包含具有低铝含量的电子势垒的半导体激光器的制作方法

本专利申请要求于2016年5月5日提交的美国临时专利申请第62/332,085号的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

本公开一般地涉及半导体激光器，更具体地，涉及包含夹在具有低铝含量的电荷载流子阻止层之间的有源区的半导体激光器。

背景技术

随着当今对互联网数据的持续不断的需求，数据中心和移动通信的基础设施可能要求具有超快调制速度的现有技术的高速激光器。半导体激光器典型地可以采用精密工程技术，该精密工程技术允许器件高效地生成相干光以及可以高速调制这些光信号。典型的半导体激光器可以包括一系列夹在一起的许多半导体层，所有的半导体层具有独特的功能。电子阻止层和空穴阻止层可以围绕激光器的有源区，功能为减少从有源区中的电子泄漏和空穴泄漏(即，电流泄漏)。前述电流泄漏会显著限制激光器性能，原因是其可能限制用于受激发射的有源区可获得的电子-空穴对的量。

常规的脊波导激光器已得到广泛使用，原因是其可以相对简单地制造。然而，在这种结构中，电流可能没有高效地传送至有源区，导致大量电流流至脊外和有源区上的残余半导体材料中。为了实现快速开关高速激光器，消除这种寄生电流路径可能是关键的。激光器结构例如掩埋异质结构、掩埋脊和掩埋新月形可以是可以实现如下任务的典型布置：阻挡横向电流流动，由此使发射激光所需的阈值电流最小化。在脊波导构造中，电子阻止层和空穴阻止层可以由包含至少48％铝的合金制成。然而，这样高水平的铝可能不适合被包含在高性能激光器结构例如上述掩埋异质结构中。这样的结构可以通过蚀刻穿过有源区来寻求最小化横向电流泄漏。然而，在制造这些结构时，任何包含铝的层可能由于氧化而易于材料劣化。因此，可能存在对包含具有低铝含量的电子阻止层的器件的需要。

技术实现要素：

在一些实施方式中，半导体激光器可以包括衬底、有源区和电子阻止层。该电子阻止层可以包括铝镓铟砷磷合金。铝镓铟砷磷合金可以具有alxgayin(1-x-y)aszp(1-z)组分。

在一些实施方式中，alxgayin(1-x-y)aszp(1-z)组分的含量x的范围可以是从0.20至0.55。

在一些实施方式中，alxgayin(1-x-y)aszp(1-z)组分的含量y可以是0，并且alxgayin(1-x-y)aszp(1-z)组分可以具有al0.3in0.7as0.5p0.5组分。

在一些实施方式中，alxgayin(1-x-y)aszp(1-z)组分的含量y可以是0，并且alxgayin(1-x-y)aszp(1-z)组分可以具有al0.35in0.65as0.5p0.5组分。

在一些实施方式中，alxgayin(1-x-y)aszp(1-z)组分的含量y可以是0，并且alxgayin(1-x-y)aszp(1-z)组分可以具有al0.4in0.6as0.5p0.5组分。

在一些实施方式中，电子阻止层的晶格常数可以与衬底的晶格常数相匹配。

在一些实施方式中，电子阻止层的晶格常数可以具有相对于衬底的晶格常数的晶格失配。

在一些实施方式中，电子阻止层的晶格常数可以具有相对于衬底的晶格常数的在±1％内的晶格失配。

在一些实施方式中，衬底可以包括铟磷(inp)。

在一些实施方式中，alxgayin(1-x-y)aszp(1-z)组分的含量y可以是0，并且alxgayin(1-x-y)aszp(1-z)组分可以是alxin1-xaszp1-z组分。

在一些实施方式中，半导体激光器还可以包括n型包覆层，可以与n型包覆层相邻地布置的多量子阱(mqw)有源层，以及可以与电子阻止层相邻地布置的p型包覆层。电子阻止层可以布置在mqw有源层与p型包覆层之间，并且p型包覆层可以包括脊波导结构。

