双波长锑化物应变量子阱半导体激光器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种双波长锑化物应变量子阱半导体激光器及其制备方法，该激光器由下至上依次包括n型电极、n型衬底、缓冲层、第一n型下限制层、第一下波导层、第一有源区、第一上波导层、第一p型上限制层、隧穿pn结、第二n型下限制层、第二下波导层、第二有源区、第二上波导层、第二p型上限制层、盖层、SiO2掩膜和p型电极，且该激光器为边发射的脊型激光器，其中，第一有源区与第二有源区的量子阱波导层与势垒层均采用非掺杂的低Al组分的Al0.4Ga0.6As0.03Sb0.97材料，限制层均采用高Al组分的Al0.75Ga0.25As0.05Sb0.95材料，p型限制层采用掺杂元素为Be，n型限制层采用的掺杂元素为Te。本发明专利技术提高了双色激光器的内部量子效率，实现了单一GaSb基激光器芯片室温下1.83μm与2.0μm波段的连续激射。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于半导体光电
,本专利技术涉及一种波长为1.83 μ m与2.0 μ m的。
技术介绍
2 5μπι波段是极其重要的大气透射窗口，在这一波段有望实现自由空间通讯；同时非对称双原子和多原子分子气体在2 5 μ m波段下存在强的吸收峰，尤其是大量污染性气体分子(NH3 (2.1ym), HF(2.5 μ m), CH4 (2.35 μ mand3.3 μ m), HCHO(3.5 μ m),HCl (3.5 μ m)，CO (2.3 μ m))，因而激射波长处于此波段的GaSb基中远红外激光器器件在通讯与气体分子谱方向有着重要的用途。GaSb基I类应变量子阱激光器经过数十年的发展，室温下的连续激射性能得到了显著地提升，而且已经将激射波长扩展到了 3.73μπι。1997年麻省理工大学Garbanzo，D.Z.等人首先获得了 I类GaSb基量子阱激光器波长在2 μ m的室温连续激射，腔长2_的激光器室温下连续激射功率达到了1.9W，此后他们又实现了波长为2.3 2.7 μ m波段激光器的室温下连续激射；2004年纽约大学石溪分校的L.Shterengas等人将λ = 2.4 μ m的激光器室温连续输出功率提高的到了 1W，脉冲功率为9W，光电转换效率高达17.5%，该研究小组将这类激光器的工作波长不断地延伸到了 3.6 μ m，并且实现了 3μπι以上波段百毫瓦级的室温连续激射。在GaSb基脊型激光器性能提升的基础上，各研究小组不仅对激光器的材料生长做了大量研究，实现了高可靠低铝组分激光器；而且对器件结构进行了拓展设计，制备了 GaSb基的VCSEL、DFB、碟式结构的激光器。
技术实现思路
(一 )要解决的技术问题有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供一种可以实现1.83 μ m与2.0 μ m室温下连续激射的，以提高双色激光器的内部量子效率，实现单一 GaSb基激光器芯片室温下1.83 μ m与2.0 μ m波段的连续激射，提高激光器芯片的集成度。( 二 )技术方案为了实现上述目的，本专利技术提供了一种双波长锑化物应变量子阱半导体激光器，该激光器由下至上依次包括η型电极1、η型衬底2、缓冲层3、第一 η型下限制层4、第一下波导层5、第一有源区6、第一上波导层7、第一 P型上限制层8、隧穿pn结9、第二 η型下限制层10、第二下波导层11、第二有源区12、第二上波导层13、第二 P型上限制层14、盖层15、SiO2掩膜16和P型电极17,且该激光器为边发射的脊型激光器,其中，第一有源区6与第二有源区12的量子阱波导层与势垒层均采用非掺杂的低Al组分的Ala4Gaa6Asatl3Sba97M料，限制层均米用闻Al组分的Ala75Gaa25Asatl5Sba95材料，ρ型限制层米用惨杂兀素为Be，η型限制层采用的掺杂元素为Te。