[发明专利]一种带布拉格反射镜的非对称结构大功率激光器及其制备方法

说明书

本发明涉及一种带布拉格反射镜的非对称结构大功率激光器及其制备方法，属于激光器领域，包括GaAs衬底，在GaAs衬底上包括由下至上依次沉积的GaAs缓冲层、Ga_1‑xIn_xP过渡层、Al_1‑xIn_xP下限制层、(Al_1‑xGa_x)_yIn_1‑yP下波导层、Ga_1‑xIn_xP量子阱发光区、(Al_1‑xGa_x)_yIn_1‑yP上波导层、Al_1‑xGa_xAs布拉格反射层、Al_1‑xGa_xAs上限制层和GaAs帽层。本发明可以得到更窄的光谱线宽，有效降低内损耗，减少热量的产生，提高电光转换效率，使器件的稳定性和寿命得到提升，从而实现630‑710nm系列高功率半导体激光器长距离、多路等更广泛的应用。

技术领域

本发明涉及一种带布拉格反射镜的非对称结构大功率激光器及其制备方法，属于激光器技术领域。

背景技术

半导体激光器具有体积小、重量轻、可靠性高、电光转换效率高、光束质量好等诸多优点，被广泛的应用在军事、医疗、工业等诸多领域。而在军事、医疗、工业方面的应用大多要求半导体激光器具有高的功率输出，但由于高功率半导体激光器具有高的内部损耗机制，所以电光转换效率仍然很低，使用过程中产生大量的热，使器件的稳定性和寿命受到影响。

控制热生成对激光器的可靠性起着重要作用，而这些热量的主要来源是半导体激光器的内损耗，所以，降低内损耗从而减少热量的产生，可以提高半导体激光器的可靠性和使用寿命。

激光器的损耗主要来自以下几个方面：(1)阈值以下的自发辐射；(2)异质结能带结构导致的电压损失；(3)有源区载流子泄露损耗；(4)激光腔和面对光子的吸收和散射等。理论上可以从提高器件的内微分量子、降低载流子注入到量子阱的的内建电压、减小串联电阻和阈值电流、减小量子阱和包层的限制因子及减小载流子吸收系数，这五种方法来降低损耗。为减少激光器内损耗，人们进行了大量的研究：(i)对限制层的结构参数进行调整，改变半导体器件的有效折射率，实现限制层对光场更好的限制作用，减少载流子泄漏；(ii)通过提高金属和半导体界面的掺杂浓度降低欧姆接触电阻，优化波导和包层的掺杂浓度可以减小整个器件的串联电阻；(iii)增加光限制和优化光场与量子阱的交叠，降低散射损耗，选择正确的掺杂分布，提高半导体晶体的质量，降低自由载流子的吸收损耗；(IV)异质结能带结构导致的电压损耗，可以通过异质结界面的组分渐变和改变掺杂；(V)用非对称的波导结构降低损耗。采用非对称波导结构的方法由于p型材料区中的空穴对光子的吸收能力要比n型材料区中的电子对光子的吸收能力大的事实。采用非对称波导结构改变外延结构的折射率分布，使光场远离器件p型一侧，进入n型材料中，因此可以减小自由载流子对光子的吸收。

然而，目前针对降低激光器内损耗的研究大多集中在波长800nm-980nm之间的8XX、9XX系列半导体激光器中，对630nm-710nm系列(6XX系列)半导体激光器研究较少。

发光波长630nm-710nm范围内的红色可见半导体激光器，在医疗、数据存储、泵浦、激光显示等领域具有极高的应用潜力，外延结构通常包括GaInP量子阱、AlGaInP波导层、Al(Ga)InP限制层及GaAs帽层等。然而，(1)该结构由于势垒高度降低，电子和空穴载流子易于泄露，导致内量子效率降低，对工作温度更加敏感；(2)限制层需要较高的载流子浓度降低串联电阻，常用的P限制层掺杂剂，Zn在Al(Ga)InP中掺杂浓度较低、扩散系数大，Mg对O元素更加敏感、同时具有极强的记忆效应，不利于提高高温可靠性；(3)p型材料区中的空穴对光子的吸收能力要比n型材料区中的电子对光子的吸收能力大，非对称波导结构只能一定程度上减少空穴对光的吸收，亟需更加有效的手段提高内量子效率。

发明内容：