在一些实施方式中，半导体激光器还可以包括可以与n型包覆层相邻地布置的空穴阻止层。空穴阻止层可以包括具有alxgayin(1-x-y)aszp(1-z)组分的铝镓铟砷磷合金。含量x的范围可以是从0.20至0.55。

在一些实施方式中，alxgayin(1-x-y)aszp(1-z)组分的含量y可以是0，并且alxgayin(1-x-y)aszp(1-z)组分可以是alxin1-xaszp1-z组分。

在一些实施方式中，mqw有源层的量子阱可以是压缩应变的并且mqw有源层的势垒可以是拉伸应变的。量子阱相对于衬底的晶格常数的晶格失配可以在2％内。势垒相对于衬底的晶格常数的晶格失配可以在2％内。

在一些实施方式中，mqw有源层的量子阱可以是拉伸应变的并且mqw有源层的势垒可以是压缩应变的。量子阱相对于衬底的晶格常数的晶格失配可以在2％内。势垒相对于衬底的晶格常数的晶格失配可以在2％内。

在一些实施方式中，半导体激光器可以包括衬底、有源区、横向电流阻挡材料和电子阻止层。电子阻止层可以被配置成减小氧化以及形成与电流阻挡材料的分界面。电子阻止层可以包括具有alxgayin(1-x-y)aszp(1-z)组分的铝镓铟砷磷合金。

在一些实施方式中，alxgayin(1-x-y)aszp(1-z)组分的含量x的范围可以是从0.20至0.55。

在一些实施方式中，alxgayin(1-x-y)aszp(1-z)组分的含量y可以是0，并且alxgayin(1-x-y)aszp(1-z)组分可以具有al0.3in0.7as0.5p0.5组分。

在一些实施方式中，alxgayin(1-x-y)aszp(1-z)组分的含量y可以是0，并且alxgayin(1-x-y)aszp(1-z)组分可以具有al0.35in0.65as0.5p0.5组分。

在一些实施方式中，alxgayin(1-x-y)aszp(1-z)组分的含量y可以是0，并且alxgayin(1-x-y)aszp(1-z)组分可以具有al0.4in0.6as0.5p0.5组分。

在一些实施方式中，mqw有源层的量子阱可以是压缩应变的并且mqw有源层的势垒可以是拉伸应变的。量子阱相对于衬底的晶格常数的晶格失配可以在2％内。势垒相对于衬底的晶格常数的晶格失配可以在2％内。

在一些实施方式中，mqw有源层的量子阱可以是拉伸应变的并且mqw有源层的势垒可以是压缩应变的。相量子阱对于衬底的晶格常数的晶格失配可以在2％内。势垒相对于衬底的晶格常数的晶格失配可以在2％内。

在一些实施方式中，制造半导体激光器的方法可以包括在衬底上布置n型包覆层、在n型包覆层上布置空穴阻止层、在空穴阻止层上布置多量子阱(mqw)有源层、在多量子阱(mqw)有源层上布置电子阻止层，以及与n型包覆层、空穴阻止层、mqw有源层和电子阻止层相邻地布置电流阻挡材料。电子阻止层可以被配置成减小氧化并且形成与电流阻挡材料的分界面。电子阻止层可以包括具有alxgayin(1-x-y)aszp(1-z)组分的铝镓铟砷磷合金。

在一些实施方式中，alxgayin(1-x-y)aszp(1-z)组分的含量x的范围可以是从0.20至0.55。

在一些实施方式中，mqw有源层的量子阱可以是压缩应变的并且mqw有源层的势垒可以是拉伸应变的。量子阱相对于衬底的晶格常数的晶格失配可以在2％内。势垒相对于衬底的晶格常数的晶格失配可以在2％内。

