[发明专利]应变平衡有源区梯度势阱层半导体激光器结构

摘要

本发明属于半导体光电子学技术领域，具体公开了一种应变平衡有源区梯度势阱层半导体激光器结构，该结构包括采用金属有机化学气相沉积方法在衬底上至下而上依次外延生长的缓冲层、下匹配层、下限制层、下过渡层、下波导层、多量子阱层、上波导层、上过渡层、上限制层、上匹配层和电极接触层。本发明是在改善多量子阱层的势垒层和势阱层材料突变异质界面质量、降低晶格常数应变失配率过大，减少量子阱有源区总的累积应变失配率，避免量子阱异质界面发生晶格弛豫现象，从而对降低激光器的阈值电流、增大输出功率，提高光电转换效率以及延长寿命可靠性等进行改进，得到的新型结构材料体系的半导体激光器。

主权项

一种应变平衡有源区梯度势阱层半导体激光器结构，其特征在于，包括：衬底（1），为<100>面的N型GaAs材料；缓冲层（2），设于衬底（1）上，为N型GaAs材料；下匹配层（3），设于缓冲层（2）上，为N型AlGaAs材料；下限制层（4），设于下匹配层（3）上，为N型AlGaAs材料；下过渡层（5），设于下限制层（4）上，为N型GaAs材料；下波导层（6），设于下过渡层（5）上，为N型InGaAsP材料；多量子阱层，设于下波导层（6）上，包括高In组分InGaAs/低In组分InGaAs/GaAs/GaAsP势垒层，周期数为2≤N≤6；多量子阱层由下而上包括：第一GaAsP势垒层（7），第一晶格匹配缓冲层GaAs（8），第一低In组分应变补偿中间层InGaAs（9），InGaAs势阱层（10），第二低In组分应变补偿中间层InGaAs（11），第二晶格匹配缓冲层GaAs（12）和第二GaAsP势垒层（13）；上波导层（14），设于多量子阱层上，为P型InGaAsP材料；上过渡层（15），设于上波导层（14）上，为P型GaAs材料；上限制层（16），设于上过渡层（15）上，为P型AlGaAs材料；上匹配层（17），设于上限制层（16）上，为P型InGaP材料；电极接触层（18），设于上匹配层（17）上，为P型GaAs材料；衬底（1）高温清洗温度为700℃；缓冲层（2）的厚度为150nm，掺杂元素为硅，载流子浓度为3.5E18，Ⅴ/Ⅲ比为5，生长温度为550℃；下匹配层（3）的厚度为30nm，其中Al的组分为大于等于0.05、小于等于0.2，载流子浓度为3.0E18，Ⅴ/Ⅲ比为5，生长温度为550℃到650℃；下限制层（4）的厚度为1850nm，其中Al的组分大于0.45，掺杂元素为硅；载流子浓度为2.0E18；Ⅴ/Ⅲ比为50，生长温度为650℃；下过渡层（5）的厚度为2nm，生长温度为690℃；下波导层（6）的厚度为400nm，其中In的组分大于0小于0.45，P的组分小于等于0.1，下波导层（6）采用带差小的InGaAsP材料，载流子浓度为3.0E17；Ⅴ/Ⅲ比为80，生长温度为690℃；多量子阱层采用应变补偿量子阱高In组分InGaAs/低In组分InGaAs/GaAs/GaAsP材料，第一GaAsP势垒层（7）的厚度为12nm‑20nm，其中P组分大于0.1；第一晶格匹配缓冲层GaAs（8）的厚度为0.56nm；第一低In组分应变补偿中间层InGaAs（9）的厚度为0.57nm，其中组分为大于0.075小与0.15；势阱层（10）的厚度为6nm‑10nm，其中组分大于0.15小于0.22；第二低In组分应变补偿中间层InGaAs（11）的厚度为0.57nm，其中组分为大于0.075小于0.15；第二晶格匹配缓冲层GaAs（12）的厚度为0.56nm；第二GaAsP势垒层（13）厚度为12nm‑20nm，其中P组分大于0.1；多量子阱层的Ⅴ/Ⅲ比为100，生长温度为690℃；上波导层（14）的厚度为250nm，其中ln的组分大于0小于0.45，P的组分小于等于0.1，上波导层（14）采用带差小的InGaAsP材料，并且选择非对称的直波导结构；上波导层（14）的Ⅴ/Ⅲ比为80，生长温度为690℃；上过渡层（15）的厚度为2nm，Ⅴ/Ⅲ比为50，生长温度为690℃；上限制层（16）的厚度为1850nm，其中Al的组分大于0.25，掺杂元素为碳或碳锌共掺，载流子浓度为7.0E17，Ⅴ/Ⅲ比为50，生长温度为690℃；上匹配层（17）的厚度为30nm，其中In的组分大于等于0.45、小于等于0.6，掺杂元素为碳或碳锌共掺，载流子浓度≥2.0E19，Ⅴ/Ⅲ比为5，生长温度为690℃；电极接触层（18）的厚度为150nm，掺杂元素为碳或碳锌共掺，载流子浓度≥1.0E20，Ⅴ/Ⅲ比为5，生长温度为650℃。