[发明专利]一种具有电子阻挡层的GaSb基中红外激光器的外延结构

说明书

技术领域

本发明涉及半导体激光器外延技术领域，特别是一种具有电子阻挡层的GaSb基中红外半导体激光器的外延结构。

背景技术

GaSb基中红外半导体激光器在医疗保健、激光光通讯、激光雷达及痕量气体监测等领域中有着重要的应用，受到人们广泛关注。通过调节有源区量子阱材料InGaAsSb中的In组分，可使其发光波长覆盖1.3μm(GaAsSb)到远红外12μm(InAsSb)光谱领域。对于该波段的激光器，有源区量子阱内容易发生Auger复合。Auger复合所造成的高能载流子在限制层内的泄露是影响激光器阈值电流及特征温度的主要因素。同时，与其他半导体材料相比，锑化物电子迁移率较高，在p型限制层泄漏现象更为明显。另外，电子在p型限制层内的泄漏产生的热量将使激光器的结温升高，严重影响器件寿命。因此，如何改善有源区量子阱内Auger复合所造成的高能电子在限制层内泄漏是提高GaSb基中红外半导体激光器转换效率和稳定性的主要问题。

现有技术中，采用增加量子阱阱数的方法抑制电子在p型限制层泄漏。量子阱阱数增多可提高阱内对电子的束缚能力。但是阱数过多，不仅会造成外延材料浪费，同时也增加了器件的内损耗，使得激光器室温阈值电流变大，输出效率降低，器件性能反而下降。

鉴于此，有必要提供一种具有电子阻挡层的GaSb基中红外半导体激光器的外延结构克服上述缺点。

发明内容

本发明目的是提供一种具有电子阻挡层的GaSb基中红外半导体激光器的外延结构。它能够减少量子阱内的Auger复合，抑制量子阱中导带电子向p型限制层的溢出，从而有效降低器件的阈值电流，提高特征温度。

为了达到上述发明目的，本发明的技术方案以如下方式实现：

一种具有电子阻挡层的GaSb基中红外半导体激光器的外延结构，包括GaSb衬底、缓冲层、n型限制层、n型波导层、有源区、p型波导层、电子阻挡层和p型限制层，所述电子阻挡层位于p型波导层和p型限制层之间。

在上述一种具有电子阻挡层的GaSb基中红外半导体激光器的外延结构中，所述电子阻挡层导带电势高于p型限制层导带电势。

在上述一种具有电子阻挡层的GaSb基中红外半导体激光器的外延结构中，所述缓冲层是和衬底材料晶格常数相等或接近的材料，如GaSb、AlSb等。

在上述一种具有电子阻挡层的GaSb基中红外半导体激光器的外延结构中，所述n型限制层、下波导层、上波导层、电子阻挡层、p型限制层是可以和衬底匹配的材料，如AlGaAsSb、AlInGaAsSb等。

在上述一种具有电子阻挡层的GaSb基中红外半导体激光器的外延结构中，所述有源区是InGaAsSb/AlGaAsSbI型量子阱、GaAsSb/GaAsII型量子阱或InAs/(In)GaSb破隙型量子阱。

在上述一种具有电子阻挡层的GaSb基中红外半导体激光器的外延结构中，所述电子阻挡层是非掺杂的。

在上述一种具有电子阻挡层的GaSb基中红外半导体激光器的外延结构中，所述电子阻挡层的组分是变化的，其中Al组分变化范围是从0到1。

在上述一种具有电子阻挡层的GaSb基中红外半导体激光器的外延结构中，所述电子阻挡层中Al组分沿着从p型波导层到p型限制层的方向增加。

同现有技术相比，本发明通过在p型波导层和p型限制层之间设置电子阻挡层，抑制量子阱内的Auger复合，阻止减少量子阱中导带电子向p型限制层的泄漏，降低激光器阈值电流，提高激光器特征温度。电子阻挡层采用组分渐变可降低异质结界面上的电压降，避免突变波导中界面带来的损耗；同时减少外延层中的晶体缺陷，提高异质结界面质量，保证器件性能。

附图说明

图1是本发明中一种具有电子阻挡层的GaSb基中红外半导体激光器的外延结构的示意图。

图2是本发明中一种GaSb基中红外半导体激光器的结构示意图。

图3是现有技术中GaSb基中红外半导体激光器的载流子浓度分布图。

图4是本发明中一种具有电子阻挡层的GaSb基中红外半导体激光器的载流子浓度分布图。

图5是现有技术中GaSb基中红外半导体激光器的能带图。

图6是本发明中一种具有电子阻挡层的GaSb基中红外半导体激光器的能带图。

图7是本发明中一种具有电子阻挡层的GaSb基中红外半导体激光器与现有技术中GaSb基中红外半导体激光器的俄歇复合率对比图。