在一些实施方式中，mqw有源层的量子阱可以是拉伸应变的并且mqw有源层的势垒可以是压缩应变的。量子阱相对于衬底的晶格常数的晶格失配可以在2％内。势垒相对于衬底的晶格常数的晶格失配可以在2％内。

现在将参考附图中示出的本公开的具体实施方式来更详细描述本公开。尽管下面参考具体实施方式描述了本公开，应理解，本公开不限于此。接触本文中的教导的本领域普通技术人员将认识到另外的实现、修改及实施方式以及其他应用领域，其在如本文中所述的本公开的范围内并且本公开可以相对其具有显著的实用性。

附图说明

为了便于更全面地理解本公开内容，现在参照附图，其中用相似的附图标记指代相似的元件。这些附图不应被理解为限制本公开，而旨在仅是说明性的。

图1示出半导体脊波导激光器的三维偏移图。

图2示出半导体脊波导激光器的截面图。

图3示出根据本公开的实施方式的掩埋脊激光器的三维偏移图。

图4示出掩埋脊激光器的截面图。

图5a示出半导体激光器堆叠且图5b示出图5a的半导体激光器堆叠的一部分的放大图。

图6示出根据本公开的实施方式的通常iii-v二元半导体材料相对于其各自的晶格常数的导带偏移的图表。

图7示出根据本公开的实施方式的通常用作iii-v二元衬底材料和常规晶格匹配三元电子阻止合金的导带偏移的图表。

图8示出根据本公开的实施方式的根据图7但现在包括新的alinasp电子阻止材料合金的相对于晶格常数的导带偏移的图表。

图9示出根据本公开的实施方式的半导体激光器中的各种电子阻止材料的光功率输出的图表。

图10示出表1，表1示出alxgayin(1-x-y)aszp(1-z)合金含量的一个列表。

图11示出表2，表2示出alxgayin(1-x-y)aszp(1-z)合金含量的另一列表。

图12示出根据本公开的实施方式的半导体激光器中的电子阻止材料的光功率输出的实验结果的图表。

具体实施方式

在下面的描述中，为了提供所公开的主题的透彻理解，阐述关于本公开主题的系统和方法以及这种系统和方法可以操作的环境的许多具体细节。然而，对于本领域技术人员将明显的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践所公开的主题，并且没有详细描述本领域公知的某些特征以便避免所公开的主题的复杂化。另外，应理解，以下提供的示例是说明性的并且考虑存在在所公开的主题的范围内的其他系统和方法。

本公开的实施方式涉及半导体激光器件中的改进的电子势垒层材料。半导体激光器是通过电激励p-n结的使用而形成的小型激光器。已经制造出多种类型的半导体激光器结构，上述半导体激光器结构中的每个具有其自己的有利特性。已经看到特别强的需求的一种这样的激光器被称为脊波导激光器(rwg激光器)。

在rwg激光器中，在制造期间蚀刻覆盖激光器件的顶部的包覆材料以形成脊。然而，在脊外和在有源区上保留残余厚度的材料，这可能导致显著的横向电流损失。该电流扩散可以导致器件的不期望的低效率，显著影响激光器阈值电流和调制带宽。

为了缓解rwg激光器的上述问题，已经开发了许多技术。在每种情况下，目标大多是限制器件的横向伸展以便消除横向电流损失。示例性结构是掩埋脊激光器。在掩埋脊激光器中，rwg激光器的脊区被进一步蚀刻穿过激光器的包覆和有源区向下至器件的下包覆材料。通过蚀刻穿过激光器的包覆和有源区，原则上可以不产生电流扩散。然而，将激光器的包含铝的层暴露至空气可能导致氧化了的分界面的形成。不利的是，这接着可能导致与这些氧化了的al分界面相邻地再生长的电流阻挡材料的劣化。为了确保良好质量的分界面和在蚀刻脊上的再生长之前去除任何铝氧化物的能力，在这些材料中铝组分可能被限制至不高于约30％。

