一种带折射率反渐变波导层的半导体激光器及其制备方法与流程

文档序号:25955097发布日期:2021-07-20 17:13阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种带折射率反渐变波导层的半导体激光器,其特征在于:所述激光器包括衬底,所述衬底上方自下而上分别设置有缓冲层、渐变下过渡层、下限制层、折射率反渐变下波导层、量子阱层、折射率反渐变上波导层、第一上限制层、模式扩展层、第二上限制层、腐蚀终止层、第三上限制层、上过渡层和帽层。

2.根据权利要求1所述的一种带折射率反渐变波导层的半导体激光器,其特征在于:所述折射率反渐变下波导层为(al1-x3gax3)y3in1-y3p折射率反渐变下波导层(5),其中0.4≤x3≤0.6,0.4≤y3≤0.6;所述折射率反渐变上波导层为(al1-x7gax7)y5in1-y5p折射率反渐变上波导层(9),其中0.4≤x7≤0.6,0.4≤y5≤0.6。

3.根据权利要求1所述的一种带折射率反渐变波导层的半导体激光器,其特征在于:所述模式扩展层为(al1-x9gax9)y7in1-y7p模式扩展层(11),其中0.1≤x9≤0.45,0.4≤y7≤0.6。

4.根据权利要求1所述的一种带折射率反渐变波导层的半导体激光器,其特征在于:所述量子阱层自下而上包括:

ga1-x4inx4p第一量子阱(6),0.5≤x4≤0.7;

(al1-x5gax5)y4in1-y4p垒层(7),0.3≤x5≤0.6,0.4≤y4≤0.6;

ga1-x6inx6p第二量子阱(8),0.5≤x6≤0.7;

其中所述ga1-x4inx4p第一量子阱(6)在折射率反渐变下波导层上生长,所述第一上限制层在ga1-x6inx6p第二量子阱(8)上生长。

5.根据权利要求1所述的一种带折射率反渐变波导层的半导体激光器,其特征在于:所述衬底为gaas衬底(1),所述缓冲层为gaas缓冲层(2);所述帽层为gaas帽层(16);

所述渐变下过渡层为(al1-x1gax1)y1in1-y1p渐变下过渡层(3),0.05≤x1≤0.7,0.4≤y1≤0.6;

所述下限制层为(al1-x2gax2)y2in1-y2p下限制层(4),0.05≤x2≤0.4,0.4≤y2≤0.6;

所述第一上限制层为(al1-x8gax8)y6in1-y6p第一上限制层(10),0.05≤x8≤0.4,0.4≤y6≤0.6;

所述第二上限制层为(al1-x10gax10)y8in1-y8p第二上限制层(12),0.05≤x10≤0.4,0.4≤y8≤0.6;

所述腐蚀终止层为ga1-x11inx11p腐蚀终止层(13),0.4≤x11≤0.6;

所述第三上限制层为(al1-x12gax12)y9in1-y9p第三上限制层(14),0.05≤x12≤0.4,0.4≤y9≤0.6;

所述上过渡层为ga1-x13inx13p上过渡层(15),0.4≤x13≤0.6。

6.一种带折射率反渐变波导层的半导体激光器的制备方法,其特征在于:包括以下步骤:

1)准备gaas衬底(1);

2)gaas缓冲层(2)的生长;

3)(al1-x1gax1)y1in1-y1p渐变下过渡层(3)的生长;

4)(al1-x2gax2)y2in1-y2p下限制层(4)的生长;

5)(al1-x3gax3)y3in1-y3p折射率反渐变下波导层(5)的生长;

6)量子阱层的生长;

a)ga1-x4inx4p第一量子阱(6)的生长;

b)(al1-x5gax5)y4in1-y4p垒层(7)的生长;

c)ga1-x6inx6p第二量子阱(8)的生长;

7)(al1-x7gax7)y5in1-y5p折射率反渐变上波导层(9)的生长;

8)(al1-x8gax8)y6in1-y6p第一上限制层(10)的生长;

9)(al1-x9gax9)y7in1-y7p模式扩展层(11)的生长;

