一種含有空穴阻擋層的銻化鎵基2?4um量子阱激光器結構，該結構為多層結構，其特征在于，包括：一N型GaSb襯底；一N型GaSb緩沖層，該緩沖層生長在襯底上；一N型AlGaAsSb覆蓋層，該覆蓋層生長在N型GaSb緩沖層上；一AlGaAsSb下波導層，該下波導層生長在N型AlGaAsSb覆蓋層上；一AlGaAsSb下勢壘層，該下勢壘層生長在AlGaAsSb下波導層上；一InPSb空穴阻擋層，該空穴阻擋層生長在AlGaAsSb下勢壘層上；一InGaAsSb量子阱層，該量子阱層生長在InPSb空穴阻擋層上；一AlGaAsSb上勢壘層，該上勢壘層生長在InGaAsSb量子阱層上；一AlGaAsSb上波導層，該上波導層生長在AlGaAsSb上勢壘層上；一P型AlGaAsSb覆蓋層，該覆蓋層生長在AlGaAsSb上波導層上；一P型GaSb歐姆接觸層，該接觸層生長在P型AlGaAsSb覆蓋層上。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種激射波長在2-4μm的鋁鎵砷銻（AlGaAsSb）/銦鎵砷銻（InGaAsSb）/銦磷銻（InPSb）/銻化鎵（GaSb）量子阱激光器結構，特別是含空穴阻擋層銦磷銻（InPSb）的量子阱結構。
技術介紹
2-4μm波段包含非常重要的大氣窗口，包含了許多氣體分子的特征譜線，可以廣泛應用于大氣污染監(jiān)測、氣體檢測等民用項目；這是因為非對稱雙原子和多原子分子氣體（如CH4，CO，H2，SO2，NO 和CO2）等都有吸收紅外輻射能量的性質，吸收紅外光的波長很大一部分在2-4μm。這種性質是具有紅外活性物質本身固有的一種屬性，如同人類的指紋，具有唯一性，不會因環(huán)境、溫度等條件的改變而改變，因此可以利用這一特性來對物質進行定性和定量分析，與傳統(tǒng)的檢測手段相比，紅外光譜的檢測方法更具有快速、可實時檢測、可遠距離檢測、對待測物體不產生破壞等優(yōu)點。在瓦斯、大氣污染物和溫室氣體等氣體檢測的民用領域，氣體檢測設備必須具有可在惡劣環(huán)境中工作、實時檢測、選擇性好、穩(wěn)定性好、工作壽命長、成本低等特點。針對這些市場需求特點，對紅外激光器提出了以下要求：1）工作溫度為室溫或略高于室溫2）低頻脈沖或連續(xù)工作3）多波長、窄線寬4）波長隨溫度變化偏移較小5）閾值電流低6）輸出功率要求低，達到mW量級即可而銻化物紅外半導體激光器完全可以滿足以上市場要求。在2-4μm中紅外波段，GaSb 基材料有先天的優(yōu)勢，與襯底晶格匹配的四元銻化物GaInAsSb/AlGaAsSb，根據材料組分的不同，禁帶寬度可以覆蓋從1.7 到4.4μm的波段。因此，大部分帶間躍遷的中紅外波段Ⅲ-Ⅴ族系材料的研究多集中于銻化物材料。在1.7-3.5μm，主要是GaSb 基材料體系；在大于3.5μm 波段時，GaSb 基激光器性能急劇下降，其主要原因是量子阱與壘之間價帶帶階隨波長變長而變小造成的。對于激光器結構來說，量子阱帶階是一個關鍵的參數。量子阱帶階越大，勢壘對勢阱載流子的限制就越強，載流子的泄露就越小，激光器的特征溫度就越高。導帶帶階是勢壘與勢阱導帶底的差值，價帶帶階是勢壘與勢阱價帶頂的差值。對于InGaAsSb /AlGaAsSb量子阱體系，InGaAsSb作為勢阱，選取Al0.35GaAs0.02Sb 作為勢壘，對勢阱與勢壘的導帶帶階進行計算發(fā)現，隨著In 組分的增加，導帶帶階基本是線性增加；As 組分的增加對導帶帶階的影響比較小一些。對于發(fā)光波長為2-4μm 的量子阱，導帶帶階超過0.5eV，勢壘對勢阱導帶中的電子限制比較大，電子不會泄露出來。InGaAsSb/AlGaAsSb 量子阱價帶帶階的計算結果表明，與導帶帶階相比，價帶帶階要小得多，即使是GaSb/AlGaAsSb 的帶階也不會超過0.15eV。