[发明专利]一种具有超晶格电子阻挡层的小功率AlGaInP红光半导体激光器及其制备方法

说明书

本发明提供一种具有超晶格电子阻挡层的小功率AlGaInP红光半导体激光器及其制备方法。该激光器由下至上依次包括衬底、缓冲层、下过渡层、Al_0.5In_0.5P下限制层、下波导层、第一量子阱、垒层、第二量子阱、上波导层、超晶格结构‑第一上限制层、腐蚀终止层、Al_0.5In_0.5P第二上限制层、上过渡层和帽层。本发明激光器能够有效的抑制电子溢出，缓解有源区应力，提高限制层材料生长质量；同时具有较高光限制因子，提高光增益，达到了降低阈值电流，提高斜率效率的目的，从而使小功率AlGaInP红光激光器具有较低的工作电流，减少了热量的产生。

技术领域

本发明涉及一种具有超晶格电子阻挡层的小功率AlGaInP红光半导体激光器及其制备方法，属于光电子技术领域。

背景技术

AlGaInP红光半导体激光器具有体积小、重量轻，功耗小，可直接调制，具有很高的效率及可靠性的特点，在塑料光纤传输中的近距离全光网络应用和在医疗美容、激光显示及工业测量等领域有着广泛的应用前景。小功率激光器由于输出功率较小(一般小于100mW)，通常为电池驱动，对红光激光器性能提出了高效率、低热阻、低功耗的要求。

半导体激光器恒定功率下的工作电流取决于阈值电流(I_th)及斜率效率(E_s)的大小，可参考公式P_w＝I_th+(I-I_th)*E_s，其中阈值电流与载流子吸收、粒子数反转、泄漏电流、内损耗等条件有关；而AlGaInP激光器材料结构中的最大导带能隙差只有270meV，电子限制能力较差，电子从有源区向P型限制层溢出较为严重，特别是随着工作温度增加，电子溢出现象变的更加恶化，导致阈值电流增加、斜率效率降低，最终工作电流增加，产生更多的废热；同时AlGalnP材料的热阻大，导致材料本身散热性较差，温度升高使载流子的溢出更严重。

为了解决上述问题，文献“Japanese Journal of Applied Physics，Vol 45，2006，Pg7600–7604”报道了采用5对张应变(Al₇₀Ga₃₀)_0.5In_0.5P及压应变GaInP交替生长，来抑制电子溢出，降低阈值电流密度，提高斜率效率；但AlGaInP作为限制层，与GaInP量子阱之间折射率差较小，光限制因子低从而降低光增益，不利于进一步减少阈值电流。文献“Laser Diode Technology and Applications，Vol 1850，1993，Pg 263–269”报道了采用晶格匹配(Al₇₀Ga₃₀)_0.5In_0.5P及GaInP交替生长超晶格结构，以提高导带带隙，抑制电子溢出，从而提高斜率效率；但同样存在折射率差变差，光增益减小的缺陷。中国专利文献CN108346972A公开了一种具有超晶格限制层的AlGaInP半导体激光器，通过高铝组分的AlGaInP材料与低铝组分的AlGaInP材料交替生长的超晶格结构组成第一限制层，由于低铝组分的AlGaInP材料中Mg的溶解度更高，可以得到比高铝组分AlGaInP材料更高的Mg掺杂浓度，从而得到较高掺杂浓度的第一限制层，减少掺杂剂Mg向有源区的扩散。但第一限制层完全使用超晶格交替生长，为减少侧膜吸收对光电转换效率的影响，第一限制层需要一定的厚度，故需较多层数，而该专利生长层数较少，第一限制层较薄，光吸收较大，导致斜率效率降低；并且忽略了光限制因子对阈值电流的影响，同时超晶格结构并未涉及应力补偿对晶体质量的影响。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供一种具有超晶格电子阻挡层的小功率AlGaInP红光半导体激光器及其制备方法。本发明激光器能够有效的抑制电子溢出，缓解有源区应力，提高限制层材料生长质量；同时具有较高光限制因子，提高光增益，达到了降低阈值电流，提高斜率效率的目的，从而使小功率AlGaInP红光激光器具有较低的工作电流，减少了热量的产生。