[发明专利]InP基长波长2-3μm准量子点激光器结构

说明书

技术领域

本发明渋及半导体激光器技术，主要是在重掺杂InP(001)衬底上生长用于长波长(2-3μm)量子短线激光器的In_0.53Ga_0.47As/InAs/In_xGa_(1-x)As(0.58＜x＜0.83)/In_0.53Ga_0.47As/InGaAsP(匹配或张应变)结构，特别是指一种以多周期In_0.53Ga_0.47As/InAs/In_xGa_(1-x)As(0.58＜x＜0.83)/In_0.53Ga_0.47As/InGaAsP(匹配或张应变)量子点-台阶量子阱结构为有源区的长波长(2-3μm)InAs准量子点激光器结构。

背景技术

近年来，室温工作在中红外波段(2-3μm)的激光器引起了广泛关注，是因为该波段激光器在大气环境监测、自由空间激光通讯、医学、工业生产、分子光谱学等方面有很好的应用前景，这主要归因于两方面的因素：一方面，2-2.3μm是重要的大气透射窗口；另一方面，许多化学分子在2-3μm之间有很强的吸收线，化学分子的吸收线就像人类的指纹，不同分子的吸收线是不同的，可以根据吸收线的不同来识别不同的化学分子以及检测它们的含量。

理论上，量子点(QD)激光器比量子阱(QW)、量子线(QWr)激光器具有更高的特征温度、更高的发光效率和微分增益、更低的阈值电流和频率啁啾、更窄的光谱线宽和超快的高频响应等特性，这些特性已在GaAs基QD器件中得到了很好的体现。但是，目前，由于S-K模式生长的自组装量子点尺寸均匀性较差及材料生长过程中存在应力积累，使得生长层数受限，导致QD激光器性能不理想；此外，目前，国际上，InP衬底上InAs量子短线(QDashes)激光器能够实现的最长波长为2μm。因此怎样优化激光器性能并增加激光器激射波长是目前2-3μm InAs准量子点激光器研究的一个重要方向。

发明内容

本发明的目的在于提供一种InP基长波长2-3μm准量子点激光器结构，该结构与现有结构相比有以下优点：准量子点-台阶量子阱结构能够减小InAs准量子点的有效能隙，是该结构激光器波长向长波方向扩展的关键所在；通过应变补偿的方法可以将总应变减到很小(理论上可减小到零)，确保增多生长层数时材料的生长质量不退化，为制作性能良好的激光器提供了合适的材料，是激光器实现更好器件性能的有效方法之一；InGaAsP代替InAlGaAs作为波导层可以避免含铝激光器容易退化的问题；InP作为上下包覆层，晶格常数完全与InP(001)衬底匹配，材料生长起来比较容易且生长质量有保证。

本发明提供一种InP基长波长2-3μm准量子点激光器结构，包括：

一衬底；

一下包覆层，该下包覆层制作在衬底上，该下包覆层起到缓冲层的作用；

一下波导层，该下波导层的晶格常数与衬底的晶格常数匹配，该下波导层制作在下包覆层上，作为载流子限制层，提高电子-空穴复合效率，提高激光器的工作温度；

一1-20周期的匹配或张应变结构层，其制作在下波导层上，作为激光器的有源区，是激光器的核心部位；

一上波导层，该上波导层的晶格常数与衬底匹配，该上波导层制作在1-20周期的匹配或张应变结构层上，作为载流子限制层，将载流子限制在有源区，进而提高电子-空穴复合效率，提高激光器工作温度；

一上包覆层，该上包覆层制作在上波导层上，对有源区发出的光进行限制，使有源区发出的光沿波导轴向传播，对上包覆层进行p型掺杂，使其更好地给有源区提供空穴；

一欧姆接触层，该欧姆接触层制作在上包覆层上，其晶格常数与衬底匹配；

一上电极，该上电极制作在欧姆接触层上，为有源区提供空穴；

一下电极，该下电极制作在减薄后的衬底上，为有源区提供电子。

其中1-20周期的匹配或张应变结构层为1-20周期的In_0.53Ga_0.47As/InAs/In_xGa_(1-x)As(0.58＜x＜0.83)/In_0.53Ga_0.47As/InGaAsP匹配或张应变结构层，包括：