[发明专利]InP－基多量子阱激光器

说明书

本发明涉及到一种在权利要求1前序部分中定义的类型的半导体激光器。

这种普通类型的半导体激光器为人类所知已有相当长的时间，从G.P.Agrawal和N.K.Dutta的专著“长波长半导体激光器”(NewYork,1986)中可以清楚地了解到该类激光器的基本原理，这里声明该专著将构成本描述的一部分。

目前已可以生产1.5μm波段的多量子阱型半导体激光器，该波段是通讯领域(光纤)的兴趣所在。不过，在同样感兴趣的1.3μm波段，却没有报道过能够无冷却工作的实用型激光器。本发明的目的就是填补这个空白。

这种激光器需要在无冷却的条件下，以相对高的功率和调制率工作。这意味着低的阈值电流值最好不随环境温度的上升而升高。这需要无辐射跃迁，俄歇跃迁在这一方面是正常的。这个考虑中的一个因素是不同阱层应该能够容纳相同数目的空穴和电子，而且不会造成空穴在最靠近P-接触的阱中过分聚集而将电子吸引到这些阱中。无辐射复合(例如俄歇复合)作为电荷载流子密度的函数，其增长远快于线性增长，而在该密度下光放大的增加却低于线性增长(其机制尚不清楚)。因此，应该努力使阱分布均匀化。

这个考虑中涉及到的单晶物质是一种包括Ⅲ族原子和V族原子的混合物：In_1-xGa_xAs_yP_1-y和In_1-x-xGa_xAl_xAs_yP_1-x。图1是前一种组合的示意图，其中点划线是以波长为度量单位显示的、作为x和y的函数的体合金能带隙(对于多量子阱激光器，在相关结构的薄层中，由于阱中导带和价带里存在量子化的能态，波长将稍短一些)。

图1中的实线表示等晶格常数线，即通过原点和1m(晶格匹配)的线表示具有与磷化铟(InP)衬底相同的晶格常数的组份。这条线左侧的线，标有1％cs和2％cs，显示的是减小的晶格常数，相对于衬底也称作压缩性的(收缩性的)，而上述该线左侧的线显示的是对应于扩展或增加的晶格常数，称之为拉伸性的常数。可以认识到，这也是众所周知的，如果层之间晶格常数的差很大(称为失配)但又保持单晶性的外延晶体生长是不可能，粗略的计算方法是差不能超过20nm％，换言之，以nm度量的层厚与以百分比度量的失配(张力)之积应低于该值。不再坚持晶格匹配线的原因在于，由于价带中重和轻空穴的分离和空穴质量的改变，导致价带中的态密度接近导带中的态密度，而这正是降低反转所需要的，所以具有晶格失配阱的多量子阱激光器具有改善了的理论激光器特性。

对于1.55μm波段的多量子阱激光器，一个众所周知的解决方法是将阱层和势垒层放在图1中的一条水平线上，且具有相反的1％失配。试验证明，在较低的砷水平上，相应的布置是不成功的，主要原因是不能用X-光衍射检测任何层，因此也就排除了将这样的材料用于多量子阱激光器的可能。

本发明通过依据权利要求1中特征部分布置上述类型InP-基多量子阱激光器阱层和势垒层解决了上述问题。从独立权利要求中可清晰地了解本发明更进一步的实施例。

应该理解，目前使用和可用的生产方法普遍受到与精确相关的各种困难的困扰。这里引用的量的幅度不应认为比本文件中使用的语“基本上”或“普遍地”的解释和定义具有更多的含义。

附图简述

如上所述，图1是InGaAsP系统的示意图，其中显示了在体合金中晶格常数和能隙分别随不同组份的变化情况。

图2是大概并部分地显示了具有x轴显示的厚度和y轴显示的能带隙的多量子阱激光器。

图3显示的是有效重阱深对激射阈值电流和光功率输出的影响。

优选实施例的详细描述

现在结合示范例子，更详细地描述本发明。

这里所说类型外延层的生产是众所周知的，并无必要对其做更详细的描述。各种物质的气相混合物在低压下(一般为20-100mbar，在本发明中为50mbar)从单晶InP衬底上穿过，衬底取向为<100>面，并加热到大约700℃(标准工艺的温度为600-700C)，其中气体已被分解，并释放出相关原子，以便建立一个延续已有的单晶晶格的层。根据MOVPE(金属有机化合物气相外延)，在氢气流中夹带有磷烷(PH₃)，砷烷(AsH₃)和TMIn,TMGa，以及可能有的TMAl。