在常规的rwg激光器中，电子阻止层可以由包含具有高含量(48％)的铝的晶体制成。为了解决当前掩埋脊激光器的上述问题，本公开的实施方式可以提供用于产生具有低铝含量的高性能电子阻止的器件和方法。具体地，本公开的实施方式可以提供包含30％铝的铝铟砷磷的新电子阻止材料。这种材料在包含足够低的铝含量以减小氧化的同时可以提供与当前所使用的合金的相当的性能。

参照图1，示出半导体激光器的三维偏移图。在图1中，激光器100是rwg半导体激光器件，该半导体激光器件适于产生特定光学频率的激光发射光束。激光器100包括具有脊104的p型包覆层106、有源层108、n型包覆层110、衬底112和输出面118。可以在脊104的顶表面上沉积有阳极金属层102，并且可以在衬底112的底表面上沉积有阴极金属层114。这些金属层与底层半导体材料形成电接触。

阳极金属层102可以是由足以与脊104建立低电阻电接触的任何导电材料形成的金属。该电阻相对于层堆叠是低的，并且可以提供不给层堆叠的电阻增加明显电阻的欧姆接触。例如，阳极金属层102可以由沉积在脊104上的三个金属子层即钛、铂和金制成。

脊104可以是形成在p型包覆层106中的设计，该设计在p型包覆层106的整个宽度的顶部上形成矩形形状或梯形形状。脊104的形状不限于矩形棱柱，而是可以是其他形状例如楔形榫脊。脊104通过蚀刻掉形成p型包覆层106的材料来产生，该p型包覆层106初始延伸以覆盖半导体激光器100的整个宽度和高度。脊104可以由各种p型半导体材料组成，而且典型地将与p型包覆层106为相同材料。在一个示例中，脊104可以由p型掺杂的铟磷(inp)制成，但是可以在沉积有阳极金属层102的脊104的顶部处沉积金属铟钾砷(ingaas)层。

p型包覆层106可以是完全覆盖有源层108的顶部的材料。p型包覆层106是直接在有源层108的顶部上的层，通过p型包覆层106可以传导电流。典型地，脊104将通过蚀刻掉形成有源层108的顶部上的p型包覆层106的材料的一部分来制造。如图1所示，脊104的设计允许电流在脊结构的空间维度内从激光器的顶部流动穿过有源层108。然而，如图2所示，电流不可能被限制成仅在脊104的位置下流动；一些电流将不可避免地扩散至p型包覆层106的不位于脊104下方的部分。尽管p型包覆层106可以是任意数目的不同材料，在一个示例性实现中，p型包覆层106可以是p型掺杂的铟磷(inp)。

如图2和图4更详细地描述的，有源层108是经由受激发射生成相干激光的材料堆叠。除了其他材料以外，有源层108包含电子阻止层、在量子阱之间具有势垒的量子阱堆叠(多量子阱(mqw)堆叠)，以及空穴阻止层。如图4更详细地描述的，有源层108的子层是具有包含一定量的铝的晶体结构的合金。

n型包覆层110可以是完全覆盖有源层108的底部的材料。n型包覆层110是在有源层108底部紧下方的层，通过n型包覆层110可以传导电流。与p型包覆层106一样，因为n型包覆层110比脊104的宽度宽，与电流流过脊104相比，电流可以在更宽的区域流过n型包覆层110。尽管n型包覆层110可以是任意数目的不同材料，在一个示例性实现中，n型包覆层110可以是n型掺杂的铟磷(inp)。

衬底112可以是形成半导体激光器100的基座的半导体衬底材料。尽管衬底112可以是任意数目的不同材料，在一个示例性实现中，衬底可以是n型铟磷(inp)。

阴极金属层114可以是由足以与衬底112建立低电阻电接触的任何导电材料形成的金属。

参照图2，示出半导体激光器的截面图。在图2中，从不同视角示出图1的激光器100。如图1，激光器100是适于产生特定光学频率的激光发射光束的半导体激光器件，激光器100包含具有脊104的p型包覆层106、有源层108和n型包覆层110。有源层108包括电子阻止层202、mqw有源层204和空穴阻止层206。

