[发明专利]激光器主动层外延结构及其生长方法和激光器

说明书

本发明提供了一种激光器主动层外延结构及其生长方法和激光器，应用于垂直腔面发射激光器，外延结构包括：能障层、井层和限制层；其中，第一限制层和第二限制层位于主动层的两侧；第一限制层与第一能障层相连；第二限制层与第二能障层相连；第一能障层与第二能障层之间由下至上为第一井层与第三能障层构成的周期性结构和第二井层组成；周期性结构包括至少一个周期单元，且每个周期单元包括交替叠加的第一井层和第三能障层；能障层包括能障垂直层和能障渐变层。通过将能障层设置为能障垂直层和渐变结构的能障渐变层，缩小能障层厚度，以使井层容积相对增加，从而提高井层中的载子复合机率，进而降低电子泄露的可能性，以提升激光器的内量子效率。

技术领域

本发明涉及半导体激光器领域，尤其是涉及一种激光器主动层外延结构及其生长方法和激光器。

背景技术

VCSEL(垂直腔面发射激光器)包括相连的p型布拉格反射层、主动层和n型布拉格反射层，p型布拉格反射层为主动层提供电洞，n型布拉格反射层为主动层提供电子。载子从主动层的限制层注入，通过扩散和漂移输运到主动层中的能障层，然后被主动层中的井层捕获进行复合并产生光。

然而，由于能障层与井层呈垂直结构，可能会使VCSEL产生电子泄露。电子泄露是指电子没有在井层发生辐射复合而被输运到p型布拉格反射层，与p型布拉格反射层的电洞发生复合造成了电子泄露。垂直结构对电子泄露的影响主要表现在井层容积较小，这会使大量的电子没有在井层复合而直接越过井层到p型布拉格反射层，造成电子泄露。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种激光器主动层外延结构及其生长方法和激光器，通过将能障层设置为能障垂直层和渐变结构的能障渐变层，缩小能障层厚度，以使井层容积相对增加，从而提高井层中的载子复合机率，进而降低电子泄露的可能性，以提升激光器的内量子效率。

第一方面，本发明实施例提供了一种激光器主动层的外延结构，应用于垂直腔面发射激光器，外延结构包括：能障层、井层和限制层；其中，第一限制层和第二限制层位于主动层的两侧；第一限制层与第一能障层相连；第二限制层与第二能障层相连；第一能障层与第二能障层之间由下至上为第一井层与第三能障层构成的周期性结构和第二井层组成；周期性结构包括至少一个周期单元，且每个周期单元包括交替叠加的第一井层和第三能障层；能障层包括能障垂直层和能障渐变层；限制层，用于阻挡过多的载子连续越过井层和能障层；其中，载子包括电子和电洞；能障垂直层，用于阻挡载子直接由一个井层直接进入下一个井层；能障渐变层，用于缩小能障层厚度，以使井层的容积相对增加，以容纳更多载子；井层，用于使电子和电洞汇合，以使电子和电洞复合成为光子。

进一步的，第一能障层包括自下至上相连的第一能障垂直层和第一能障渐变层；第二能障层包括自下至上相连的第二能障渐变层、第二能障垂直层；第三能障层包括自下至上相连的第三能障渐变层、第三能障垂直层和第四能障渐变层。

进一步的，能障渐变层采用的材料为线性渐变的AlGaAs，其中，线性渐变的AlGaAs中Al原子占比为0～20％，Ga原子占比为1～80％。

进一步的，能障渐变层为线性渐变结构，根据预设温度、预设压力和预设长晶速率外延成长；其中，预设温度和预设压力由金属有机化学气相沉积设备控制；预设长晶速率由质量流量控制器控制。

进一步的，能障渐变层的外延成长的成长速率呈线性变化，成长速率为能障渐变层的斜率。

进一步的，限制层采用的材料为AlGaAs，其中，限制层中Al原子占比为35％，限制层中Ga原子占比为65％。

进一步的，能障层采用的材料为AlGaAs，其中，限制层中Al原子占比为20％，限制层中Ga原子占比为80％。

进一步的，井层采用的材料为InGaAs，其中，限制层中In原子占比为10％，限制层中Ga原子占比为90％。