一种高性能DFB激光器外延片结构与制备方法技术

本发明专利技术提供一种高性能DFB激光器外延片结构与制备方法，通过在DFB激光器外延片的AlGaInAs混合多量子阱层中设置两种或者两种以上类型的势垒层，不同类型的势垒层的带隙高度不同，不同类型的势垒层的带隙高度于AlGaInAs混合多量子阱层中自下而上渐变式减小，使得空穴载流子从AlGaInAs混合多量子阱层顶端向下遂穿时，上端的空穴更容易遂穿，从而保证空穴能够遂穿至AlGaInAs混合多量子阱层下端，从而提高微分增益，获得相对更高的调制带宽。带宽。带宽。

【技术实现步骤摘要】
一种高性能DFB激光器外延片结构与制备方法


[0001]本专利技术半导体
，特别是涉及一种高性能DFB激光器外延片结构与制备方法。

技术介绍

[0002]无制冷、高速、高可靠性、低成本的半导体激光器是现代高速光网络的核心光电子器件。相比InGaAsP/InP材料体系(带边不连续比约为40：60)，AlGaInAs/InP材料体系(带边不连续比例约为72:28)具有比较大的导带偏移量，因此具有更好的电子限制与空穴的分配性能。分布反馈多量子阱半导体激光器具有阈值电流密度低、温度特性优和动态特性好等优点，是现代高速光网络最为理想的光源。对于高速调制半导体激光器，高的微分增益可以获得高的调制带宽，而量子阱间载流子的分布状态直接影响了有源区的微分增益。
[0003]而由于现有结构中的AlGaInAs多量子阱层用于空穴载流子进行自上而下的遂穿，通常使用同一种类型即同一带隙高度的势垒层，但通常这种势垒层的带隙高度较大，会对空穴载流子产生较大的阻碍，导致空穴难以抵达最低端的势阱层，空穴载流子在量子阱间中的分布均匀性较低，使得微分增益较低，导致激光器的调制带宽较差。
[0004]鉴于此，克服该现有技术所存在的缺陷是本
亟待解决的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题是如何提高空穴载流子在量子阱间中的分布均匀性，使得微分增益提高，提高激光器的调制带宽。
[0006]本专利技术选中如下技术方案：
[0007]第一方面，提供一种高性能DFB激光器外延片结构，包括两种或者两种以上类型的势垒层11：
[0008]所述两种或者两种以上类型的势垒层11位于AlGaInAs混合多量子阱层1中，所有类型的势垒层11于所述AlGaInAs混合多量子阱层1中自下而上依次设置，每种类型的势垒层11的数量为一层或者多层；
[0009]不同类型的势垒层11的带隙高度于AlGaInAs混合多量子阱层1中自下而上渐变式减小。
[0010]优选的，所述AlGaInAs混合多量子阱层1中的下半部分的势垒层11的带隙波长范围为1000nm到1100nm，所述AlGaInAs混合多量子阱层1中的上半部分的势垒层11的带隙波长范围为1100nm到1200nm。
[0011]优选的，所述AlGaInAs混合多量子阱层1还包括：每相邻两个所述势垒层11之间均设置有一层势阱层12。
[0012]优选的，所述势阱层12的层数范围为3层到15层，所有类型的势垒层11的层数之和的范围为4层到16层。
[0013]优选的，每个所述势阱层12的厚度范围为3nm到8nm，每个所述势垒层11的厚度范
围为5nm到10nm。
[0014]优选的，所述高性能DFB激光器外延片结构还包括：
[0015]设置于底部的InP衬底3，所述InP衬底3上方自下而上依次设置有InP缓冲层4、InGaAsP光栅层5、InP盖层6、InP覆盖层7、AlGaInAs组分渐变层8、AlInAs下限制层9、AlGaInAs下波导组分渐变层10、所述AlGaInAs混合多量子阱层1、AlGaInAs上波导组分渐变层11、AlInAs上限制层12、InP间隔层13、InGaAsP抗腐蚀层14、InP上包层15、InGaAsP上组分渐变层16和InGaAs电极接触层17；
[0016]所述AlGaInAs混合多量子阱层1位于所述AlGaInAs下波导组分渐变层10和所述AlGaInAs上波导组分渐变层11之间。
[0017]优选的，所有所述势垒层11相对于所述InP衬底3为张应变，所有所述势垒层11的应变量范围为
‑
0.2％到
‑
1％。
[0018]优选的，所有所述势阱层12相对于InP衬底3为压应变，应变量范围为0.5％到1.7％。
[0019]第二方面，一种高性能DFB激光器外延片结构的制备方法，所述方法用于制备所述的高性能DFB激光器外延片结构，包括：
[0020]于InP衬底3上制作AlGaInAs混合多量子阱层1；其中，所述AlGaInAs混合多量子阱层1包括两种或者两种以上类型的势垒层11，所有类型的势垒层11于所述AlGaInAs混合多量子阱层1中自下而上依次设置，每种类型的势垒层11的数量为一层或者多层；
[0021]按照带隙高度自下而上渐变式减小的方式，制作不同类型的势垒层11。
