[发明专利]一种TM偏振的GaAsP/GaInP有源区808nm量子阱激光器

说明书

技术领域

本发明涉及一种TM偏振的GaAsP/GaInP有源区808nm量子阱激光器，属于半导体激光器技术领域。

背景技术

808nm大功率量子阱激光器广泛应用于抽运Nd：YAG固体激光器、工业加工和激光医疗等领域，有着非常广泛的应用前景和市场价值。由于巨大的市场需求，808nm量子阱半导体激光器得到了迅猛发展。随着应用的发展，对激光器的输出功率要求越来越大。对于808nm半导体激光器而言，由高功率密度引起的腔面光学灾变损伤、载流子复合热效应引起的有源区和腔面温度升高成为限制最大输出光功率密度的主要因素。

十几年来，随着激光器技术和半导体薄膜生长技术的发展，以低铝组分的AlGaAs为量子阱，不同铝组分的AlGaAs分别作为波导层和限制层的全铝结构由于受到量子阱中Al元素易氧化、腔面光学损伤阈值低等缺点的限制逐步淡出市场。

为了提高半导体激光器的输出功率和可靠性等，市场上开发出了无铝材料作为发光区的AlGaAs基半导体激光器，如文章Proc.of SPIE Vol.6104,61040B（2006）、Japan Journal of Applied Physics Vol.38(1999)pp.387-389等报道了AlGaAs为限制层，AlGaAs或者GaInP为波导层，InGaAsP为量子阱的结构。专利CN1901301和CN1866652也报道了采用了AlGaAs材料作为基础设计制作的量子阱激光器，该类结构虽然在一定程度上改善了激光器的最大输出功率等特性，但是由于该类结构仍然以AlGaAs材料为基础，暗线缺陷容易传播、Al的氧化等性质仍然限制了该类激光器的性能；同时无铝材料与AlGaAs材料的生长温度不同，为了得到好的晶体质量必须在生产完无铝量子阱后中止生长，等提升环境温度后再进行AlGaAs材料类的生长，由于无铝InGaAsP等材料在中断生长时露出造成P元素的回融分解，这就造成无铝量子阱层的界面比较粗糙，而如果不中断生长采用连续生长，则因为无铝材料与AlGaAs材料最佳生长温度差异较大造成材料生长质量不好，这些都不利于半导体激光器的高功率高可靠性工作。

为了解决上述问题，专利CN1442934提出了在无铝InGaAsP材料量子阱及AlGaAs波导层之间增加GaAsP或者InGaAsP材料的垒层，然后通过逐步提高温度而不中断生长的方法减少因为量子阱同AlGaAs材料最佳生长温度不同而造成的界面粗糙等问题。但是该专利所提的方法依然是采用了AlGaAs作为波导层和限制层，没有摆脱高Al组分结构的范畴，仍然受到如前文所述的不利因素的影响。

随着激光器应用范围的扩大，要求的输出功率越来越高，除了材料组分的优化组合外，在结构设计上也逐步得到优化。专利CN1226759报道了一种多量子阱激光器，该结构通过隧道结的方式耦合了多个量子阱在一个结构中实现了降低光功率密度的目的，但是该结构对生长技术、掺杂技术要求较高而且不容易生长，而由于多个量子阱之间的相互影响，也不利于高功率连续电流条件下工作；随着技术的发展，目前为了获得稳定的高功率输出，降低光功率密度的大光腔宽波导结构成为大功率激光器的常用结构。专利CN101820136A采用了大光腔宽波导结构以用来实现高功率光输出的目的，但是高铝组分的AlGaAs材料却用限制了该结构的最大输出功率水平。

发明内容

发明概述

针对以上的技术不足，本发明提供一种TM偏振的GaAsP/GaInP有源区808nm量子阱激光器，该激光器几乎不含铝组分，因此不但有效降低Al组分对激光器可靠性的影响，而且还能有效降低腔面的光功率密度和内部吸收；同时该激光器采用了无铝的GaAsP为量子阱层，GaInP为波导层，低铝组分的AlGaInP材料作为限制层，其中波导层和限制层经过优化设计为宽波导非对称结构，能够有效降低内损耗、提高最大输出功率和可靠性。

术语解释

1.TM偏振：激光是光的一种，都属于电磁波，具有电场和磁场震动并且其电场和磁场的震动方向固定。其电场方向称为光的偏振方向。在半导体激光器中，当输出激光的电场方向垂直于PN结平面时，称为TM偏振。

2.张应变：材料承受外力作用时，除内部产生应力外，外形上必相伴产生变形。在生长半导体激光器材料时，一般采用GaAs材料作为衬底基板，而采用的GaAsP材料的晶格要比GaAs的小，而生长时两种材料的晶格要匹配，GaAsP就会产生一个伸长量，这种现象即为张应变。

发明详述

本发明的技术方案如下：