[发明专利]一种长波长锑化物半导体激光器结构

说明书

技术领域

本发明涉及半导体激光器材料技术领域，属于半导体激光器新型材料的外延结构领域。

技术背景

锑化物激光器有向长波长、大功率、高效率发展的趋势。3μm以上中波红外波段的InGaAsSb/AlGaAsSb量子阱激光器中，自由载流子吸收已经成为很严重的问题，导致内损耗增加，引起器件的阈值电流、量子效率、电光转换效率等性能随波长的增加而变差。例如，Sarnoff研究中心研制的2.8μm的激光器量子效率(30％)仅为2.5μm的激光器量子效率(60％)的一半左右。SUNY Stony Brook研制的3.5μm的激光器电光转换效率(PCE)为8％，仅为2.4μm(17.5％)激光器效率的45％左右。

本发明针对锑化物激随波长增加，功率、效率等变差的问题和缺点，提出一种长波长锑化物半导体激光器结构，该激光器结构能够减小因自由载流子吸收等引起的激光器功率和效率变差的问题。该激光器结构具有光模损耗小，空穴限制强，内损耗小，量子阱激光器结构效率高等特点，可以改善锑化物激光器的功率、效率等性能。

发明内容

本发明针对锑化物激随波长增加，功率、效率等变差的问题和缺点，提出一种长波长锑化物半导体激光器结构，减小因自由载流子吸收等引起的激光器功率和效率变差的问题。该激光器结构具有波长容易拓展(向长波长方向)，光模损耗小，空穴限制强，内损耗小，量子阱激光器结构效率高等特点。

本发明提出了一种长波长锑化物半导体激光器结构，激光器结构包括：GaSb衬底，GaSb缓冲层，Al_xGa_1-xSb下限制层，In_0.1Al_0.2Ga_0.7As_0.02Sb_0.98下波导层，3个周期的In_0.4Ga_0.6As_0.03Sb_0.97/In_0.1Al_0.25Ga_0.65As_0.03Sb_0.97有源层，Al_0.3Ga_0.7As_0.02Sb_0.98上波导层，Al_xGa_1-xSb上限制层，GaSb欧姆层。其中下限制层3和上限制层7中Al组分x＝0.9-0.45，掺杂方式和掺杂水平为：渐变-分段掺杂。所采用的设备为分子束外延设备(MBE)。

本发明的技术效果在于改善长波长(3μm以上)InGaAsSb/AlGaAsSb激光器性能，在结构设计上通过含In波导层减小光模损耗，变Al组分增强空穴限制，分段-渐变掺杂减小内损耗，达到改善长波长量子阱激光器结构效率的目的。

附图说明

为了进一步说明本发明的技术特征，以下结合附图1和具体实施来进一步说明，其中：GaSb衬底1，GaSb缓冲层2，变Al组分和分段-渐变掺杂的Al_xGa_1-xSb下限制层3，In_0.1Al_0.2Ga_0.7As_0.02Sb_0.98下波导层4，3个周期的In_0.4Ga_0.6As_0.03Sb_0.97/In_0.1Al_0.25Ga_0.65As_0.03Sb_0.97有源层5，In_0.1Al_0.2Ga_0.7As_0.02Sb_0.98上波导层6，变Al组分和分段-渐变掺杂的Al_xGa_1-xSb上限制层7，GaSb欧姆层8。

具体实施方式

如图1所示，一种长波长锑化物半导体激光器结构包括：

衬底1为(100)取向、Te掺杂浓度1～2×10¹⁸cm^-3的GaSb晶体材料。

GaSb缓冲层2，生长温度560℃，Te掺杂浓度2×10¹⁸cm^-3，厚度1μm。