如下所讨论，在半导体激光器中，电子和空穴以相反的方向跨具有不同带隙的材料堆叠流动以在激光器有源区中复合并生成光子。为了将电子和空穴限制在有源层108中的适当的位置中，在p型包覆层106与mqw有源层204之间布置有电子阻止层202。另外，在n型包覆层110与mqw有源层204之间布置有空穴阻止层206。

电子阻止层202是特别适于防止电子从mqw有源层204向p型包覆层106流失的材料。在典型的脊波导激光器例如图1和图2的半导体激光器100中，电子阻止层202包括p型掺杂的铝铟砷(al0.48in0.52as)。与有源层108的所有层相同，电子阻止层202是铝的合金。

mqw有源层204是形成多个量子阱的材料的堆叠，在该量子阱中电子和空穴可以复合以生成光子，该光子通过激光器100的侧面118作为相干光束发射。mqw有源层204的精确含量将参照图5b更完全地描述。在典型的脊波导激光器例如图1和图2的半导体激光器100中，mqw有源层204包括一系列层，上述一系列层中的每个包括铝镓铟砷(algainas)。

空穴阻止层206是特别适于防止空穴从mqw有源层204中流失的材料。在典型的脊波导激光器例如图1和图2的半导体激光器100中，空穴阻止层206包括n型掺杂的铝铟砷(alinas)。

为了避免相对于周围材料的过度应力，电子阻止层和空穴阻止层两者的晶格常数通常与形成半导体衬底112的材料的晶格常数相匹配。在图1和图2的激光器中，衬底112的晶格常数精确地与电子阻止层202和空穴阻止层206的晶格常数相匹配。如相对于图7所讨论的，这些材料的晶格常数均与inp相匹配，约为5.875埃。

参照图3，示出掩埋脊型半导体激光器300的三维偏移图。在图3中，激光器300是适于产生特定光学频率的相干激光光束的半导体激光器件。激光器300包含具有脊304的p型包覆306、有源层308和n型包覆310。有源层308包括电子阻止层312、多量子阱(mqw)有源层314和空穴阻止层316。此外，激光器300包含电流阻挡材料302，电流阻挡材料302典型地是fe掺杂inp。

图3的掩埋脊激光器300以与图1和图2的脊波导激光器相似的方式操作，并且掩埋右激光器300的元件(例如，元件304、306、308、310、312、314、316等)可以与那些以上关于激光器100的相应元件(例如，元件104、106、108、110、202、204、206等)讨论的相似。然而，抑制了从图1和图2的半导体激光器100中的有源层204的中线流失的横向电流。在图3的掩埋脊激光器中，产生穿过p型包覆306、有源层308以及部分穿过n型包覆310的蚀刻。通过蚀刻穿过这些层，图3的掩埋脊激光器防止电流扩散，原因是包覆和有源区在尺寸上被限制为仅如优化在注入电流的情况下的光学模式的交叠所需要的那样宽。因此，可以极大地提高激光器的效率。

由于上述新蚀刻的层中的许多层包含铝，暴露这些层会经由氧化而劣化新形成的表面，这后续劣化与再生长的电流阻挡材料302形成的分界面。为了减小这些层的氧化并且在掩埋脊激光器设计中必需的再生长之前允许铝氧化物层的去除，可能必要的是，限制电子阻止层312、mqw有源层314和空穴阻止层316中的每个的铝含量。在电子阻止层312中，与激光器100的层202一样，激光器300中设置的材料可以是铝铟砷(alinas)。然而，用作激光器300中的电子阻止层312的alinas合金(与激光器100的层202一样)可以由48％铝(al0.48in0.52as)组成，这在再生长之前去除形成的铝氧化物的困难方面可能是不期望的。因此，用作掩埋脊激光器300中的电子阻止层312的电子势垒层的新材料可能是期望的。此外，用作激光器100中的电子阻止层202的电子势垒层的新材料也可能是期望的，以改进该层的性能。

