[发明专利]一种PNiN结构晶闸管激光器

说明书

技术领域

本发明涉及一种PNiN结构的晶闸管激光器，在传统PiN结构激光器中加入N型反型层变成PNiN结构此器件，使其不仅有激光器的光学特性，而且具有晶闸管的电学特性。

背景技术

晶闸管又称为晶体闸流管，最早在1957年由美国通用电器公司开发出世界上第一款晶闸管产品，并于1958年将其商业化。典型的晶闸管是PNPN四层半导体结构。其能在高电压、大电流条件下工作，且其工作过程可以控制、被广泛应用于交流调压、可控整流、无触点电子开关、逆变及变频等电子电路中。

随着半导体的发展，晶闸管也从传统的电力电子开关发展成为半导体光学开关，半导体光学开关晶闸管依然沿用传统的pnpn结构。光学开关因在光学存储器、光互连、路由、神经网络等领域具有重要应用而被越来越多的科学研究者所研究，也成为现在最为热门的研究方向之一。在光学开关设备中，光学晶闸管具有很多优点，如更快的开关速度、更低的开关能耗等。

现在半导体光学开关晶闸管主要集中在对晶闸管激光器的研究上，因为晶闸管激光器不仅可以作为光学开关，并且可以发射激光。传统的pnpn结构晶闸管中间层的载流子耗尽速度慢，开关速度慢。

晶闸管激光器在光通讯和光互连系统中都有重要的应用。目前晶闸管激光器的研究主要集中在InP的材料体系，其激光发射波长主要集中在1.55μm波段附近，但这些器件的阈值大，功率低一直在限制着其应用。GaAs材料体系的晶闸管激光器的研究最近也有所一定进展，但是其复杂的材料结构会大大影响其开关速度。更简单的材料结构将有助于获得更快的开关速度和更低的开关能耗。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的在于提供一种PNiN结构晶闸管激光器。在传统激光器中间引入N型反型层，使得此结构的器件在正向偏压状态具有晶闸管的电学特性，同时在注入电流情况下具有激光器的光学特性。这也是区别于传统晶闸管的重要部分。除此之外，晶闸管激光器还可以发射低阈值、高功率的激光。这也是此结构晶闸管激光器的优良特性。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提出一种PNiN结构晶闸管激光器，该晶闸管激光器由依次层叠的N型电极层、N型衬底、N型缓冲层、N型限制层、无掺杂有源区层、N型反型层、P型限制层、P型接触层和P型电极层)组成，所述N型反型层(6)由GaAs和AlGaAs材料构成。

根据本发明的一种具体实施方式，所述N型衬底由GaAs材料构成，所述N型缓冲层由GaAs材料构成。

根据本发明的一种具体实施方式，所述N型限制层中的AlAs的组分为0.3～0.7的固定值。

根据本发明的一种具体实施方式，所述N型限制层中的AlAs的组分是变化范围为0.3～0.7的线性渐变值。

根据本发明的一种具体实施方式，所述N型限制层厚度设置在500nm～3000nm之间。

根据本发明的一种具体实施方式，所述无掺杂有源区层由III-V组材料构成。

根据本发明的一种具体实施方式，所述无掺杂有源区层包括1～10个量子阱，量子阱材料为InGaAs或GaAs或AlGaAs，垒的材料是AlGaAs或GaAs。

根据本发明的一种具体实施方式，所述N型反型层由GaAs和AlGaAs材料构成。

根据本发明的一种具体实施方式，所述N型反型层厚度设置在10nm～400nm之间。

根据本发明的一种具体实施方式，所述N型反型层中的AlAs的组分为0.3～0.7的固定值。

根据本发明的一种具体实施方式，所述P型限制层由AlGaAs材料构成。

根据本发明的一种具体实施方式，所述P型限制层中的AlAs的组分为0.3～0.7的固定值。

根据本发明的一种具体实施方式，所述P型限制层中的AlAs的组分是变化范围为0.3～0.7的线性渐变值。

根据本发明的一种具体实施方式，所述P型限制层厚度设置在500nm～3000nm之间。

根据本发明的一种具体实施方式，所述P型接触层由GaAs材料构成。

根据本发明的一种具体实施方式，所述P型接触层厚度设置在100nm～500nm之间。

(三)有益效果