[发明专利]一种量子阱半导体激光外延结构及量子阱激光器

说明书

本发明公开了一种量子阱半导体激光外延结构及量子阱激光器，包括有源层以及分别位于有源层的相对两侧且与有源层堆叠排列的第一包层和第二包层；有源层包括沿有源层与第一包层和第二包层的堆叠方向设置的第一波导层、第一量子阱层、第二量子阱层以及第二波导层；其中，第一量子阱层中载流子辐射复合时所发出的光子的波长对应于外延结构所需的输出波长，第二量子阱层中载流子辐射复合时所发出的光子的波长小于该输出波长。本发明通过第二量子阱层对逃逸的载流子间接回收利用，提高了器件的内量子效率，降低了器件的阈值电流。

技术领域

本发明涉及半导体激光技术领域，具体涉及一种量子阱半导体激光外延结构及量子阱激光器。

背景技术

半导体激光材料通常采用分子束外延(MBE)或金属有机化学气相沉积(MOCVD)等方法按照预先设计的结构在相应的衬底材料如GaAs或InP上生长而成。一个典型的半导体外延结构包含n型包层、非掺杂的有源区以及p型包层，其中有源区包含发光的量子阱以及波导层。图1为一典型的基于GaAs材料的635nm量子阱激光外延结构示意图，而图2a-b为其对应的材料折射率沿生长方向的变化。

对于半导体量子阱激光的量子阱结构来说，通常的量子阱结构可以是单量子阱结构，也可以是多量子阱结构，图3a-c分别示出了单量子阱、双量子阱、以及三量子阱结构。由图可见实际的量子阱是由带隙较窄的材料被夹在带隙较宽的材料中间形成的(如Ec和Ev所示)。当在导带量子阱中的电子与价带量子阱中的空穴复合时，就会放出一个光子，从而实现了光的产生。这种有源结构的缺点是不可避免地造成一定比例的载流子泄漏出量子阱，然后在量子阱区域外进行非辐射复合(见图4)，从而降低了器件的外量子效率，而且阈值电流也会上升。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种量子阱半导体激光外延结构及量子阱激光器，可以使得量子阱激光器的泄漏载流子得到回收，从而提高了器件的内量子效率，降低了器件的阈值电流。

为解决上述技术问题，本发明提供一种量子阱半导体激光外延结构，包括有源层以及分别位于有源层的相对两侧且与有源层堆叠排列的第一包层和第二包层；有源层包括沿有源层与第一包层和第二包层的堆叠方向设置的第一波导层、第一量子阱层、第二量子阱层以及第二波导层；其中，第一量子阱层中载流子辐射复合时所发出的光子的波长对应于外延结构所需的输出波长，第二量子阱层中载流子辐射复合时所发出的光子的波长小于所述输出波长。

其中，第二量子阱层和第一量子阱层由同种材料制成，第二量子阱层的厚度小于第一量子阱层的厚度。

其中，第二量子阱层和第一量子阱层由不同材料制成。

其中，有源层进一步包括位于第一量子阱层与第二量子阱层之间的第一势垒层。

其中，外延结构进一步包括第一光栅结构，对应设置于第二量子阱层远离第一量子阱层的一侧，第一光栅结构的反射波长等于第二量子阱层中载流子辐射复合时所发出的光子的波长。

其中，有源层进一步包括第三量子阱层，第三量子阱层中载流子辐射复合时所发出的光子的波长小于输出波长。

其中，第三量子阱层和第一量子阱层由同种材料制成，第三量子阱层的厚度小于第一量子阱层的厚度。

其中，有源层进一步包括位于第一量子阱层与第三量子阱层之间的第二势垒层。

其中，外延结构进一步包括第二光栅结构，对应设置于所述第三量子阱层远离所述第一量子阱层的一侧，第二光栅结构的反射波长等于第二量子阱层中载流子辐射复合时所发出的光子的波长。

为解决上述技术问题，本发明还提供一种量子阱激光器，包括上述的半导体激光外延结构。