为了实现上述目的，本专利技术还提供了一种制备双波长锑化物应变量子阱半导体激光器的方法，包括:步骤1:激光器外延片生长:在衬底上依次生长GaSb缓冲层、第一 η型下限制层、第一下波导层、第一有源区、第一上波导层、第一 P型上限制层、隧穿pn结、第二 η型下限制层、第二下波导层、第二有源区、第二上波导层、第二 P型上限制层和GaSb盖层；步骤2:光刻脊型波导，在非选择性湿法刻蚀GaSb盖层与第二 P型上限制层，形成激光器的脊型波导，采用PECVD方法在形成的脊型波导上淀积SiO2层，采用氢氟酸缓冲溶液(BOE)腐蚀SiO2层，制备电极接触窗口 ；然后在制备的电极接触窗口及未被腐蚀的SiO2层之上电子束蒸发淀积P型电极；最后对衬底背面进行减薄，在减薄后的衬底背面制作η型电极；步骤3:解离管芯，将P型电极所在一面向下焊接在镀In的铜热沉上，采用TO3管壳进行封装，完成激光器的制作。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本专利技术具有以下有益效果:1、本专利技术提供的这种可以实现1.83 μ m与2.0 μ m室温下连续激射的，通过在量子阱之间采用重掺杂GaSb材料隧穿pn结，提高了双色激光器的内部量子效率，实现了单一 GaSb基激光器芯片室温下1.83μπι与2.0 μ m波段的连续激射，有效提高了激光器芯片的集成度。2、本专利技术提供的这种可以实现1.83 μ m与2.0 μ m室温下连续激射的，通过器件结构设计以及工艺步骤改进，在两个应变量子阱之间生长高掺杂的GaSb材料隧穿pn结，由于外加偏压的作用，电子由第一有源区通过隧穿结进入第二有源区中，进一步提高了双色激光器的内部量子效率，实现了单一激光器芯片1.83 μ m与2.0 μ m波长室温下的连续激射。3、本专利技术提供的这种可以实现1.83 μ m与2.0 μ m室温下连续激射的，可以应用于污染性气体检测设备的信号源、微波信号发生源；同时该结构具备强的波长移植性，通过材料生长技术可有效调控激射波长。附图说明为进一步说明本专利技术的
技术实现思路
，一下结合实例以及附图，详细说明如下，其中:图1依照本专利技术实施例的双波长锑化物应变量子阱半导体激光器的结构示意图；图2是依照本专利技术实施例的双波长锑化物应变量子阱半导体激光器的外延材料的结构不意图；图3依照本专利技术实施例的双波长锑化物应变量子阱半导体激光器的重掺杂GaSb隧穿pn结的结构示意图；图4依照本专利技术实施例制备的脊型台面的扫描电子显微镜(SEM)照片。具体实施例方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。如图1所示，图1依照本专利技术实施例的双波长锑化物应变量子阱半导体激光器的结构示意图，该激光器由下至上依次包括η型电极1、η型衬底2、缓冲层3、第一 η型下限制层4、第一下波导层5、第一有源区6、第一上波导层7、第一 ρ型上限制层8、隧穿pn结9、第二 η型下限制层10、第二下波导层11、第二有源区12、第二上波导层13、第二 ρ型上限制层14、盖层15、SiO2掩膜16和ρ型电极17,且该激光器为边发射的脊型激光器,其中，第一有源区6与第二有源区12的量子阱波导层与势垒层均采用非掺杂的低Al组分的Ala4Gaa6Asaci3Sba97材料,限制层均采用高Al组分的Ala75Gaa25Asaci5Sba95材料,P型限制层采用掺杂元素为Be, η型限制层采用的掺杂元素为Te。其中，所述η型电极I形成于减薄后的η型衬底2的背面，电极材料为磁控溅射的Au/Ge/Ni。所述η型衬底2采用(001)N型GaSb衬底。所述缓冲层3形成于η型衬底2之上，为η型GaSb材料。所述第一 η型下限制层4生长在缓冲层3上，采用高Al组分的AlGaAsSb材料,掺杂兀素为Te,用于第一有源区6的限制层。所述第一下波导层5生长在第一 η型下限制层4上，采用非掺杂低铝组分的AlGaAsSb材料。所述第一有源区6生长在第一下波导层5上，有源区材料是非掺杂InGaSb/AlGaAsSb应变量子阱，量子阱中材料为InGaSb，量子阱阱宽为10nm，发光波长2.0 μ m。所述第一上波导层7生长在第一有源区6上，采用非掺杂低铝组分的AlGaAsSb材料。所述第一 ρ型上限制层8生长在第一上波导层7上，采用高Al组分的AlGaAsSb材料。