[发明专利]双波长锑化物应变量子阱半导体激光器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体光电技术领域，本发明涉及一种波长为1.83μm与2.0μm的双波长锑化物应变量子阱半导体激光器及其制备方法。

背景技术

2～5μm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2～5μm波段下存在强的吸收峰，尤其是大量污染性气体分子(NH₃(2.1μm)，HF(2.5μm)，CH₄(2.35μmand3.3μm)，HCHO(3.5μm)，HCl(3.5μm)，CO(2.3μm))，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3.73μm。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2μm的室温连续激射，腔长2mm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2.3～2.7μm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＝2.4μm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3.6μm，并且实现了3μm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。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种可以实现1.83μm与2.0μm室温下连续激射的双波长锑化物应变量子阱半导体激光器及其制备方法，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1.83μm与2.0μm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，本发明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Al_0.4Ga_0.6As_0.03Sb_0.97材料，限制层均采用高Al组分的Al_0.75Ga_0.25As_0.05Sb_0.95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。

为了实现上述目的，本发明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n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，本发明具有以下有益效果：