【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及激光器，具体为一种具有电压调控层的短波长红光半导体激光器。
技术介绍
1、传统algainp红光半导体激光器在激光显示、激光存储、生物医学等领域有着广泛的应用，其激射波长主要集中在波长大于635nm的红光范围内，并且相关技术较为成熟，器件可以实现较好的输出特性和光束质量。
2、由于缺少高效的直接带隙半导体材料或合适的衬底，以及成熟的材料生长或器件制作技术，半导体激光器在部分特殊可见光波段(约530nm-630nm)存在着“波长禁地”。目前少有关于短波长红光(<630nm)半导体激光器的相关解决方案，文献“electronicsletters,2015,51(14):1102-1104.”采用900-1000℃高温退火，进行无杂质空位质诱导量子阱混杂使激光器发光波长蓝移制作短波长红光algainp激光器，尽管所制作的器件已经表现出和短波长led相当的发光特性，但由于量子垒区材料本身的组分和应变所限，加之高温量子阱混杂会对晶体品质造成不利，该方案器件的可靠性和稳定性不足。文献“physicastatus solidi,2009,246(3):508-511.”通过改变环境压力(0-20kbar)、温度(80k-300k)，可使645nm的gainp红光激光器输出波长调节至575nm，但此方案也存在着附属设施太复杂，实用性较差。
3、要实现短波长红光激射需要采用高ga组分gainp量子阱，不可避免需要更大的张应变或者很薄的gainp量子阱有源层，简单地在gaas衬底上外延algainp系材料
技术实现思路
1、针对缺少可行的短波长红光(<630nm)半导体激光器方案，本专利技术提供一种具有电压调控层的短波长红光半导体激光器，该激光器结构能够降低激光器开启电压，提升光电转换效率，并且可实现波长小于630nm的短波长红光激射。
2、本专利技术的一种具有电压调控层的短波长红光半导体激光器，包括n型重掺杂电压调控层，还包括从下到上依次设置的衬底、n型组分渐变缓冲层、n型晶格缓冲层、n型gainp掺杂渐变层、n型alinp限制层、algainp下波导层、gainp量子阱、algainp上波导层、p型alinp限制层、p型gainp势垒层、p型gaas欧姆接触层。
3、优选的，所述n型重掺杂电压调控层设置在n型gainp掺杂渐变层、n型alinp限制层之间。
4、优选的，所述n型重掺杂电压调控层设置在n型晶格缓冲层、n型gainp掺杂渐变层之间。
5、优选的，所述n型重掺杂电压调控层采用alinp、gainp材料中的任意一种，厚度在0.05至0.2μm范围内，掺杂浓度在4×1018cm-3至1×1020cm-3范围内。
6、优选的，所述衬底为gaas时，n型组分渐变缓冲层采用gainp材料，ga组分在0.52～0.62的范围内由低ga组分渐变增加至高ga组分；所述n型晶格缓冲层采用gainp材料，ga组分与n型组分渐变缓冲层中的高ga组分相同。
7、优选的，所述衬底为ge时，n型组分渐变缓冲层采用sige材料，ge组分在0.7～1的范围内由高ge组分渐变减小至低ge组分；所述的n型晶格缓冲层采用sige材料，ge组分与n型组分渐变缓冲层中的低ge组分相同。
8、优选的，所述n型组分渐变缓冲层厚度为0.05～1.5μm，所述n型晶格缓冲层的厚度为0.01～0.2μm。
9、优选的，所述n型gainp掺杂渐变层厚度为0.3～0.6μm，掺杂浓度由1018cm-3数量级渐变降低至1017cm-3数量级。
10、优选的，所述gainp量子阱中ga组分在0.54～0.58范围内，gainp量子阱厚度为5～12nm。gainp量子阱可根据设计要求为张应变、压应变或无应变状态。
11、与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：
12、1)本专利技术基于gaas或ge衬底，在其上引入n型组分渐变缓冲层与n型晶格缓冲层改变激光器外延结构的晶格常数，并且可以有效改善器件材料生长中的热应力、穿透位错、反相畴、晶格失配等问题，提高器件外延结构材料质量。进而使激光器结构中gainp量子阱可以在不同应变条件下实现短波长红光(<630nm)。
13、2)本专利技术在n型gainp掺杂渐变层与n型alinp限制层或n型gainp掺杂渐变层与n型晶格缓冲层之间引入n型重掺杂电压调控层。在一定重掺杂浓度范围内，n型重掺杂电压调控层可以降低该区域异质结能带间势垒高度，改变载流子分布，一定程度上降低了激光器的开启电压从而提高器件的转换效率。