本公开的实施方式提供用于电子势垒层的新材料。如相对于图2所讨论的，脊波导激光器100的典型的电子阻止层202可以是p型掺杂的铝铟砷(al0.48in0.52as)。在该合金中，铝含量可能相对高，浓度为48％。本公开的实施方式可以提供具有较低铝含量的新合金，该合金可以减小电子阻止材料和空穴阻止材料的氧化并且可以用于层202或312。在激光器300中，该合金还可以允许在电流阻挡材料302的再生长之前铝氧化物的去除。在一个实施方式中，这种材料包括铝铟砷磷(al0.3in0.7as0.5p0.5)合金。通过使用这种新材料，可以减小包含铝的层的氧化，以允许在与电流阻挡材料302新形成的分界面处以高材料质量制造掩埋脊结构。结果，当激光器100使用al0.48in0.52as时，激光器300的性能可以超过激光器100的性能。如相对于图8更全面地讨论的，新材料al0.3in0.7as0.5p0.5具有在衬底材料inp的晶格常数的0.5％内的晶格常数。

参照图4，示出掩埋脊型半导体激光器300的截面图。在图4中，激光器300是适于产生特定光学频率的相干激光光束的半导体激光器件。激光器300包括具有脊304的p型包覆306、有源层308和n型包覆及衬底310。有源层308包括电子阻止层312、多量子阱(mqw)有源层314和空穴阻止层316。此外，激光器300包含电流阻挡材料302。电子阻止层312可以包括铝铟砷磷(例如，al0.3in0.7as0.5p0.5)合金。空穴阻止层316可以相似地包括铝铟砷磷(例如，al0.3in0.7as0.5p0.5)合金。

参照图5a和图5b，示出设置在激光器300中的材料堆叠的放大图。在图5a和图5b中，激光器300包含p型包覆306、有源层308和n型包覆及衬底310。有源层308包括电子阻止层312、mqw层314和空穴阻止层316。mqw层314可以包括任意数目的量子阱和势垒对。

如上所述，有源层308是电子和空穴复合以经由光子的受激发射来生成激光的区域。在有源层308内，设置了可以产生激光的量子阱的堆叠。多个量子阱夹在势垒材料之间以形成mqw层314中示出的mqw结构。尽管量子阱和势垒层可以由任意数目的激光产生材料制成，这些层可以是铝镓铟砷。mqw层314夹在电子阻止层312与空穴阻止层316之间以完成激光器300的有源区308。典型地，同时提供光学和一些电学限制的单独的限制异质结构置于电子阻止层312或空穴阻止层316与mqw层314之间。此外，mqw层314的一个或更多个量子阱可以是相对于衬底压缩的或拉伸应变的。一个或更多个势垒层可以是相对于衬底压缩的或拉伸应变的。一个或更多个量子阱和一个或更多个势垒层可以具有相反应变以便减轻临界厚度问题。例如，一个或更多个mqw层的量子阱可以是相对于衬底压缩应变的，而一个或更多个势垒层是相对于衬底拉伸应变的。可替选地，例如一个或更多个mqw层的量子阱可以是相对于衬底拉伸应变的，而一个或更多个势垒层是相对于衬底压缩应变的。量子阱或势垒相对于衬底的晶格常数的晶格失配可以是±2％。