隨著In組分的增加到0.2，價帶帶階迅速減小，然后在較大In 組分范圍內保持穩(wěn)定；而As 組分的增加使價帶帶階急劇下降。對于發(fā)光波長為2μm的量子阱，In 組分為0.18 左右，晶格匹配時所需的As 組分為0.16，這時價帶帶階為-0.096eV，仍可較好的限制空穴。但是隨著波長的增加，In 組分必須增加，而As 組分也要隨之增加，這會使價帶帶階進一步變小，激光器難以激射。價帶帶階過小導致勢壘對空穴限制較差的問題是激光器在2μm 以上波長激光器激射的主要障礙。目前國際上主要采取兩種手段：一是通過引入一定量的壓應變。為保持量子阱的發(fā)光波長不變，In 組分不變，采取減小As 組分的方法，提高價帶帶階。但是過大的壓應變，當應變量子阱厚度超過臨界厚度時，會在量子阱中引入缺陷，破壞量子阱質量；同時較大的應變會使激光器激射波長藍移，不利于更長波長的激射。二是通過引入五元AlGaInAsSb 材料。五元材料的引入，為量子阱能帶設計帶來了更大的自由度。通過合理選擇AlGaInAsSb 的組分，可以解決價帶帶階過小、對空穴限制弱的缺點。但材料質量難以提高，光損耗和焦耳熱現象比較嚴重，激光器性能大大下降。本專利技術，提出了第三種方法，引入薄層InPSb的材料體系在量子阱的電子注入一側。由于P材料的加入，基本上不改變導帶的帶階結構，但可以迅速地增加價帶帶階。所以可以有效地阻擋來自于p型摻雜的空穴向n型摻雜區(qū)的泄露。同時對電子的注入基本上不太影響。由此提高了量子阱的發(fā)光效率，降低了激光激射閾值。
技術實現思路
本專利技術的目的在于，提出了一種含有空穴阻擋層的銻化鎵基2-4um量子阱激光器結構，可以有效增加量子阱價帶帶階，提高了量子阱的發(fā)光效率，降低了激光激射閾值。本專利技術提出一種含有空穴阻擋層的銻化鎵基2-4um量子阱激光器結構，該結構為多層結構，其特征在于：一N 型GaSb襯底；一N型GaSb緩沖層，該N型GaSb緩沖層生長在襯底上；一N型AlGaAsSb覆蓋層，該N型AlGaAsSb覆蓋層生長在N型GaSb緩沖層上；一AlGaAsSb下波導層，該AlGaAsSb下波導層生長在N型AlGaAsSb覆蓋層上；一AlGaAsSb下勢壘層，該AlGaAsSb下勢壘層生長在AlGaAsSb下波導層上；一InPSb空穴阻擋層，該InPSb空穴阻擋層生長在AlGaAsSb下勢壘層上；一InGaAsSb量子阱層，該InGaAsSb量子阱層生長在InPSb空穴阻擋層上；一AlGaAsSb上勢壘層，該AlGaAsSb上勢壘層生長在InGaAsSb量子阱層上；一AlGaAsSb上波導層，該AlGaAsSb上波導層生長在AlGaAsSb上勢壘層上；一P型AlGaAsSb覆蓋層，該P型AlGaAsSb覆蓋層生長在AlGaAsSb上波導層上；一P型GaSb歐姆接觸層，該P型GaSb歐姆接觸層生長在P型AlGaAsSb覆蓋層上。附圖說明本專利技術為量子阱激光器結構設計以及一個實施例，包含結構設計。其中：圖1是激光器結構（層狀）圖。具體實施方式請參閱圖1所示，本專利技術提出一種含有空穴阻擋層的銻化鎵基2-4um量子阱激光器結構，該結構為多層結構，包括：一N型襯底101，起到支撐和N型電極接觸層的作用；一N型緩沖層102，生長在襯底101上，起到平整襯底損傷，平滑表面的作用；一N型AlGaAsSb覆蓋層103，生長在N型緩沖層102上，起到覆蓋波導的作用；一AlGaAsSb下波導層104，生長在N型AlGaAsSb覆蓋層103上，起導引光的作用；一AlGaAsSb下勢壘層105，生長在AlGaAsSb下波導層104上，起量子阱勢壘的作用；一InPSb空穴阻擋層106，生長在AlGaAsSb下勢壘層105上，起阻擋空穴的作用，也是本專利技術的核心內容；一InGaAsSb量子阱層107，生長在InPSb空穴阻擋層106上，起量子阱的作用；一AlGaAsSb上勢壘層108，生長在InGaAsSb量子阱層107上，起量子阱勢壘的作用；一AlGaAsSb上波導層109，生長在AlGaAsSb上勢壘層108上，起導引光的作用；一P型AlGaAsSb覆蓋層110，生長在AlGaAsSb上波導層109上，起到覆蓋波導的作用；一P型GaSb歐姆接觸層111，生長在P型AlGaAsSb覆蓋層110上，起到P型歐姆接觸層的作用。