[0022]优选的，所述方法还包括：
[0023]于InP衬底3表面依次外延生长InP缓冲层4、InGaAsP光栅层5和InP盖层6；
[0024]于所述InP缓冲层4、InGaAsP光栅层5和InP盖层6上制备光栅图形；
[0025]在所述InGaAsP光栅层5和InP盖层6上依次生长InP覆盖层7、AlGaInAs组分渐变层8、AlInAs下限制层9、AlGaInAs下波导组分渐变层10、AlGaInAs混合多量子阱层1、AlGaInAs上波导组分渐变层11、AlInAs上限制层12、InP间隔层13、InGaAsP抗腐蚀层14、InP上包层15、InGaAsP上组分渐变层16和InGaAs电极接触层17。
[0026]本专利技术实施例提供一种高性能DFB激光器外延片结构与制备方法，通过在DFB激光器外延片的AlGaInAs混合多量子阱层中设置两种或者两种以上类型的势垒层，不同类型的势垒层的带隙高度不同，不同类型的势垒层的带隙高度于AlGaInAs混合多量子阱层中自下而上渐变式减小，使得空穴载流子从AlGaInAs混合多量子阱层顶端向下遂穿时，上端的空穴载流子遂穿更容易，从而保证空穴能够流动至AlGaInAs混合多量子阱层下端，从而提高微分增益，获得相对更高的调制带宽。
附图说明
[0027]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对本专利技术实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0028]图1是本专利技术实施例提供的一种高性能DFB激光器外延片结构的AlGaInAs混合多
量子阱层的结构示意图；
[0029]图2是本专利技术实施例提供的一种高性能DFB激光器外延片结构的不同类型势垒层的带隙高度图；
[0030]图3是本专利技术实施例提供的一种高性能DFB激光器外延片结构的结构示意图；
[0031]图4是本专利技术实施例提供的一种高性能DFB激光器外延片结构上光栅图形的结构示意图；
[0032]图5是本专利技术实施例提供的一种高性能DFB激光器外延片制备方法的方法流程图；
[0033]图示标号如下：
[0034]AlGaInAs混合多量子阱层1；势垒层11；第一势垒层111；第二势垒层112；第三势垒层113；势阱层12；InP衬底3；InP缓冲层4；InGaAsP光栅层5；InP盖层6；InP覆本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高性能DFB激光器外延片结构，其特征在于，包括两种或者两种以上类型的势垒层(11)：所述两种或者两种以上类型的势垒层(11)位于AlGaInAs混合多量子阱层(1)中，所有类型的势垒层(11)于所述AlGaInAs混合多量子阱层(1)中自下而上依次设置，每种类型的势垒层(11)的数量为一层或者多层；不同类型的势垒层(11)的带隙高度于AlGaInAs混合多量子阱层(1)中自下而上渐变式减小。2.根据权利要求1所述的高性能DFB激光器外延片结构，其特征在于，所述AlGaInAs混合多量子阱层(1)中的下半部分的势垒层(11)的带隙波长范围为1000nm到1100nm，所述AlGaInAs混合多量子阱层(1)中的上半部分的势垒层(11)的带隙波长范围为1100nm到1200nm。3.根据权利要求1所述的高性能DFB激光器外延片结构，其特征在于，所述AlGaInAs混合多量子阱层(1)还包括：每相邻两个所述势垒层(11)之间均设置有一层势阱层(12)。4.根据权利要求3所述的高性能DFB激光器外延片结构，其特征在于，所述势阱层(12)的层数范围为3层到15层，所有类型的势垒层(11)的层数之和的范围为4层到16层。5.根据权利要求3所述的高性能DFB激光器外延片结构，其特征在于，每个所述势阱层(12)的厚度范围为3nm到8nm，每个所述势垒层(11)的厚度范围为5nm到10nm。6.根据权利要求3所述的高性能DFB激光器外延片结构，其特征在于，所述高性能DFB激光器外延片结构还包括：设置于底部的InP衬底(3)，所述InP衬底(3)上方自下而上依次设置有InP缓冲层(4)、InGaAsP光栅层(5)、InP盖层(6)、InP覆盖层(7)、AlGaInAs组分渐变层(8)、AlInAs下限制层(9)、AlGaInAs下波导组分渐变层(10)、所述AlGaInAs混合多量子阱层(1)、AlGaInAs上波导组分渐变层(11)、AlInAs上限制层(12)、InP间隔层(13)、InGaAsP抗腐蚀层(14)、InP上包层(15)、InGaAsP上组分渐变层(16)和InGaAs电...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕军，曹明德，余雪平，钟满意，程文涛，黄晓东，赵建宜，罗飚，
申请(专利权)人：湖北光谷实验室，
类型：发明
国别省市：