一种大功率直调激光器制造技术

本发明专利技术涉及半导体激光器领域，具体是一种大功率直调激光器。一种大功率直调激光器，该激光器从下到上依次为：N‑InP衬底、N‑InP缓冲层、Al0.24Ga0.23In0.53As包层、Al0.24Ga0.23In0.53As下波导层、有源区、Al0.24Ga0.23In0.53As上波导层、Al0.24Ga0.23In0.53As包层、P‑InP缓冲层、Al0.48In0.52As盖层，有源区势垒层和势阱层的交叉排列，势阱层采用的是AlGaInAs材料，组分为Al0.24Ga0.23In0.53As，厚度为8.0nm，势垒层采用的是InP材料，组分为Al0.0039Ga0.566In0.43As，厚度为3.5nm，有源区量子阱个数为10。本发明专利技术激光器阈值电流低，平均增益高，边模抑制比低，输出功率和透明载流子浓度达到高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体激光器领域，具体是一种大功率直调激光器。
技术介绍
相对于单量子阱半导体激光器而言，多量子阱激光器有其独特的优势。当量子阱个数为n时，在尺寸保持不变的情况下，多量子阱半导体激光器最高输出功率可达单量子阱半导体激光器的n倍；在相同的工作电流下，多量子阱半导体激光器的输出功率可达单量子阱半导体激光器的n倍。在理论上，多量子阱半导体激光器可以大大提高输出功率和亮度，有效降低系统尺寸及对大电流电源的需求，是半导体激光器的重要发展方向。对于高线性大功率激光器来说，量子阱个数的选择也是十分重要的。虽然多量子阱激光器相对于单量子阱激光器有着更好的输出功率和其他性能，可以减少载流子泄露，减小火星区载流子浓度，还能减少俄歇复合率。然而随着量子阱个数的增加，阱层和垒层之间的应力累积会造成晶体质量下降；同时考虑到阱层和垒层的生长温度不同，也会造成的晶体质量随着量子阱个数的增加而下降，从而影响器件性能。因此，量子阱个数并不是越多越好，为了使激光器性能达到最好，量子阱个数的选取是至关重要的。由于半导体激光器的性能受温度的影响比较明显，温度升高会降低量子效率，升高阈值电流，从而导致激光器的性能变差，所以半导体激光器的温度稳定性就变得异常重要。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：如何提供一种适合高温、高速光纤通信的温度稳定性高的激光器。本专利技术所采用的技术方案是：一种大功率直调激光器，该激光器从下到上依次为：N-InP衬底、N-InP缓冲层、Al0.24Ga0.23In0.53As包层、Al0.24Ga0.23In0.53As下波导层、有源区、Al0.24Ga0.23In0.53As上波导层、Al0.24Ga0.23In0.53As包层、P-InP缓冲层、Al0.48In0.52As盖层，有源区势垒层和势阱层的交叉排列，势阱层采用的是AlGaInAs材料，组分为Al0.24Ga0.23In0.53As，厚度为8.0nm，势垒层采用的是InP材料，组分为Al0.0039Ga0.566In0.43As，厚度为3.5nm，有源区量子阱个数为10。作为一种优选方式：N-InP衬底材料组分为InP，生长厚度为0-100μm，掺杂N型半导体，掺杂浓度为2×1018/cm3。作为一种优选方式：N-InP缓冲层材料组分为InP，生长厚度为100-101μm，掺杂N型半导体，掺杂浓度为1×1018/cm3。作为一种优选方式：Al0.24Ga0.23In0.53As包层材料组分为Al0.24Ga0.23In0.53As，生长厚度为101-101.0985μm，掺杂N型半导体，掺杂浓度为5×1017/cm3。作为一种优选方式：Al0.24Ga0.23In0.53As下波导层材料组分为Al0.24Ga0.23In0.53As，生长厚度为101.0985-101.1000μm，掺杂P型半导体，掺杂浓度为1×1013/cm3。作为一种优选方式：有源区生长厚度为101.1000-101.2070μm，势阱层材料组分为Al0.0039Ga0.566In0.43As，厚度为0.0035μm，掺杂P型半导体，掺杂浓度为1×1013/cm3，势垒层材料组分为Al0.24Ga0.23In0.53As，厚度为0.008μm，掺杂P型半导体，掺杂浓度为1×1013/cm3。作为一种优选方式：Al0.24Ga0.23In0.53As上波导层，材料组分为Al0.24Ga0.23In0.53As，生长厚度为101.2070-101.2085μm，掺杂P型半导体，掺杂浓度为1×1013/cm3。作为一种优选方式：Al0.24Ga0.23In0.53As包层材料组分为Al0.24Ga0.23In0.53As，生长厚度为101.2085-101.3070μm，掺杂P型半导体，掺杂浓度为5×1017/cm3。作为一种优选方式：P-InP缓冲层材料组分为InP，生长厚度为101.3070-101.4070μm，掺杂P型半导体，掺杂浓度为1×1018/cm3。作为一种优选方式：Al0.48In0.52As盖层材料组分为Al0.48In0.52As，生长厚度为101.4070-101.4570μm，掺杂P型半导体，掺杂浓度为1×1018/cm3。本专利技术的有益效果是：本专利技术激光器阈值电流低，平均增益高，边模抑制比低，输出功率和透明载流子浓度达到高。