参照图6，示出呈现半导体激光器制造中所使用的所选材料的晶格常数的图表。图6的图表示出六种材料的晶格常数和针对这些材料的以电子伏特(ev)为单位的相应的导带偏移。尽管通常可以期望确保图5中的mqw层314外的所有层被晶格匹配以减小由应变失配引起的任何不期望的材料质量劣化，通常在不折衷材料质量的情况下在薄层中引入±1％内的晶格失配。在半导体激光器制造中，材料可以典型地由周期表上的一个iii族元素与一个v族元素结合的化合物形成。在图6的示例中，六种二元材料被示出为镓磷(gap)602、铝磷(alp)604、铝砷(alas)606、镓砷(gaas)608、铟磷(inp)610及铟砷(inas)612。这六种材料中的每个具有特定晶格常数值及特定导带偏移值。为了用作电子阻止例如电子阻止层312，可能关键的是，所使用的材料的导带偏移比其周围的层的导带偏移大以防止从mqw区域至p-inp的电子泄漏。

参照图7，示出针对公共衬底材料gaas和inp的晶格常数的以ev为单位的导带偏移的图表。示出与这些衬底晶格匹配的常规电子阻止材料。在图7的示例中，由包括具有48％铝成分的铝铟砷(al0.48in0.52as)的材料702制成的电子阻止被示出为具有5.785埃的晶格常数。这种材料的晶格常数与由包括铟磷(inp)的材料704制成的衬底的晶格常数相同。为此，如上所讨论，这些材料典型地用于形成典型的脊波导半导体激光器100中的电子阻止层202和衬底112。从图7中还可以看出，这些材料由于导带偏移值上的大的差异而特别适于用作衬底和电子阻止材料。例如，电子阻止层702的导带偏移是0.7ev，该导带偏移远高于衬底704的导带偏移0.4ev。可能期望这些值上的较大差异以建立对从mqw区域的电子泄漏及至p-inp中的电子泄漏的足够阻止。图7中还示出与具有6.65埃的晶格常数的gaas晶格匹配的两种三元电子阻止合金。这两种三元电子阻止合金是铝铟磷(al0.52in0.48p)和镓铟磷(ga0.51in0.49p)。

如上面参照图3和图4所述的，铝铟磷(al0.48in0.52as)由于其相对高的(48％)铝含量而是用于掩埋脊激光器例如激光器300中的不期望的材料。因此，包括具有相对较低的(30％)铝含量的铝铟砷磷(al0.3in0.7as0.5p0.5)的新材料可以用作激光器300中的电子阻止层312。

参照图8，示出呈现包括图3和图4的电子势垒材料的所选材料的晶格常数的图表。图8的图表示出图7中的六种材料的晶格常数和那些材料的相应的导带偏移。另外，示出图3和图4中所述的新材料铝铟砷磷(al0.3in0.7as0.5p0.5)。这种合金包括足够铟含量以实现相对于inp在±1％之内的晶格失配并且保留高导带偏移。

参照图9，示出脊波导激光器例如激光器100中的各种电子阻止材料的作为以毫安(ma)为单位的输入电流的函数的以毫瓦(mw)为单位的光功率输出的图表。具体地，图9的图表示出如下四种不同类型的电子阻止层在不同的输入电流下的以毫瓦为单位的光功率输出：没有电子阻止902、由ga0.075in0.925p组成的电子阻止904、由al0.48in0.52as组成的电子阻止906和由al0.3in0.7as0.5p0.5组成的电子阻止908。如图表所示出的，当在脊波导激光器中采用没有电子阻止902时，光功率输出在100ma的电流下接近小于20mw的最大值。相比之下，当使用由ga0.075in0.925p组成的电子阻止904时，输出功率在提供的相同的100ma的电流下接近30mw。

图9还示出脊波导激光器中的电子阻止906al0.48in0.52as的理论性能。如图表所示出的，这种材料在100ma的电流下理论上允许接近40mw的输出功率。然而，如上所讨论的，这种材料的铝含量太高而不能用在具有掩埋脊结构的激光器中，原因是其将在制造工艺期间显著地氧化。虽然图9中的图表示出在不存在氧化的情况下这种材料的理论性能，(例如，在脊波导结构中)，如果存在氧化，掩埋脊激光器中的材料的真实性能将显著地降低，特别是其长期可靠性。

