[发明专利]多量子阱半导体激光器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体激光器器件，尤其是一种多量子阱半导体激光器及其制备方法。

背景技术

半导体激光器由于具有体积小、重量轻、使用电驱动、电光转换效率高、寿命长等优点，在工业加工、军事国防、医疗、全固态激光泵浦等领域获得了广泛应用。半导体激光器的发展趋势是高功率、高亮度和长寿命。目前商用的大功率半导体激光器多为单量子阱半导体激光器，其单巴连续波输出功率可达100W，准连续波输出功率达250W，若进一步提高功率，必须将多个巴条组合为叠阵或者面阵的形式，但叠阵和面阵的体积过大，限制了半导体激光器的进一步应用。

相对于单量子阱半导体激光器(SQW)，多量子阱半导体激光器(MQW)有其独特的优势：在尺寸保持不变的情况下，多量子阱半导体激光器最高输出功率可达单量子阱半导体激光器的n倍（n为量子阱层数）；在相同的工作电流下，多量子阱半导体激光器的输出功率可达单量子阱半导体激光器的n倍。多量子阱半导体激光器理论上能够大大提高输出功率和亮度，有效降低系统尺寸及对大电流电源的需求，是半导体激光器的重要发展方向。

但目前多量子阱半导体激光器产品受限于散热能力，导致难以达到预期的输出功率，可靠性较低。例如万春明等人在中国激光，2002，Vol.A29，No.12中报道了一种940nm无铝双量子阱列阵半导体激光器，在注入电流17.8A时连续波输出功率仅为10W，斜率效率为1.09W/A。德国的OSRAM光电半导体公司推出的一种三层量子阱半导体激光器，功率为75W，工作模式为准连续波，波长为905nm。与目前商用的单量子阱半导体激光器相比，其输出功率仍然较低，工作寿命较短。因此，研究新型的具有高效散热能力的多量子阱半导体激光器对于高功率半导体激光器的发展具有重要意义。

发明内容

本发明提供了一种多量子阱半导体激光器及其制备方法，以提高多量子阱半导体激光器的散热效率，实现大功率、高可靠的激光输出。

为实现以上发明目的，本发明提出以下基本技术方案：

多量子阱半导体激光器，包括多个量子阱层以及设置于各量子阱层之间的势垒层，其特殊之处在于：每个量子阱层设置有一个或多个发光区，相邻量子阱层的发光区相互错开。

基于上述基本的技术方案，较佳的方案如下：

上述量子阱层为GaInAsP量子阱层，势垒层为InGaP势垒层；所述多量子阱半导体激光器包括依次设置的N⁺-GaAs衬底、N⁺-GaAs缓冲层、N-AlGaAs上限制层、InGaP上波导层、多个所述GaInAsP量子阱层及相应的InGaP势垒层、InGaP下波导层、P-AlGaAs下限制层、P-GaAs顶层、P⁺⁺-GaAs欧姆接触层。

制备上述多量子阱半导体激光器的方法，包括以下步骤：

（1）在衬底上依次生长缓冲层、上限制层、上波导层、第一个量子阱层；

（2）通过离子注入的方法，使第一个量子阱层的部分区域形成非发光区，在该量子阱层中，非发光区之间的区域设置为发光区；

（3）依次生长势垒层、下一个量子阱层；

（4）通过离子注入的方法使所述下一个量子阱层中的部分区域形成非发光区，非发光区之间的区域设置为发光区，并使该量子阱层的发光区与第一个量子阱层的发光区相互错开；

（5）若设计的量子阱层数超过两个，则按照步骤（3）、（4）继续进行下一个量子阱层的生长并使该量子阱层的发光区与前一个量子阱层的发光区相互错开；

（6）完成最后一个量子阱层后，依次生长下波导层、下限制层、顶层、欧姆接触层，制备得到多量子阱半导体激光器。

基于上述基本的制备方法，具体的优选方案为：

步骤（1）是通过金属有机化学气相沉积(MOCVD)法或分子束外延法（MBE）在N⁺-GaAs衬底上依次生长N⁺-GaAs缓冲层、N-AlGaAs上限制层、InGaP上波导层、GaInAsP第一量子阱层；

步骤（2）通过离子注入的方法，使第一量子阱层的部分区域形成非发光区，非发光区之间的区域为发光区，并在该量子阱层形成发光区-非发光区的周期分布；

步骤（3）是依次生长InGaP势垒层、GaInAsP第二量子阱层；

步骤（4）是通过离子注入的方法使第二量子阱层中的区域形成非发光区，非发光区72之间的区域为第二量子阱层的发光区，第二量子阱层的发光区与第一量子阱层的发光区相互错开；