[发明专利]一种685nmAlGaInP红光半导体激光器

说明书

一种685nm AlGaInP红光半导体激光器，其结构从下至上依次为衬底、下缓冲层、下限制层、下波导层、量子阱层、上波导层、上限制层、上缓冲层和欧姆接触层；下缓冲层为AlxIn1‑xP组分渐变层，x由0.5线性渐变至0.4；上缓冲层为AlyIn1‑yP组分渐变层，y由0.4线性渐变至0.5。本发明通过AlInP组分渐变缓冲层，使得限制层及波导层的In组分增加到0.6。相比于现有的与GaAs晶格匹配的AlGaInP红光半导体激光器，本发明半导体激光器的量子阱层在低应变或者无应变条件下即可获得685nm的激光输出，不会存在高应变量带来的缺陷，同时可以使用厚阱结构，提高半导体激光器的微分效率。

技术领域

本发明涉及一种685nm AlGaInP红光半导体激光器，属于半导体激光器技术领域。

背景技术

红光半导体激光器具有体积小、寿命长、光电转换效率高等优点，正在逐渐取代传统的He-Ne气体激光器及红宝石固体激光器，并且广泛应用于光盘读写系统、条形码阅读器、准直标线仪、医疗保健设备等领域。另外，它还是激光电视、便携式投影仪等激光显示设备的红光光源。其中，波长为685nm的红光半导体激光器主要用于医疗止痛及生物研究等方面。例如,685nm的激光照射牙齿部位时，可以改变神经系统对离子的通透性，在治疗牙齿及口腔疾病时可以用来镇痛。

早期的红光半导体激光器使用AlGaAs材料体系，比如CD机用的780nm的AlGaAs半导体激光器。如果要达到685nm的发射波长，有源区的Al组分要达到30％。如此高的Al含量，很容易导致腔面被氧化，造成缺陷增加，影响激光器性能。而且随着Al组分增加，其能带接近间接带隙，发光效率大幅下降。所以使用AlGaAs材料体系的685nm半导体激光器的性能比近红外激光器要差很多，不能满足医疗及科研对光源可靠性的要求。因此，带隙更大的AlGaInP材料开始应用于红光半导体激光器，并成为沿用至今的红光主流材料。

中国专利文献CN103124046A公开了一种红光半导体激光器，包括衬底以及依次层叠设置于所述衬底上的缓冲层、N型下限制层、下波导层、量子阱层、上波导层、P型上限制层、过渡层以及电极接触层，所述上波导层和所述下波导层均为铝镓铟磷材料，且所述上波导层的材料组分为Alx1Gay1In0.49P，所述下波导层的材料组分为Alx2Gay2In0.49P，其中x1>x2，y1<y2，x1+y1+0.49＝1，x2+y2+0.49＝1。通过优化各层组分及厚度能够减少对光的总吸收，提高半导体激光器的特性，增加半导体激光器的效率。此发明激光器使用的AlGaInP材料中In占比为0.49，晶格常数与衬底GaAs是匹配的，量子阱GaInP由于具有一定厚度，其应变不能太大，即In组分不能偏离0.49太多，所以其激射波长在630-640nm的范围，离685nm尚有一定的距离。

日本非专利文献Jpn.J.Appl.Phys.,1997,Vol.36,pp.2666-2670报道了一种高可靠性50-60mW级别685nm窗口结构的半导体激光器。利用固态扩Zn方法在3英寸衬底上制备了均匀性好且可靠性高的685nm半导体激光器，能够在80度稳定工作，且寿命长达10000小时。文献中使用与GaAs衬底匹配的限制层与波导层，使用8nm的大应变(约1％)双量子阱结构实现685nm的激光输出。如此高的压应变量容易造成界面不平整，如果量子阱厚度超出临界厚度，则会出现大量位错，降低激光器的辐射复合效率。