附图说明图1、阈值电流和量子阱个数的关系图；图2、平均增益和量子阱个数的关系图；图3、边模抑制比和量子阱个数的关系图；图4、输出功率和量子阱个数的关系图；图5、透明载流子浓度和量子阱个数的关系图。具体实施方式半导体激光器的性能受温度的影响比较明显，温度升高会降低量子效率，升高阈值电流，从而导致激光器的性能变差，所以半导体激光器的温度稳定性就变得异常重要。为了降低成本，我们需要温度稳定性较高的激光器，使其在高温下也能正常工作，无需致冷器。AlGaInAs/InP材料的导带偏调量大，在AlGaInAs/InP材料制成的激光器中，导带可以形成较深的量子阱，更好的限制有效质量较小的电子，使电子不至于穿越势垒层而被泄露。所以AlGaInAs/InP材料能够有效的阻止高温下载流子的泄露，从而提高激光器的高温特性。AlGaInAs/InP激光器在高温下仍有较大的量子效率和微分增益，可以进一步提高饱和输出功率和线性度，降低模式谱线的线宽增强因子，可以提高3dB调制带宽，因此AlGaInAs/InP应变量子阱激光器是高温、高速光纤通信的理想光源。选定以AlGaInAs/InP为材料的大功率直调激光器，确定激光器的生成结构。以十个量子阱个数的激光器为例，具体生成结构从下到上依次为：N-InP衬底材料，组分为InP，生长厚度为0-100μm，掺杂N型半导体，掺杂浓度为2×1018/cm3。N-InP缓冲层，材料组分为InP，生长厚度为100-101μm，掺杂N型半导体，掺杂浓度为1×1018/cm3。Al0.24Ga0.23In0.53As包层，材料组分为Al0.24Ga0.23In0.53As，生长厚度为101-101.0985μm，掺杂N型半导体，掺杂浓度为5×1017/cm3。Al0.24Ga0.23In0.53As下波导层，材料组分为Al0.24Ga0.23In0.53As，生长厚度为101.0985-101.1000μm，掺杂P型半导体，掺杂浓度为1×1013/cm3。有源区，生长厚度为101.1000-101.2070μm，势阱层材料组分为Al0.0039Ga0.566In0.43As，厚度为0.0035μm，掺杂P型半导体，掺杂浓度为1×1013/cm3，势垒层材料组分为Al0.24Ga0.23In0.53As，厚度为0.008μm，掺杂P型半导体，掺杂浓度为1×1013/cm3。Al0.24Ga0.23In0.53As上波导层，材料组分为Al0.24Ga0.23In0.53As，生长厚度为101.2070-101.2085μm，掺杂P型半导体，掺杂浓度为1×1013/cm3。Al0.24Ga0.23In0.53As包层，材料组分为Al0.24Ga0.23In0.53As，生长厚度本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大功率直调激光器，其特征在于：该激光器从下到上依次为：N‑InP衬底、N‑InP缓冲层、Al0.24Ga0.23In0.53As包层、Al0.24Ga0.23In0.53As下波导层、有源区、Al0.24Ga0.23In0.53As上波导层、Al0.24Ga0.23In0.53As包层、P‑InP缓冲层、Al0.48In0.52As盖层，有源区势垒层和势阱层的交叉排列，势阱层采用的是AlGaInAs材料，组分为Al0.24Ga0.23In0.53As，厚度为8.0nm，势垒层采用的是InP材料，组分为Al0.0039Ga0.566In0.43As，厚度为3.5nm，有源区量子阱个数为10。

【技术特征摘要】
1.一种大功率直调激光器，其特征在于：该激光器从下到上依次为：N-InP衬底、N-InP缓冲层、Al0.24Ga0.23In0.53As包层、Al0.24Ga0.23In0.53As下波导层、有源区、Al0.24Ga0.23In0.53As上波导层、Al0.24Ga0.23In0.53As包层、P-InP缓冲层、Al0.48In0.52As盖层，有源区势垒层和势阱层的交叉排列，势阱层采用的是AlGaInAs材料，组分为Al0.24Ga0.23In0.53As，厚度为8.0nm，势垒层采用的是InP材料，组分为Al0.0039Ga0.566In0.43As，厚度为3.5nm，有源区量子阱个数为10。2.根据权利要求1所述的一种大功率直调激光器，其特征在于：N-InP衬底材料组分为InP，生长厚度为0-100，掺杂N型半导体，掺杂浓度为2×1018/cm3。3.根据权利要求1所述的一种大功率直调激光器，其特征在于：N-InP缓冲层材料组分为InP，生长厚度为100-101，掺杂N型半导体，掺杂浓度为1×1018/cm3。4.根据权利要求1所述的一种大功率直调激光器，其特征在于：Al0.24Ga0.23In0.53As包层材料组分为Al0.24Ga0.23In0.53As，生长厚度为101-101.0985，掺杂N型半导体，掺杂浓度为5×1017/cm3。5.根据权利要求1所述的一种大功率直调激光器，其特征在于：Al0.24Ga0.23In0.53As下波导层材料组分为Al0.24Ga0.23In0.53As，生长厚度为101.0985-101.1000，掺杂P型...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾华宇，赵霞飞，李灯熬，罗飚，刘应军，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西;14