10)(al1-x10gax10)y8in1-y8p第二上限制层(12)的生长;

11)ga1-x11inx11p腐蚀终止层(13)的生长;

12)(al1-x12gax12)y9in1-y9p第三上限制层(14)的生长;

13)ga1-x13inx13p上过渡层(15)和gaas帽层(16)的生长;

14)封装,得到成品。

7.根据权利要求6所述的一种带折射率反渐变波导层的半导体激光器的制备方法,其特征在于:包括以下步骤:

1)准备gaas衬底(1):将gaas衬底(1)放在mocvd设备生长室内,h2环境下升温到710-730℃烘烤,再通入ash3,进行表面热处理;

2)gaas缓冲层(2)的生长:降温至670-690℃,继续通入tmga和ash3,在gaas衬底(1)上生长gaas缓冲层(2);

3)(al1-x1gax1)y1in1-y1p渐变下过渡层(3)的生长:缓慢升温至690-710℃,继续通入tmal、tmin、tmga和ph3,在gaas缓冲层(2)上生长(al1-x1gax1)y1in1-y1p渐变下过渡层(3);

4)(al1-x2gax2)y2in1-y2p下限制层(4)的生长:保持温度为690-710℃,继续通入tmal、tmin、tmga和ph3,在(al1-x1gax1)y1in1-y1p渐变下过渡层(3)上生长n型(al1-x2gax2)y2in1-y2p下限制层(4);

5)(al1-x3gax3)y3in1-y3p折射率反渐变下波导层(5)的生长:缓慢降温至640-660℃,通入tmal、tmin、tmga和ph3,在(al1-x2gax2)y2in1-y2p下限制层(4)上生长(al1-x3gax3)y3in1-y3p折射率反渐变下波导层(5);

6)量子阱层的生长:

a)ga1-x4inx4p第一量子阱(6)的生长:保持温度为640-660℃,继续通入tmin、tmga和ph3,在(al1-x3gax3)y3in1-y3p折射率反渐变下波导层(5)上生长ga1-x4inx4p第一量子阱(6);

b)(al1-x5gax5)y4in1-y4p垒层(7)的生长:保持温度为640-660℃,继续通入tmin、tmal、tmga和ph3,在ga1-x4inx4p第一量子阱(6)上生长(al1-x5gax5)y4in1-y4p垒层(7);

c)ga1-x6inx6p第二量子阱(8)的生长:保持温度为640-660℃,继续通入tmal、tmin、tmga和ph3,在(al1-x5gax5)y4in1-y4p垒层(7)上生长ga1-x6inx6p第二量子阱(8);

7)(al1-x7gax7)y5in1-y5p折射率反渐变上波导层(9)的生长:缓慢升温至690-710℃,继续通入tmal、tmin、tmga和ph3,在ga1-x6inx6p第二量子阱(8)上生长(al1-x7gax7)y5in1-y5p折射率反渐变上波导层(9);

8)(al1-x8gax8)y6in1-y6p第一上限制层(10)的生长:保持温度为690-710℃,继续通入tmin、tmal、tmga和ph3,在(al1-x7gax7)y5in1-y5p折射率反渐变上波导层(9)上生长p型(al1-x8gax8)y6in1-y6p第一上限制层(10);

9)(al1-x9gax9)y7in1-y7p模式扩展层(11)的生长:保持温度为690-710℃,继续通入tmin、tmal、tmga和ph3,在(al1-x8gax8)y6in1-y6p第一上限制层(10)上生长p型(al1-x9gax9)y7in1-y7p模式扩展层(11);

10)(al1-x10gax10)y8in1-y8p第二上限制层(12)的生长:保持温度为690-710℃,继续通入tmin、tmal、tmga和ph3,在(al1-x9gax9)y7in1-y7p模式扩展层(11)上生长p型(al1-x10gax10)y8in1-y8p第二上限制层(12);

