非对称异质波导808nm半导体激光器结构及其制备方法

技术领域

本发明涉及非对称半导体激光器结构，更具体的说，涉及一种非对称异质波导808nm半导体激光器结构及其制备方法。

背景技术

波导层是808nm半导体激光器的重要组成部分，对激光器的输出特性起着关键作用。波导结构一般情况下采用非对称波导，通过调整波导厚度降低光损耗，但常规的n-p侧波导层通常采用同质半导体，导致波导层和限制层之间的能带结构相对固定，这可能会造成载流子输运过程中的损失，从而影响工作电压和输出功率。实际上，能带结构与工作电压和串联电阻之间联系紧密，因此，如何通过外延结构优化降低n侧能量损失极其重要。

载流子损耗大，工作电压高导致能量损耗大是影响808nm半导体激光器高功率、高电光转换效率输出的关键科学问题。传统波导n、p侧采用同质AlGaAs材料，各外延层间能带结构相对固定。非对称波导结构通过调节n、p型波导厚度优化光场分布，达到减少光损耗的目的，在电学上只考虑了各层材料的电导率和热导率。此外，载流子在传输过程中的损耗导致808nm半导体激光器的工作电压增大，电光转换效率降低。这是限制808nm半导体激光器实现高性能的主要因素。InGaAsP材料体系能够提供较小的导带差和较大的价带差，有利于导带电子的注入和在价带中对空穴形成更高的势垒。采用n型InGaAsP材料和p型波导采用AlGaAs材料的非对称异质波导结构，实现对电子和空穴的分别限制，从而降低器件的电压降，提高器件的注入效率和输出功率。因此，设计高功率半导体激光器的非对称异质波导结构对减少载流子损耗，提高半导体激光器的电学性能具有重要意义。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种非对称异质波导808nm半导体激光器结构及其制备方法，该发明不仅能够调控光场分布，减少了光损耗，还能优化载流子传输能力，减少界面载流子损耗，从而降低串联电阻和工作电压，实现提高输出功率和电光转换效率的目的。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种非对称异质波导808nm半导体激光器结构，包括n-GaAs衬底和外延生长方向依次设置的n-In

进一步，n-GaAs衬底厚度为1000～3000nm，n-GaAs衬底的掺杂浓度为5×10

进一步，In

进一步，n-Ga

进一步，n-In

进一步，n-In

一种非对称异质波导808nm半导体激光器结构的制备方法，基上述的非对称异质波导808nm半导体激光器结构，具体包括以下步骤：

步骤1.清洗带有偏角的n-GaAs衬底表面：通入氢气，反应室温度为700～740℃时，持续5～15分钟，清洗掉n-GaAs衬底表面颗粒污染物，去除n-GaAs衬底表面氧原子；

步骤2.n-In

步骤3.n-In

步骤4.n-In

步骤5.In

步骤6.p-GaAs

步骤7.p-Al

步骤8.p-Al

步骤9.p-GaAs接触层生长：反应室温度保持不变，三甲基镓流量为90sccm，砷烷流量为440sccm，四溴化碳流量为10～25sccm，在p-Al

进一步，n-GaAs衬底的偏角为0～1°。

综上所述，发明具有以下有益效果：

本发明的非对称异质波导结构能够调控光场分布，减少了光损耗，还能优化载流子传输能力，减少界面载流子损耗，从而降低串联电阻和工作电压，实现提高输出功率和电光转换效率的目的。本发明能够解决外延结构中载流子光吸收损耗严重和在输运过程中能量损失大的问题，降低了工作中的光损耗和泄漏电流，从而降低激光器的串联电阻和工作电压，提高激光器的输出功率和电光转换效率。

附图说明

图1为本发明的半导体激光器示意图；

图2为本发明的808nm半导体激光器非对称异质波导结构外延方向的能带示意图；

图3为传统非对称波导结构与本发明非对称异质波导808nm半导体激光器I-V曲线图。

图中：1、n-GaAs衬底，2、n-In

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

需要说明的是，为表述方便，下文中关于方向的表述与附图本身的方向一致，但并不对本发明的结构起限定作用。

如图1～3所示，本发明公开了一种非对称异质波导808nm半导体激光器结构，InGaAsP作为n型波导层和限制层，AlGaAs作为p型波导层和限制层。该结构的特点是在不改变有源区的条件下，能够提高载流子限制能力，使载流子在整个外延结构中的损耗和泄漏降低，进而降低工作电压和串联电阻，提高输出功率和电光转换效率，包括n-GaAs衬底1和外延生长方向依次设置的n-In

n-GaAs衬底1在晶面上生长，n-GaAs衬底1厚度为1000～3000nm，n-GaAs衬底1的掺杂浓度为5×10

由图1和图2可知，电子从n型电极经n-In

本发明选择合适的InGaAsP材料组分作为n型波导层和限制层，调控能带结构，降低能带带阶差，减少载流子损耗，能够解决外延结构中载流子光吸收损耗严重和在输运过程中能量损失大的问题，降低了工作中的光损耗和泄漏电流，从而降低激光器的串联电阻和工作电压，提高激光器的输出功率和电光转换效率。

本发明还公开了一种非对称异质波导808nm半导体激光器结构的制备方法，基于上述的非对称异质波导808nm半导体激光器结构，具体包括以下步骤：

步骤1.清洗带有偏角的n-GaAs衬底1表面：通入氢气，反应室温度为700～740℃时，持续5～15分钟，清洗掉n-GaAs衬底1表面颗粒污染物，去除n-GaAs衬底1表面氧原子。n-GaAs衬底1的偏角为0～1°。

步骤2.n-In

步骤3.n-In

步骤4.n-In

步骤5.In

步骤6.p-GaAs

步骤7.p-Al

步骤8.p-Al

步骤9.p-GaAs接触层9生长：反应室温度保持不变，三甲基镓流量为90sccm，砷烷流量为440sccm，四溴化碳流量为10～25sccm，在p-Al

本发明的非对称波导外延结构利用n-p两侧波导厚度的差异，使光场分布的峰值中心向n侧偏移，达到了降低光损耗的目的，但常规的n和p侧波导层通常采用同质半导体，导致波导层和限制层之间的能带结构相对固定，这可能会造成载流子输运过程中的损失，从而影响工作电压和输出功率。而异质波导结构在n侧选择导带差小的InGaAsP材料体系，在p侧选择导带差大的AlGaAs材料体系，通过优化能带结构来降低器件的电压降，增大限制结构对注入载流子的限制，从而改善器件的电学特性。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。