【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種利用量子隧穿能力提高光增益的半導體激光器件及其制備方法，屬于光電子。
技術介紹
1、algainp紅光半導體激光器具有體積小、重量輕，功耗小，可直接調制，具有很高的效率及可靠性的特點，在塑料光纖傳輸中的近距離全光網絡應用和在醫療美容、激光顯示及工業測量等領域有著廣泛的應用前景。然而algainp激光器材料結構中的最大導帶能隙差只有270mev，電子限制能力較差，電子溢出較為嚴重，同時algainp熱阻率較大，散熱能力差，隨輸出功率及工作環境增加，有源區溫度升高，進一步惡化了載流子限制能力，導致閾值電流增加、斜率效率降低，產生更多的廢熱，限制了輸出功率的進一步提升。
2、文獻ieee?journal?of?selected?topics?in?quantum?electronics，vol?17(6)，2011，pg?1723–1726指出降低閾值電流密度，有助于抑制載流子溢出，其中采用alinp做為限制層具有最大光限制因子，從而減小閾值電流密度。algainp材料中隨al組分增加導帶帶隙逐漸增大，一般認為當al組分達到(al70ga30)50in50p后，材料由直接帶隙轉變為間接帶隙，導帶降低、載流子限制能力變差。
3、文獻japanese?journal?of?applied?physics，vol?45，2006，pg?7600–7604報道了采用5對張應變(al70ga30)0.5in0.5p及壓應變gainp交替生長，來抑制電子溢出，降低閾值電流密度，提高斜率效率。文獻laser
4、文獻中國激光，vol?42(7)，2020，pg?0701007-1-13綜述了量子級聯激光器的原理及最新進展，與常規半導體激光器不同，量子級聯激光器利用量子化能帶之間的電子躍遷，利用偏壓下電子通過一系列量子阱的光子輔助量子隧穿實現光放大，即在偏壓下電子從一個量子阱的基態躍遷至相鄰量子阱的激發態并伴隨光子發射。但qcl需要多大數千層單層材料的生長，對厚度、組分及生長穩定要求較高，缺少該原理在常規量子阱激光器中的應用。
5、中國專利文獻cn115528542a公開了一種帶有應變超晶格結構的algainp紅光半導體激光器件及其制備方法，通過在組分漸變波導層結構與量子阱之間插入應變超晶格，利用應變超晶格抑制缺陷及非輻射復合產生的原理，提高材料生長質量，改善老化特性，但該結構位于n波導層與量子阱之間，對抑制量子阱向p限制層溢出無作用，同時各對材料組分固定，量子隧穿效果較差。
技術實現思路
1、針對現有技術的不足，本專利技術提供了一種利用量子隧穿能力提高光增益的半導體激光器件及其制備方法；
2、本專利技術中，利用alinp作為限制層，實現最高折射率差值設計，提高光限制能力，降低閾值電流；利用多量子阱壘結構(mqb)作為壘層，提高多量子阱之間壘層的導帶帶隙，增強電子抑制能力；多量子阱壘結構(mqb)采用薄層應變技術，實現能帶量子化，利用偏壓下能帶傾斜量子隧穿，降低閾值電流，提高光增益。多量子阱壘結構(mqb)采用組分遞變技術，提高偏壓下的能帶傾斜，加速量子隧穿，提高光增益。
3、本專利技術的技術方案如下：
4、第一個方面，本專利技術提供了一種利用量子隧穿能力提高光增益的半導體激光器件。
5、一種利用量子隧穿能力提高光增益的半導體激光器件，由下至上依次包括襯底、緩沖層、下過渡層、下限制層、下波導層、gax2in1-x2p第一量子阱、(ala1ga1-a1)b1in1-b1p/(ala2ga1-a2)b2in1-b2p應變多量子阱壘超晶格、gax3in1-x3p第二量子阱、上波導層、第一上限制層、腐蝕終止層、第二上限制層、第一上過渡層、第二上過渡層和帽層；
6、其中，0.4≤x2≤0.65；0.4≤x3≤0.65；0.6≤a1≤1，0.38≤b1≤0.48；0≤a2≤0.4，0.5≤b2≤0.65。
7、根據本專利技術優選的，所述gax2in1-x2p第一量子阱，非故意摻雜，厚度為4-15nm；進一步優選的，x2＝0.43，所述gax2in1-x2p第一量子阱的度為5nm。
8、根據本專利技術優選的，所述(ala1ga1-a1)b1in1-b1p/(ala2ga1-a2)b2in1-b2p應變多量子阱壘超晶格，非故意摻雜，厚度為1-5nm；同時第一對與第n對之間，a1、a2逐級降低，保持a1與a2差值。
9、進一步優選的，所述(ala1ga1-a1)b1in1-b1p/(ala2ga1-a2)b2in1-b2p應變多量子阱壘超晶格中，第一對a1＝0.95、b1＝0.42，厚度為1.12nm，a2＝0.25、b2＝0.55，厚度為1.46nm；第二對a1＝0.92、b1＝0.42，厚度為1.17nm，a2＝0.22、b2＝0.55，厚度為1.51nm；第三對a1＝0.9、b1＝0.42，厚度為1.23nm，a2＝0.2、b2＝0.55，厚度為1.58nm；第四對a1＝0.88、b1＝0.42，厚度為1.3nm，a2＝0.18、b2＝0.55，厚度為1.65nm；第五對a1＝0.85、b1＝0.42，厚度為1.35nm，a2＝0.15、b2＝0.55，厚度為1.73nm；第六對a1＝0.82、b1＝0.42，厚度為1.43nm，a2＝0.18、b2＝0.55，厚度為1.81nm；交替生長共6對。
