[发明专利]一种用于医疗美容激光器的量子阱/量子点混合激光芯片结构

说明书

技术领域

本发明属于激光器技术领域，涉及到一种用于医疗美容激光器的量子阱/量子点混合激光芯片，该激光芯片将量子点结构嵌入量子阱结构形成混合有源层，可以使得发射激光的阈值电流更低，长期稳定性更好，是一种新型激光芯片外延结构。

背景技术

1~3微米波段的激光器、光电探测器及焦平面阵列在众多领域均有重要的应用，例如超低损耗光纤通信及自由空间光通信、医疗美容美白、卫星遥感成像、气体探测、激光测风雷达、物质检测光谱仪器等。

随着人们生活水平的不断提高，在满足了吃、穿、住等方面的需求后，对外在美丽的需求使得整形美容行业迅速崛起，据不完全统计，全球医疗美容行业的规模已经达到了千亿美元的规模。其中1~3微米波段的低功率激光可以有效地去除皮肤的死皮、角质等，达到美容美白去除皱纹的功效，且完全无副作用。

目前，1~3微米波段的激光器以多量子阱结构为主，其基材及外延量子阱结构根据实际的应用需求做不同的设计。AlInGaAs/InP材料的导带偏移为ΔEc=0.72ΔEg，InGaAsP/InP材料的ΔEc=0.4ΔEg，因此，AlInGaAs/InP的量子阱材料体系能更有效地阻止高温、大注入下载流子的泄漏，改善激光器的高温特性。另一方面，由于载流子在3个维度受到量子限制，半导体量子点具有类似于原子的分立能级，并展现出许多独特的光学、电学性能。因此在多量子阱结构中嵌入量子点结构，可以使得半导体激光器具有更低的阈值电流密度、更高的微分增益、更高的稳定性以及更高的调制速率等优越性能。

发明内容

本发明提出一种用于医疗美容激光器的量子阱/量子点混合激光芯片，采用将量子点结构有效地嵌入量子阱结构形成混合有源层，可以使得未来的激光器芯片发射激光的阈值电流更低，长期稳定性更好。

本发明的实施例的技术方案如下：

一种用于医疗美容激光器的量子阱/量子点混合激光芯片,其特征在于，包括：

N型衬底层；

渐变波导层，所述渐变波导层位于所述N型衬底层上；

量子阱/量子点混合有源层，所述量子阱/量子点混合有源层位于所述渐变波导层上；

刻蚀阻挡层，所述刻蚀阻挡层与所述渐变波导层之间设置所述渐变波导层；

P型层，所述P型层位于所述刻蚀阻挡层上；

帽层，所述帽层位于所述P型层上;

其中，所述量子阱/量子点混合有源层为采用采用分子束外延方法将量子点结构嵌入量子阱结构制备的混合有源层，该结构可以兼容量子阱材料优良的高温特性，以及量子点的量子能带特性，极大地降低激光器的阈值电流密度，提高激光器长期工作稳定性。

进一步具体地，所述N型衬底层由N型磷化铟（N-InP）制备而成。

进一步具体地，所述渐变波导层采用铝铟镓砷（Al_X1→X2Ga）In_Y1As四元组分结构，其中所述Al元素的组分由X1渐变至X2，X1大于X2。

进一步具体地，所述量子阱/量子点混合有源层为铝铟镓砷/铟砷/铝铟镓砷（Al_X3Ga）In_Y2As/InAs/（Al_X4Ga）In_Y3As多层循环结构。

优选地，所述量子阱/量子点混合有源层的循环层数为5-10层。

进一步具体地，所述刻蚀阻挡层为铟镓砷磷（In_0.85GaAs_0.33P）四元结构。

进一步具体地，所述P型层由P型磷化铟（P-InP）制备而成。

进一步具体地，所述帽层为铟镓砷In_0.53Ga_0.47As三元结构。

具体地，所述N型衬底层厚度为400~500微米；所述渐变波导层厚度为0.15~0.2微米；所述量子阱/量子点混合有源层厚度为0.1~0.2微米；所述刻蚀阻挡层厚度为0.02微米；所述P型层厚度为1.5~2微米；所述帽层厚度为0.15~0.25微米。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

首先，本发明的量子阱/量子点混合激光芯片的激光发射有源层为量子阱/量子点混合的结构，可以兼容量子阱材料优良的高温特性，以及量子点的量子能带特性，极大地降低激光器的阈值电流密度，提高激光器长期工作稳定性。

其次，本发明所述激光芯片采用外延结构，具有两个相互对称的渐变波导层，AlGaInAs层中的Al组分在波导层中有规律的变化，用于形成激光折射反射，提高激器的输出效率。