11)ga1-x11inx11p腐蚀终止层(13)的生长:保持温度为690-710℃,继续通入tmin、tmga和ph3,在(al1-x10gax10)y8in1-y8p第二上限制层(12)上生长p型ga1-x11inx11p腐蚀终止层(13);

12)(al1-x12gax12)y9in1-y9p第三上限制层(14)的生长:保持温度为690-710℃,继续通入tmin、tmal、tmga和ph3,在ga1-x11inx11p腐蚀终止层(13)上生长p型(al1-x12gax12)y9in1-y9p第三上限制层(14);

13)ga1-x13inx13p上过渡层(15)的生长:缓慢降温至650-670℃,继续通入tmin、tmga和ph3,在(al1-x12gax12)y9in1-y9p第三上限制层(14)上生长p型ga1-x13inx13p上过渡层(15);

14)gaas帽层(16)的生长:降温至530-550℃,继续通入tmga和ash3,在ga1-x13inx13p上过渡层(15)上生长gaas帽层(16);

15)封装,得到成品。

8.根据权利要求7所述的一种带折射率反渐变波导层的半导体激光器的制备方法,其特征在于:包括以下步骤:

1)准备gaas衬底(1):将gaas衬底(1)放在mocvd设备生长室内,h2环境下升温到710-730℃烘烤,再通入ash3,进行表面热处理;

2)gaas缓冲层(2)的生长:降温至670-690℃,继续通入tmga和ash3,在gaas衬底(1)上生长gaas缓冲层(2);

3)(al1-x1gax1)y1in1-y1p渐变下过渡层(3)的生长:缓慢升温至690-710℃,继续通入tmal、tmin、tmga和ph3,在gaas缓冲层(2)上生长(al1-x1gax1)y1in1-y1p渐变下过渡层(3),其中0.05≤x1≤0.7,0.4≤y1≤0.6;

4)(al1-x2gax2)y2in1-y2p下限制层(4)的生长:保持温度为690-710℃,继续通入tmal、tmin、tmga和ph3,在(al1-x1gax1)y1in1-y1p渐变下过渡层(3)上生长n型(al1-x2gax2)y2in1-y2p下限制层(4),其中0.05≤x2≤0.4,0.4≤y2≤0.6;

5)(al1-x3gax3)y3in1-y3p折射率反渐变下波导层(5)的生长:缓慢降温至640-660℃,通入tmal、tmin、tmga和ph3,在(al1-x2gax2)y2in1-y2p下限制层(4)上生长(al1-x3gax3)y3in1-y3p折射率反渐变下波导层(5),其中0.4≤x3≤0.6,0.4≤y3≤0.6;(al1-x3gax3)y3in1-y3p折射率反渐变下波导层(5)的厚度为0.05-0.15μm,非故意掺杂;

6)量子阱层的生长:

a)ga1-x4inx4p第一量子阱(6)的生长:保持温度为640-660℃,继续通入tmin、tmga和ph3,在(al1-x3gax3)y3in1-y3p折射率反渐变下波导层(5)上生长ga1-x4inx4p第一量子阱(6),其中0.5≤x4≤0.7;

b)(al1-x5gax5)y4in1-y4p垒层(7)的生长:保持温度为640-660℃,继续通入tmin、tmal、tmga和ph3,在ga1-x4inx4p第一量子阱(6)上生长(al1-x5gax5)y4in1-y4p垒层(7),其中0.3≤x5≤0.6,0.4≤y4≤0.6;

c)ga1-x6inx6p第二量子阱(8)的生长:保持温度为640-660℃,继续通入tmal、tmin、tmga和ph3,在(al1-x5gax5)y4in1-y4p垒层(7)上生长ga1-x6inx6p第二量子阱(8),其中0.5≤x6≤0.7;

7)(al1-x7gax7)y5in1-y5p折射率反渐变上波导层(9)的生长:缓慢升温至690-710℃,继续通入tmal、tmin、tmga和ph3,在ga1-x6inx6p第二量子阱(8)上生长(al1-x7gax7)y5in1-y5p折射率反渐变上波导层(9),其中0.4≤x7≤0.6,0.4≤y5≤0.6;(al1-x7gax7)y5in1-y5p折射率反渐变上波导层(9)的厚度为0.05-0.15μm,非故意掺杂;