表一所示為具體實施例，包括組分、厚度、摻雜、生長溫度等參數。本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種含有空穴阻擋層的銻化鎵基2?4μm量子阱激光器結構，該結構為多層結構，其特征在于，包括：一N?型GaSb襯底；一N型GaSb緩沖層，該N型GaSb緩沖層生長在襯底上；一N型AlGaAsSb覆蓋層，該N型AlGaAsSb覆蓋層生長在N型GaSb緩沖層上；一AlGaAsSb下波導層，該AlGaAsSb下波導層生長在N型AlGaAsSb覆蓋層上；一AlGaAsSb下勢壘層，該AlGaAsSb下勢壘層生長在AlGaAsSb下波導層上；一InPSb空穴阻擋層，該InPSb空穴阻擋層生長在AlGaAsSb下勢壘層上；一InGaAsSb量子阱層，該InGaAsSb量子阱層生長在InPSb空穴阻擋層上；一AlGaAsSb上勢壘層，該AlGaAsSb上勢壘層生長在InGaAsSb量子阱層上；一AlGaAsSb上波導層，該AlGaAsSb上波導層生長在AlGaAsSb上勢壘層上；一P型AlGaAsSb覆蓋層，該P型AlGaAsSb覆蓋層生長在AlGaAsSb上波導層上；一P型GaSb歐姆接觸層，該P型GaSb歐姆接觸層生長在P型AlGaAsSb覆蓋層上。
【技術特征摘要】
1.一種含有空穴阻擋層的銻化鎵基2-4μm量子阱激光器結構，該結構為多層結構，其特征在于，包括：一N 型GaSb襯底；一N型GaSb緩沖層，該N型GaSb緩沖層生長在襯底上；一N型AlGaAsSb覆蓋層，該N型AlGaAsSb覆蓋層生長在N型GaSb緩沖層上；一AlGaAsSb下波導層，該AlGaAsSb下波導層生長在N型AlGaAsSb覆蓋層上；一AlGaAsSb下勢壘層，該AlGaAsSb下勢壘層生長在AlGaAsSb下波導層上；一InPSb空穴阻擋層，該InPSb空穴阻擋層生長在AlGaAsSb下勢壘層上；一InGaAsSb量子阱層，該InGaAsSb量子阱層生長在InPSb空穴阻擋層上；一AlGaAsSb上勢壘層，該AlGaAsSb上勢壘層生長在InGaAsSb量子阱層上；一AlGaAsSb上波導層，該AlGaAsSb上波導層生長在AlGaAsSb上勢壘層上；一P型AlGaAsSb覆蓋層，該P型AlGaAsSb覆蓋層生長在AlGaAsSb上波導層上；一P型GaSb歐姆接觸層，該P型GaSb歐姆接觸層生長在P型AlGaAsSb覆蓋層上。2.按權利要求1所述的銻化鎵基2-4μm量子阱激光器結構，其特征在于，其中N型GaSb緩沖層的厚度為400-700nm。3.按權利要求1所述的銻化鎵基2-4μm量子阱激光器結構，其特征在于，其中N型GaSb緩沖層的厚度為400-700nm，摻雜濃度為1e18-3e18cm-3...
【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：于春滿，朱海軍，張興，
申請(專利權)人：成都斯科泰科技有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：四川;51
還沒有人留言評論。發(fā)表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。