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1.一种具有电压调控层的短波长红光半导体激光器，其特征在于，包括N型重掺杂电压调控层(4)，还包括从下到上依次设置的衬底(1)、N型组分渐变缓冲层(2)、N型晶格缓冲层(3)、N型GaInP掺杂渐变层(5)、N型AlInP限制层(6)、AlGaInP下波导层(7)、GaInP量子阱(8)、AlGaInP上波导层(9)、P型AlInP限制层(10)、P型GaInP势垒层(11)、P型GaAs欧姆接触层(12)。
2.根据权利要求1所述的一种具有电压调控层的短波长红光半导体激光器，其特征在于：所述N型重掺杂电压调控层(4)设置在N型GaInP掺杂渐变层(5)、N型AlInP限制层(6)之间。
3.根据权利要求1所述的一种具有电压调控层的短波长红光半导体激光器，其特征在于：所述N型重掺杂电压调控层(4)设置在N型晶格缓冲层(3)、N型GaInP掺杂渐变层(5)之间。
4.根据权利要求1所述的一种具有电压调控层的短波长红光半导体激光器，其特征在于：所述N型重掺杂电压调控层(4)采用AlInP、GaInP材料中的任意一种，厚度在0.05至0.2μm范围内
5.根据权利要求1所述的一种具有电压调控层的短波长红光半导体激光器，其特征在于：所述衬底(1)为GaAs时，N型组分渐变缓冲层(2)采用GaInP材料，Ga组分在0.52～0.62的范围内由低Ga组分渐变增加至高Ga组分；所述N型晶格缓冲层(3)采用GaInP材料，Ga组分与N型组分渐变缓冲层中的高Ga组分相同。
6.根据权利要求1所述的一种具有电压调控层的短波长红光半导体激光器，其特征在于：所述衬底(1)为Ge时，N型组分渐变缓冲层(2)采用SiGe材料，Ge组分在0.7～1的范围内由高Ge组分渐变减小至低Ge组分；所述的N型晶格缓冲层(3)采用SiGe材料，Ge组分与N型组分渐变缓冲层中的低Ge组分相同。
7.根据权利要求1、5、6任意一项所述的一种具有电压调控层的短波长红光半导体激光器，其特征在于：所述N型组分渐变缓冲层(2)厚度为0.05～1.5μm，所述N型晶格缓冲层(3)的厚度为0.01～0.2μm。
8.根据权利要求1、2、3任意一项所述的一种具有电压调控层的短波长红光半导体激光器，其特征在于：所述N型GaInP掺杂渐变层(5)厚度为0.3～0.6μm，掺杂浓度由1018cm-3数量级渐变降低至1017cm-3数量级。
9.根据权利要求1所述的一种具有电压调控层的短波长红光半导体激光器，其特征在于：所述GaInP量子阱(8)中Ga组分在0.54～0.58范围内，GaInP量子阱(8)厚度为5～12nm。
...【技术特征摘要】
1.一种具有电压调控层的短波长红光半导体激光器，其特征在于，包括n型重掺杂电压调控层(4)，还包括从下到上依次设置的衬底(1)、n型组分渐变缓冲层(2)、n型晶格缓冲层(3)、n型gainp掺杂渐变层(5)、n型alinp限制层(6)、algainp下波导层(7)、gainp量子阱(8)、algainp上波导层(9)、p型alinp限制层(10)、p型gainp势垒层(11)、p型gaas欧姆接触层(12)。
2.根据权利要求1所述的一种具有电压调控层的短波长红光半导体激光器，其特征在于：所述n型重掺杂电压调控层(4)设置在n型gainp掺杂渐变层(5)、n型alinp限制层(6)之间。
3.根据权利要求1所述的一种具有电压调控层的短波长红光半导体激光器，其特征在于：所述n型重掺杂电压调控层(4)设置在n型晶格缓冲层(3)、n型gainp掺杂渐变层(5)之间。
4.根据权利要求1所述的一种具有电压调控层的短波长红光半导体激光器，其特征在于：所述n型重掺杂电压调控层(4)采用alinp、gainp材料中的任意一种，厚度在0.05至0.2μm范围内，掺杂浓度在4×1018cm-3至1×1020cm-3范围内。
5.根据权利要求1所述的一种具有电压调控层的短波长红光半导体激光器，其特征在于：所述衬底(1)为gaas时，...
【专利技术属性】
技术研发人员：解佳男，林涛，谢朝阳，史家豪，梁多，曹新锐，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：
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