所述隧穿pn结9生长在第一上波导层8上，其中ρ本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双波长锑化物应变量子阱半导体激光器，其特征在于，该激光器由下至上依次包括n型电极(1)、n型衬底(2)、缓冲层(3)、第一n型下限制层(4)、第一下波导层(5)、第一有源区(6)、第一上波导层(7)、第一p型上限制层(8)、隧穿pn结(9)、第二n型下限制层(10)、第二下波导层(11)、第二有源区(12)、第二上波导层(13)、第二p型上限制层(14)、盖层(15)、SiO2掩膜(16)和p型电极(17)，且该激光器为边发射的脊型激光器，其中，第一有源区(6)与第二有源区(12)的量子阱波导层与势垒层均采用非掺杂的低Al组分的Al0.4Ga0.6As0.03Sb0.97材料，限制层均采用高Al组分的Al0.75Ga0.25As0.05Sb0.95材料，p型限制层采用掺杂元素为Be，n型限制层采用的掺杂元素为Te。

【技术特征摘要】
1.一种双波长锑化物应变量子阱半导体激光器，其特征在于，该激光器由下至上依次包括η型电极(1)、η型衬底(2)、缓冲层(3)、第一 η型下限制层(4)、第一下波导层(5)、第一有源区￠)、第一上波导层(7)、第一 P型上限制层(8)、隧穿pn结(9)、第二 η型下限制层(10)、第二下波导层(11)、第二有源区(12)、第二上波导层(13)、第二 P型上限制层(14)、盖层(15)、SiO2掩膜(16)和P型电极(17),且该激光器为边发射的脊型激光器,其中，第一有源区(6)与第二有源区(12)的量子阱波导层与势垒层均采用非掺杂的低Al组分的Ala4Gaa6Asaci3Sba97材料,限制层均采用高Al组分的Ala75Gaa25Asaci5Sba95材料,P型限制层采用掺杂元素为Be, η型限制层采用的掺杂元素为Te。2.根据权利要求1所述的双波长锑化物应变量子阱半导体激光器，其特征在于，所述η型电极(I)形成于减薄后的η型衬底(2)的背面，电极材料为磁控溅射的Au/Ge/Ni。3.根据权利要求1所述的双波长锑化物应变量子阱半导体激光器，其特征在于，所述η型衬底⑵采用(OOl)N型GaSb衬底。4.根据权利要求1所述的双波长锑化物应变量子阱半导体激光器，其特征在于，所述缓冲层⑶形成于η型衬底⑵之上，为η型GaSb材料。5.根据权利要求1所述的双波长锑化物应变量子阱半导体激光器，其特征在于，所述第一 η型下限制层(4)生长在缓冲层(3)上，采用高Al组分的AlGaAsSb材料，掺杂元素为Te，用于第一有源区(6)的限制层。6.根据权利要求1所述的双波长锑化物应变量子阱半导体激光器，其特征在于，所述第一下波导层(5)生长在第一η型下限制层(4)上，采用非掺杂低铝组分的AlGaAsSb材料。7.根据权利要求1所述的双波长锑化物应变量子阱半导体激光器，其特征在于，所述第一有源区(6)生长在第一下波导层(5)上，有源区材料是非掺杂InGaSb/AlGaAsSb应变量子讲，量子讲中材料为I nGaSb,量子讲讲宽为IOnm,发光波长2.0 μ m。8.根据权利要求1所述的双波长锑化物应变量子阱半导体激光器，其特征在于，所述第一上波导层(7)生长在第一有源区(6)上，采用非掺杂低铝组分的AlGaAsSb材料。9.根据权利要求1所述的双波长锑化物应变量子阱半导体激光器，其特征在于，所述第一 P型上限制层(8)生长在第一上波导层(7)上，采用高Al组分的AlGaAsSb材料。10.根据权利要求1所述的双波长锑化物应变量子阱半导体激光器，其特征在于，所述隧穿pn结(9)生长在第一上波导层(8)上,其中P区掺杂元素为Be,掺杂浓度IO19CnT3,宽度为40nm ；n区掺杂元素为Te，掺杂浓度3X 1018cm_3，宽度为50nm，实现载流子的帯间隧穿。11.根据权利要求1所述的双波长锑化物应变量子阱半导体激光器，其特征在于，所述第二 η型下限制层(10)生长在隧穿pn结(9)上，采用高Al组分的AlGaAsSb材料，掺杂元素为Te，用于第二有源区(12)的限制层。12.根据权利要求1所述的双波长锑化物应变量子阱半导体激...

【专利技术属性】
技术研发人员：邢军亮，张宇，王国伟，王娟，王丽娟，任正伟，徐应强，牛智川，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：