8)(al1-x8gax8)y6in1-y6p第一上限制层(10)的生长:保持温度为690-710℃,继续通入tmin、tmal、tmga和ph3,在(al1-x7gax7)y5in1-y5p折射率反渐变上波导层(9)上生长p型(al1-x8gax8)y6in1-y6p第一上限制层(10),其中0.05≤x8≤0.4,0.4≤y6≤0.6;

9)(al1-x9gax9)y7in1-y7p模式扩展层(11)的生长:保持温度为690-710℃,继续通入tmin、tmal、tmga和ph3,在(al1-x8gax8)y6in1-y6p第一上限制层(10)上生长p型(al1-x9gax9)y7in1-y7p模式扩展层(11),其中0.1≤x9≤0.45,0.4≤y7≤0.6;(al1-x9gax9)y7in1-y7p模式扩展层(11)的厚度为0.02-0.1μm,掺杂浓度为3e17-7e17个原子/cm3

10)(al1-x10gax10)y8in1-y8p第二上限制层(12)的生长:保持温度为690-710℃,继续通入tmin、tmal、tmga和ph3,在(al1-x9gax9)y7in1-y7p模式扩展层(11)上生长p型(al1-x10gax10)y8in1-y8p第二上限制层(12),其中0.05≤x10≤0.4,0.4≤y8≤0.6;

11)ga1-x11inx11p腐蚀终止层(13)的生长:保持温度为690-710℃,继续通入tmin、tmga和ph3,在(al1-x10gax10)y8in1-y8p第二上限制层(12)上生长p型ga1-x11inx11p腐蚀终止层(13),其中0.4≤x11≤0.6;

12)(al1-x12gax12)y9in1-y9p第三上限制层(14)的生长:保持温度为690-710℃,继续通入tmin、tmal、tmga和ph3,在ga1-x11inx11p腐蚀终止层(13)上生长p型(al1-x12gax12)y9in1-y9p第三上限制层(14),其中0.05≤x12≤0.4,0.4≤y9≤0.6;

13)ga1-x13inx13p上过渡层(15)的生长:缓慢降温至650-670℃,继续通入tmin、tmga和ph3,在(al1-x12gax12)y9in1-y9p第三上限制层(14)上生长p型ga1-x13inx13p上过渡层(15);其中0.4≤x13≤0.6;

14)gaas帽层(16)的生长:降温至530-550℃,继续通入tmga和ash3,在ga1-x13inx13p上过渡层(15)上生长gaas帽层(16);

15)封装,得到成品。

9.根据权利要求8所述的一种带折射率反渐变波导层的半导体激光器的制备方法,其特征在于:

步骤3)中,(al1-x1gax1)y1in1-y1p渐变下过渡层(3)的厚度为0.1-0.3μm,掺杂浓度为1e18-3e18个原子/cm3

步骤4)中,(al1-x2gax2)y2in1-y2p下限制层(4)的厚度为0.5-1.5μm,掺杂浓度为5e17-3e18个原子/cm3

步骤6)中,ga1-x4inx4p第一量子阱(6)的厚度为5-8nm,非故意掺杂;(al1-x5gax5)y4in1-y4p垒层(7)的厚度为5-10nm,非故意掺杂;ga1-x6inx6p第二量子阱(8)的厚度为5-8nm,非故意掺杂;

步骤8)中,(al1-x8gax8)y6in1-y6p第一上限制层(10)的厚度为0.05-0.15μm,掺杂浓度为3e17-7e17个原子/cm3

步骤10)中,(al1-x10gax10)y8in1-y8p第二上限制层(12)的厚度为0.05-0.15μm,掺杂浓度为3e17-7e17个原子/cm3

步骤11)中,ga1-x11inx11p腐蚀终止层(13)的厚度为0.01-0.05μm,掺杂浓度为5e17-1.2e18个原子/cm3

步骤12)中,(al1-x12gax12)y9in1-y9p第三上限制层(14)的厚度为0.5-1.2μm,掺杂浓度为5e17-1.2e18个原子/cm3

步骤13)中,ga1-x13inx13p上过渡层(15)的厚度为0.01-0.05μm,掺杂浓度为1e18-3e18个原子/cm3

步骤14)中,gaas帽层(16)的厚度为0.1-0.5μm,掺杂浓度为4e19-1e20个原子/cm3

10.根据权利要求9所述的一种带折射率反渐变波导层的半导体激光器的制备方法,其特征在于:

