[发明专利]长波长GaInNAs/InGaAs复合量子点垂直腔面发射激光器

说明书

本发明公开了一种长波长GaInNAs/InGaAs复合量子点垂直腔面发射激光器，包括n型GaAs衬底，n型GaAs衬底上表面由下至上依次设置有n型GaAs缓冲层、n型DBR、非掺杂量子点有源层和p型DBR，在p型DBR上制备有上电极，在n型GaAs衬底的下表面制备有下电极；非掺杂量子点有源层由非掺杂GaInNAs/InGaAs复合量子点和非掺杂GaAs势垒层混合而成，非掺杂GaInNAs/InGaAs复合量子点的内部为呈3D岛状结构的GaInNAs量子点，外部为InGaAs包覆层，通过调整InGaAs包覆层中的铟的含量来缓冲GaInNAs量子点与非掺杂GaAs势垒层间由晶格常数差异导致的应力，通过调整GaInNAs量子点中的氮及铟的含量来控制激光器的发射波长达到1.31至1.55μm。本发明具有更低的阈值电流、更窄的光谱线宽、更高的功率输出等特性。

技术领域

本发明涉及半导体激光器的技术领域，尤其是指一种长波长GaInNAs/InGaAs复合量子点垂直腔面发射激光器。

背景技术

随着光通信领域的高速发展，国际上一直在探寻低成本、高速率和低功耗的新型光有源器件。其中，激射波长为1.31/1.55μm的光源已经成为中长距离和高速光通信的重要光源。长波长垂直腔面发射激光器(VCSEL)具有与光纤偶尔效率高、调制速率高和功耗低等优点。然而，GaInAsP/InP VCSEL的研制近年来进展不大，主要原因是：1)GaInAsP/InP系材料的导带边偏差小，电子限制能力差，导致严重的载流子泄露，器件的特征温度只有50K；2)GaInAsP/InP系材料的折射率差别小，要制作高反射率的分布布拉格反射镜(DBR)十分困难；3)存在严重的非辐射复合，而且电流限制结构的能力差。

目前，最有可能实用化的长波长VCSEL为GaInNAs/GaAs VCESL，其特点如下：1)特征温度可高达180～200K，具有高度温度稳定性；2)可与高反射率的AlAs/GaAs DBR相集成；3)GaAs作为衬底，晶体质量、器件与集成电路的加工工艺比InP优越，且成本低。通过在InGaAs中引入N，可以使GaInNAs的带隙对应波长扩展到1.3～1.55μm区域。但是，GaInNAs/GaAs VCSEL的制作难点在于：当GaInNAs/GaAs增益波长接近1310或1550nm，材料中N含量增加，GaInNAs并不能形成具有完整晶型的混晶，会出现分相，或形成其它非辐射俘获中心和缺陷，材料质量大幅度下降，激光器表现出比传统激光器高得多的阈值电流密度；因此，要获得高质量的量子肼，应选取N的含量较低为好，但是，要增加增益的峰值波长，必需要提高In含量，导致量子肼的应变量增加，而高应变的GaInNAs/GaAs量子肼影响激光器的可靠性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出了一种长波长GaInNAs/InGaAs复合量子点垂直腔面发射激光器，采用GaInNAs/InGaAs复合量子点结构，可以通过改变GaInNAs量子点中的的氮及铟的含量来控制激光器的发射波长达到1.31～1.55μm，结合量子点超晶格结构的优势，通过控制生长条件，得到高质量的以GaInNAs/InGaAs复合量子点及GaAs势垒层的非掺杂量子点有源层。相对于传统量子肼结构，量子点有源材料将使VCSEL获得更低的阈值电流、更窄的光谱线宽、更高的功率输出等优异的特性。同时可以防止在传统量子阱结构中产生的长波范围光学质量下降，并且防止GaInNAs量子点受到热处理时所出现的发射波长朝较短波长范围移动。