[发明专利]一种大功率低垂直发散角InGaAs/GaAs多量子阱半导体激光器结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种大功率低垂直发散角InGaAs/GaAs多量子阱半导体激光器结构。

背景技术

大功率量子阱半导体激光器在泵浦固体激光器和光纤激光器领域、医疗领域和通讯信息领域有着非常广泛的应用和市场需求。它主要用作固体激光器的高效泵浦光源，激光医疗器械，掺铒光纤放大器泵浦光源和超高速超大容量全光通讯网络光源和放大器泵浦光源。但是在上述的应用中，不管是直接还是间接使用半导体激光器，都要求其具有高的输出功率和好的光束质量。在激光的光束质量方面，半导体激光器较不理想，类椭圆光斑输出，水平和垂直方向上发散角差异巨大。而光通信系统对器件的可靠性要求很高，用于高速、宽带、大容量干线光纤通信系统、城区网和接入网光纤系统，CATV系统等要求激光器具有稳定的基模工作，大的输出功率，长的使用寿命。为了满足诸如掺铒光纤放大器等对泵浦源应用的要求，半导体激光器需要小的垂直发散角与单模光纤耦合。而在军事和医疗领域的应用也要求将激光简单的耦合进光纤中，这都需要半导体激光器具有较好的光束质量和较小的垂直发散角。特别是未来半导体激光器的相干合成直接用于武器系统，将大大提高转换效率，降低成本。

为了解决上述问题，通常涉及方案是采用厚波导单量子阱半导体激光器结构。但一般厚波导单量子阱半导体激光器外延结构实现低垂直发散角大功率输出不理想，垂直发散角下降幅度有限，同时易造成电子漏电流，使得器件阈值电流增加，外量子效率下降。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大功率低垂直发散角InGaAs/GaAs多量子阱半导体激光器结构，它能够通过波导层结构、量子阱数及分布的再引入，从而提高器件输出端面的出光面积，降低单位体积的功率密度，实现器件大功率输出；同时通过上、下波导层中多对外延结构的引入，使得器件垂直外延层方向上实现近基模输出，从而实现最低垂直发散角输出。

为了实现上述目标，本发明提出了一种大功率低垂直发散角InGaAs/GaAs多量子阱半导体结构，其特征在于，包括：

一衬底，在该层结构上进行激光器各层材料外延生长；

一缓冲层，该缓冲层生长在衬底上，为N型砷化镓材料；

一N型下限制层，该N型下限制层制作在缓冲层上；

一下N型下波导层，该N型下波导层生长在下限制层上；

一多量子阱层，该多量子阱层生长在下波导层上；

一P型上波导层，该P型上波导层生长在多量子阱层上；

一P型上限制层，该P型上限制层生长在P型上波导层上；

一P型高掺杂层，该P型高掺杂层生长在P型上限制层上，形成大功率低垂直发散角多量子阱半导体激光器半导体激光器结构。

其中衬底是(100)面偏(111)面4度的N型砷化镓材料，Si掺杂浓度范围是1E18/cm³～3E18/cm³。

其中缓冲层为N型砷化镓材料，厚度范围是300～600纳米,Si掺杂浓度范围是2E18/cm³～4E18/cm³。

其中N型下限制层是Al_0.47Ga_0.63As材料，厚度范围是1250～1950纳米,Si掺杂浓度范围是5～8E18/cm³。

其中N型下波导层由5～20对Al_0.13Ga_0.87As/Al_0.33Ga_0.67As，每对Al_0.13Ga_0.87As/Al_0.33Ga_0.67As厚度范围分别是30～150/500～900纳米,Si掺杂浓度范围是1E18/cm³～8E17/cm³。

其中多量子阱层材料是In_xGa_1-xAs/GaAs，In_xGa_1-xAs/GaAs厚度范围分别是5～9/9～13纳米,x值范围是0.1～0.3，量子阱数范围是3～6个。