步骤3)中,(al1-x1gax1)y1in1-y1p渐变下过渡层(3)的厚度为0.2μm,掺杂浓度为2e18个原子/cm3,其中0.1≤x1≤0.5,y1=0.5;

步骤4)中,(al1-x2gax2)y2in1-y2p下限制层(4)的厚度为1.0μm,掺杂浓度为1e18个原子/cm3,其中x2=0.2,y2=0.5;

步骤5)中,(al1-x3gax3)y3in1-y3p折射率反渐变下波导层(5)的厚度为0.05μm,非故意掺杂,其中0.5≤x3≤0.55,y2=0.5;

步骤6)中,ga1-x4inx4p第一量子阱(6)的厚度为5nm,非故意掺杂,其中x4=0.6;(al1-x5gax5)y4in1-y4p垒层(7)的厚度为8nm,非故意掺杂,其中x5=0.4,y4=0.5;ga1-x6inx6p第二量子阱(8)的厚度为5nm,非故意掺杂,其中x6=0.6;

步骤7)中,(al1-x7gax7)y5in1-y5p折射率反渐变上波导层(9)的厚度为0.05μm非故意掺杂,其中0.5≤x7≤0.55,y5=0.5;

步骤8)中,(al1-x8gax8)y6in1-y6p第一上限制层(10)的厚度为0.1μm,掺杂浓度为5e17个原子/cm3,其中x8=0.2,y6=0.5;

步骤9)中,(al1-x9gax9)y7in1-y7p模式扩展层(11)的厚度为0.05μm,掺杂浓度为5e17个原子/cm3,其中x9=0.25,y7=0.5;

步骤10)中,(al1-x10gax10)y8in1-y8p第二上限制层(12)的厚度为0.05μm,掺杂浓度为5e17个原子/cm3,其中x10=0.2,y8=0.5;

步骤11)中,ga1-x11inx11p腐蚀终止层(13)的厚度为0.01μm,掺杂浓度为1e18个原子/cm3,其中x11=0.5;

步骤12)中,(al1-x12gax12)y9in1-y9p第三上限制层(14)的厚度为0.8μm,掺杂浓度为1e18个原子/cm3,其中x12=0.2,y9=0.5;

步骤13)中,ga1-x13inx13p上过渡层(15)的厚度为0.02μm,掺杂浓度为2e18个原子/cm3,其中x13=0.5;

步骤14)中,gaas帽层(16)的厚度为0.2μm,掺杂浓度为7e19个原子/cm3


技术总结
本发明公开了一种带折射率反渐变波导层的半导体激光器及其制备方法,其中自下而上包括衬底、缓冲层、渐变下过渡层、下限制层、折射率反渐变下波导层、量子阱层、折射率反渐变上波导层、第一上限制层、模式扩展层、第二上限制层、腐蚀终止层、第三上限制层、上过渡层和帽层;本发明公开了一种带折射率反渐变波导层的半导体激光器及其制备方法,对激光器结构进行优化,设计了反渐变波导层、模式扩展层等结构,能够在不损害垂直方向光限制因子的前提下扩展光场,从而实现较薄波导层时的近圆形光斑,使得光斑的纵横模比为1.5‑1.7,有利于AlGaInP半导体激光器的进一步应用;工艺设计合理,操作简单,具体较高的实用性。

技术研发人员:刘飞;朱振;赵凯迪;徐现刚
受保护的技术使用者:山东华光光电子股份有限公司
技术研发日:2020.01.19
技术公布日:2021.07.20
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