[发明专利]一种具有超晶格窄波导大功率980nmLD外延片结构及其制备方法

说明书

本发明涉及一种具有超晶格窄波导大功率980nmLD外延片结构及其制备方法，属于光电子领域，本发明的AlGaAs/GaAs超晶格组具有低的限制因子，可以大大降低波导层的生长厚度，不仅可以满足大功率980nmLD对COD参数的要求，也克服了传统宽波导层结构带来的多阶膜激射、成本高、生长困难质量差等缺点；本发明在AlGaAs/GaAs超晶格组波导层结构中结合非对称结构将光场压向N型区域，降低了载流子的光学吸收，提升了输出功率、降低了热量的产生，使该结构的激光器可靠性的到改善。AlGaAs/GaAs超晶格波导层在光学限制上可以起到与DBR相当的作用，加强了波导层的光学限制能力将光场集中在有源区中。

技术领域

本发明涉及一种具有超晶格窄波导大功率980nmLD外延片结构及其制备方法，属于光电子技术领域。

背景技术

半导体激光器是以半导体材料为光增益介质的一类激光器，通常称为激光二极管(LD)，具有体积小、寿命长、质量轻等优点。国外早在20世纪90年代初就开始进行研究，已取得很大的进展。随着人们对半导体激光器认识的提升加上芯片生长设备的进步，使得半导体激光器在材料加工、生命科学、军事、激光打印等领域中广泛应用，成为人们生活中不可或缺的一部分。

半导体激光器最初的研究波长仅停留在可见光的波段，随着深入的研究，各国的科学家已经将半导体激光器发射波段由可见光推广至不可见光波段。由于可以作为掺铒光纤放大器的泵浦源，980nm的半导体激光器受到了广泛的关注。

传统大功率980nm激光器外延片采用InGaAs/GaAs作为有源区材料，通过控制InGaAs中In组分的含量来控制外延结构中的波长以及应变，并采用宽波导结构，来改善980nm激光器的灾变性光学烧毁(COD)情况。但是宽波导结构的引入虽然降低了量子阱中限制因子，但也因此导致激光器载流子限制能力下降，以及阈值电流、工作电压的提升，并且宽波导层也会使激光器产生多阶模激射，造成峰值功率下降、光束质量降低，提升力耦合进光纤的难度。并且过厚的波导层也会让外延片的生长成本和高质量生长难度提升。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种具有超晶格窄波导大功率980nmLD外延片结构及其制备方法。

本发明的核心技术是采用非对称AlGaAs/GaAs超晶格组来作为大功率980nmLD波导层的全新外延结构，与传统结构相比，AlGaAs/GaAs超晶格组具有低的限制因子，所以可以大大降低波导层的生长厚度，不仅可以满足大功率980nmLD对COD参数的要求，也克服了传统宽波导层结构带来的多阶膜激射、成本高、生长困难质量差等缺点。本发明在AlGaAs/GaAs超晶格组波导层结构中结合非对称结构将光场压向N型区域，降低了载流子的光学吸收，提升了输出功率、降低了热量的产生，使该结构的激光器可靠性的到改善。AlGaAs/GaAs超晶格波导层在光学限制上可以起到与DBR相当的作用，加强了波导层的光学限制能力将光场集中在有源区中。

本发明采用以下技术方案：

一种具有超晶格窄波导大功率980nmLD外延片结构，在GaAs衬底上由下至上依次包括GaAs缓冲层、Al_x1Ga_1-x1As下限制层、Al_x2Ga_1-x2As/GaAs超晶格下波导层、Al_yGa_1-yAs垒层、In_zGa_1-zAs量子阱层、Al_yGa_1-yAs垒层、Al_x3Ga_1-x3As/GaAs超晶格上波导层、Al_x4Ga_1-x4As上限制层和GaAs帽层，0.2≤x1≤0.4，0.2≤x2≤0.3，0.2≤x3≤0.3，0.5≤x4≤0.9，0.1≤y≤0.2，0.01≤z≤0.05；