10、根據本專利技術優選的，所述gax3in1-x3p第二量子阱，非故意摻雜，0.4≤x3≤0.65，厚度為4-15nm；
11、進一步優選的，x3＝0.43，量子阱厚度為5nm，實現激射波長645nm。
12、根據本專利技術優選的，所述下限制層為n型al0.5in0.5p下限制層，所述第一上限制層為p型al0.5in0.5p第一上限制層，所述第二上限制層為p型al0.5in0.5p第二上限制層。
13、根據本專利技術優選的，所述n型al0.5in0.5p下限制層的摻雜源為si2h6，摻雜濃度為3e17-1.5e18個原子/cm3，厚度為0.5-3μm；
14、進一步優選的，所述n型al0.5in0.5p下限制層的厚度為0.9μm，摻雜濃度為7e17個原子/cm3。
15、根據本專利技術優選的，所述p型al0.5in0.5p第一上限制層的摻雜源為cp2mg或dezn，摻雜濃度為3e17-3e18個原子/cm3，厚度為0.1-本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種利用量子隧穿能力提高光增益的半導體激光器件，其特征在于，由下至上依次包括襯底、緩沖層、下過渡層、下限制層、下波導層、Gax2In1-x2P第一量子阱、(Ala1Ga1-a1)b1In1-b1P/(Ala2Ga1-a2)b2In1-b2P應變多量子阱壘超晶格、Gax3In1-x3P第二量子阱、上波導層、第一上限制層、腐蝕終止層、第二上限制層、第一上過渡層、第二上過渡層和帽層；
2.根據權利要求1所述的一種利用量子隧穿能力提高光增益的半導體激光器件，其特征在于，
3.根據權利要求1所述的一種利用量子隧穿能力提高光增益的半導體激光器件，其特征在于，
4.根據權利要求1所述的一種利用量子隧穿能力提高光增益的半導體激光器件，其特征在于，所述下限制層為n型Al0.5In0.5P下限制層，所述第一上限制層為P型Al0.5In0.5P第一上限制層，所述第二上限制層為P型Al0.5In0.5P第二上限制層。
5.根據權利要求4所述的一種利用量子隧穿能力提高光增益的半導體激光器件，其特征在于，
6.根據權利要求4所述的一種利用量子隧
7.根據權利要求1所述的一種利用量子隧穿能力提高光增益的半導體激光器件，其特征在于，所述襯底為GaAs襯底，所述緩沖層為GaAs緩沖層，所述下過渡層為Ga0.5In0.5P下過渡層，所述下波導層為(Alx1Ga1-x1)y1In1-y1P下波導層，所述上波導層為(Alx4Ga1-x4)y2In1-y2P上波導層，所述腐蝕終止層為P型Gax5In1-x5P腐蝕終止層，所述第一上過渡層為(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P第一上過渡層，所述第二上過渡層為Ga0.5In0.5P第二上過渡層，所述帽層為GaAs帽層；
8.根據權利要求7所述的一種利用量子隧穿能力提高光增益的半導體激光器件，其特征在于，
9.權利要求1-8任一所述的利用量子隧穿能力提高光增益的半導體激光器件的制備方法，其特征在于，包括：
10.根據權利要求9所述的利用量子隧穿能力提高光增益的半導體激光器件的制備方法，其特征在于，在GaAs襯底上依次生長GaAs緩沖層、Ga0.5In0.5P下過渡層、n型Al0.5In0.5P下限制層、(Alx1Ga1-x1)y1In1-y1P下波導層；包括：
...【技術特征摘要】
1.一種利用量子隧穿能力提高光增益的半導體激光器件，其特征在于，由下至上依次包括襯底、緩沖層、下過渡層、下限制層、下波導層、gax2in1-x2p第一量子阱、(ala1ga1-a1)b1in1-b1p/(ala2ga1-a2)b2in1-b2p應變多量子阱壘超晶格、gax3in1-x3p第二量子阱、上波導層、第一上限制層、腐蝕終止層、第二上限制層、第一上過渡層、第二上過渡層和帽層；
2.根據權利要求1所述的一種利用量子隧穿能力提高光增益的半導體激光器件，其特征在于，
3.根據權利要求1所述的一種利用量子隧穿能力提高光增益的半導體激光器件，其特征在于，
4.根據權利要求1所述的一種利用量子隧穿能力提高光增益的半導體激光器件，其特征在于，所述下限制層為n型al0.5in0.5p下限制層，所述第一上限制層為p型al0.5in0.5p第一上限制層，所述第二上限制層為p型al0.5in0.5p第二上限制層。
5.根據權利要求4所述的一種利用量子隧穿能力提高光增益的半導體激光器件，其特征在于，
6.根據權利要求4所述的一種利用量子隧穿能力提高光增益的半導體激光器件，其...
【專利技術屬性】
技術研發人員：劉飛，朱振，吳德華，
申請(專利權)人：山東華光光電子股份有限公司，
類型：發明
國別省市：
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