相比之下，图9示出当提供由al0.3in0.7as0.5p0.5组成的电子阻止908时脊波导激光器的改进性能。如图表所示出的，这种材料908在所有电流水平下具有比图表中的其他材料高的性能，这种材料在100ma的输入电流下具有大于40mw的输出功率。另外，与材料906不同，材料908具有30％的铝含量，这种材料适合用于掩埋激光器(例如激光器300)中并且可以减小上述的不期望的氧化并且允许在再生长之前的任何氧化物的去除。因此，在激光器100的层202或激光器300的层312中使用al0.3in0.7as0.5p0.5作为电子阻止提供超过以前已知材料的使用的显著性能优势。当al0.3in0.7as0.5p0.5用在任何高性能激光器结构例如掩埋脊中时还示出性能优势，该高性能激光器结构的制造包括蚀刻穿过从而使含铝层经受氧化，该氧化在再生长之前难以去除。当铝含量分别被降低至25％或20％——给出al0.25in0.75as0.5p0.5合金和al0.2in0.8as0.5p0.5合金——时计算的理论性能得到分别增加至14.9ma和18.3ma的激光器阈值。在100ma的输入电流下的输出功率分别降低至34.0mw和22.5mw。另外，将铝含量分别增加至35％或40％——给出al0.35in0.65as0.5p0.5合金和al0.4in0.6as0.5p0.5合金——得到在两种情况下相对于al0.3in0.7as0.5p0.5的阈值电流上的可以忽略的改变。相对于al0.3in0.7as0.5p0.5，对于这两种情况，在100ma的输出功率下的改变也是可以忽略的。因此，优选的电子阻止908是al0.3in0.7as0.5p0.5。然而，如上所述的铝铟砷磷合金的铝含量上的变化可以产生相似的激光器阈值电流和输出功率。

例如，铝铟砷磷合金可以由下式表示：alxgayin(1-x-y)aszp(1-z)，其中，x、y、1和z的值表示反映每个元素在合金中存在多少的含量。对于alxgayin(1-x-y)aszp(1-z)来说可以存在许多变化。图10示出表1，表1基于两个限制示出alxgayin(1-x-y)aszp(1-z)合金含量的一个列表。一个限制是带隙大于1.532ev。第二限制是相对于inp衬底的应变失配不大于±0.5％。图11示出表2，表2示出alxgayin(1-x-y)aszp(1-z)合金含量的另一列表，其中施加另一限制，即铝含量不大于30％。为了说明的目的提供两个表，并且这两个表不是可能的合金组合的穷举列表。

图12示出根据本公开的实施方式的半导体激光器中的电子阻止材料的光功率输出的实验结果的图表。另外，用不同电子阻止层生长相同的激光器堆叠。一个激光器堆叠包括在由al0.48in0.52as合金制成的电子阻止层中。其他激光器堆叠包括在由al0.3in0.7as0.5p0.5合金制成的电子阻止层中。来自每个激光器堆叠的激光器结构被制造和测试。在测试中，针对每个激光器增加输入电流并且测量相关功率(例如，光功率)。结果绘制在图12的图表中。图表中的虚线示出具有al0.48in0.52as合金电子阻止层的激光器的实验结果。图表中的实线示出具有al0.3in0.7as0.5p0.5合金电子阻止层的激光器的实验结果。

如图12所示，al0.3in0.7as0.5p0.5合金激光器至少与al0.48in0.52合金激光器性能一样好，另外还有如下附加优势：铝含量已经从48％减小至30％，使得其适于诸如掩埋异质结构激光器的激光器结构。另外，加速老化测试已经示出在al0.3in0.7as0.5p0.5合金激光器已经运行持续2000小时之后根据图10中所示的结果中存在可以忽略的变化。

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