
18
个原子/cm3；iii、所述(Al
0.5
Ga
0.5
)
0.5
In
0.5
P第一上过渡层掺杂了镁原子或锌原子，掺杂源为Cp2Mg或DEZn，厚度为8
‑
15nm，掺杂浓度为1.5
×
10
18
‑3×
10
18
个原子/cm3；IV、所述Ga
0.5
In
0.5
P第二上过渡层掺杂了镁原子或锌原子，掺杂源为Cp2Mg或DEZn，厚度为8
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱振，刘飞，张新，
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：