[发明专利]采用InGaSb柱形量子点实现高效率1.5μm通讯波段激光器结构的外延生长设计及方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体激光器材料技术领域，属于半导体激光器新型材料的外延生长技术领域。

背景技术

以半导体低维结构为有源区的激光器，理论上具有更低的阈值电流密度、更高的光增益、更高的特征温度和更宽的调制带宽等优点。

近几年，虽然通过采用低温外延生长技术，AlGaAsSb缓冲层以及GaAsSb或高铟组分InGaAs盖层降低应变技术等，GaAs基上InGaAs量子点结构的室温发光波长已经覆盖了1.3μm和1.5μm这两个重要的通讯窗口，但对于1.5μm高效率半导体激光器的突破性研究仍然有限。

III-V族锑化物以其特有的晶格参数、能带结构特性，在近、中红外半导体器件方面显示出越来越重要得研究价值和应用价值。锑化物以其特有的窄带隙、电子有效质量小等特点成为近年来中红外波段研究的热点材料，GaAs基1.5μm的Sb基量子点激光器的研制将替代InP基材料器件，克服InP基材料难以高密度集成，温度稳定性差等缺点，为光通讯提供一种价格低廉、功耗小、性能优良的新光源选择。

InGaSb量子点的研究是在近几年才开始研究的，2004年报道了1.3μm和1.55μm InGaSb量子点激光器的相关研究情况。

本专利申请提出以柱形InGaSb量子点为核心发光结构，研制GaAs基1.55μm发光波长的InGaSb柱形量子点激光器结构的外延生长。

发明内容

本发明是一种以柱形InGaSb量子点为有核心发光结构的高效率1.5μm通讯波段激光器结构的外延生长方法。由于柱形增大了量子点大尺寸，本身相对具有尺寸规则、均匀，其发射效率、光增益都强于传统的自组织生长的量子点；周围叠层浸润层对电子的俘获能力、反射率和光限制能力也要强于单层浸润层的量子点。

我们发明了一种以柱形InGaSb量子点为发光核心的高效率1.5μm通讯波段激光器结构的外延生长方法。本发明是这样实现的，见图1所示，柱形InGaSb量子点激光器的外延结构包括GaAs衬底(1)，GaAs缓冲层(2)，AlSb/GaSb超晶格缓冲层(3)，Al_0.9Ga_0.1Sb下限制层(4)，Al_0.3Ga_0.7Sb下波导层(5)，柱形InGaSb量子点层(6)，Al_0.3Ga_0.7Sb上波导层(7)，Al_0.9Ga_0.1Sb上限制层(8)，GaSb欧姆层(9)。所采用的设备为分子束外延设备(MBE)。

本发明的技术效果在于量子点与量子阱的耦合与发光结构的结合技术，可有效提高半导体激光器的性能。

本发明可以使半导体激光器的阈值电流和最大光功率输出得到有效改善，提高激光器的电光转换效率，从而提高激光器的整体性能。

具体实施方式

如图1所示，InGaSb柱形量子点高效率1.5μm通讯波段激光器结构包括：n型GaAs衬底(1)，n型GaAs缓冲层(2)，n型AlSb/GaSb超晶格缓冲层(3)，n型Al_0.9Ga_0.1Sb下限制层(4)，Al_0.3Ga_0.7Sb下波导层(5)，柱形InGaSb量子点层(6)，Al0.3Ga0.7Sb上波导层(7)，p型Al_0.9Ga_0.1Sb上限制层(8)，p型GaSb欧姆层(9)。衬底(1)为材料外延生长的基底，采用Si掺杂的GaAs衬底；生长0.5μm的GaAs缓冲层(2)；生长0.2μm AlSb/GaSb超晶格缓冲层(3)；下限制为厚度为1.2μm，Al含量0.9的Al_0.9Ga_0.1Sb层(4)；下波导层为厚度为0.35μm，Al含量0.3的Al_0.3Ga_0.7Sb层(5)；有源区为利用10-15个周期GaSb/GaInSb超晶格生长的柱形InGaSb量子点层(6)；上波导层为厚度为0.35μm，Al含量0.3的Al_0.3Ga_0.7Sb层(7)；上限制层为厚度为1.2μm，Al含量0.9的Al_0.9Ga_0.1Sb层(8)；欧姆接触层为200nm的p型GaSb层(9)。

下面结合实例说明本发明，采用的设备为分子束外延设备(MBE)。