【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种利用量子隧穿能力提高光增益的半导体激光器件及其制备方法，属于光电子。
技术介绍
1、algainp红光半导体激光器具有体积小、重量轻，功耗小，可直接调制，具有很高的效率及可靠性的特点，在塑料光纤传输中的近距离全光网络应用和在医疗美容、激光显示及工业测量等领域有着广泛的应用前景。然而algainp激光器材料结构中的最大导带能隙差只有270mev，电子限制能力较差，电子溢出较为严重，同时algainp热阻率较大，散热能力差，随输出功率及工作环境增加，有源区温度升高，进一步恶化了载流子限制能力，导致阈值电流增加、斜率效率降低，产生更多的废热，限制了输出功率的进一步提升。
2、文献ieee journal of selected topics in quantum electronics，vol 17(6)，2011，pg 1723–1726指出降低阈值电流密度，有助于抑制载流子溢出，其中采用alinp做为限制层具有最大光限制因子，从而减小阈值电流密度。algainp材料中随al组分增加导带带隙逐渐增大，一般认为当al组分达到(al70ga30)50in50p后，材料由直接带隙转变为间接带隙，导带降低、载流子限制能力变差。
3、文献japanese journal of applied physics，vol 45，2006，pg 7600–7604报道了采用5对张应变(al70ga30)0.5in0.5p及压应变gainp交替生长，来抑制电子溢出，降低阈值电流密度，提高斜率效率。文献laser
4、文献中国激光，vol 42(7)，2020，pg 0701007-1-13综述了量子级联激光器的原理及最新进展，与常规半导体激光器不同，量子级联激光器利用量子化能带之间的电子跃迁，利用偏压下电子通过一系列量子阱的光子辅助量子隧穿实现光放大，即在偏压下电子从一个量子阱的基态跃迁至相邻量子阱的激发态并伴随光子发射。但qcl需要多大数千层单层材料的生长，对厚度、组分及生长稳定要求较高，缺少该原理在常规量子阱激光器中的应用。
5、中国专利文献cn115528542a公开了一种带有应变超晶格结构的algainp红光半导体激光器件及其制备方法，通过在组分渐变波导层结构与量子阱之间插入应变超晶格，利用应变超晶格抑制缺陷及非辐射复合产生的原理，提高材料生长质量，改善老化特性，但该结构位于n波导层与量子阱之间，对抑制量子阱向p限制层溢出无作用，同时各对材料组分固定，量子隧穿效果较差。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种利用量子隧穿能力提高光增益的半导体激光器件及其制备方法；
2、本专利技术中，利用alinp作为限制层，实现最高折射率差值设计，提高光限制能力，降低阈值电流；利用多量子阱垒结构(mqb)作为垒层，提高多量子阱之间垒层的导带带隙，增强电子抑制能力；多量子阱垒结构(mqb)采用薄层应变技术，实现能带量子化，利用偏压下能带倾斜量子隧穿，降低阈值电流，提高光增益。多量子阱垒结构(mqb)采用组分递变技术，提高偏压下的能带倾斜，加速量子隧穿，提高光增益。
3、本专利技术的技术方案如下：
4、第一个方面，本专利技术提供了一种利用量子隧穿能力提高光增益的半导体激光器件。
5、一种利用量子隧穿能力提高光增益的半导体激光器件，由下至上依次包括衬底、缓冲层、下过渡层、下限制层、下波导层、gax2in1-x2p第一量子阱、(ala1ga1-a1)b1in1-b1p/(ala2ga1-a2)b2in1-b2p应变多量子阱垒超晶格、gax3in1-x3p第二量子阱、上波导层、第一上限制层、腐蚀终止层、第二上限制层、第一上过渡层、第二上过渡层和帽层；
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、根据本专利技术优选的，所述gax2in1-x2p第一量子阱，非故意掺杂，厚度为4-15nm；进一步优选的，x2＝0.43，所述gax2in1-x2p第一量子阱的度为5nm。
8、根据本专利技术优选的，所述(ala1ga1-a1)b1in1-b1p/(ala2ga1-a2)b2in1-b2p应变多量子阱垒超晶格，非故意掺杂，厚度为1-5nm；同时第一对与第n对之间，a1、a2逐级降低，保持a1与a2差值。
9、进一步优选的，所述(ala1ga1-a1)b1in1-b1p/(ala2ga1-a2)b2in1-b2p应变多量子阱垒超晶格中，第一对a1＝0.95、b1＝0.42，厚度为1.12nm，a2＝0.25、b2＝0.55，厚度为1.46nm；第二对a1＝0.92、b1＝0.42，厚度为1.17nm，a2＝0.22、b2＝0.55，厚度为1.51nm；第三对a1＝0.9、b1＝0.42，厚度为1.23nm，a2＝0.2、b2＝0.55，厚度为1.58nm；第四对a1＝0.88、b1＝0.42，厚度为1.3nm，a2＝0.18、b2＝0.55，厚度为1.65nm；第五对a1＝0.85、b1＝0.42，厚度为1.35nm，a2＝0.15、b2＝0.55，厚度为1.73nm；第六对a1＝0.82、b1＝0.42，厚度为1.43nm，a2＝0.18、b2＝0.55，厚度为1.81nm；交替生长共6对。
10、根据本专利技术优选的，所述gax3in1-x3p第二量子阱，非故意掺杂，0.4≤x3≤0.65，厚度为4-15nm；
11、进一步优选的，x3＝0.43，量子阱厚度为5nm，实现激射波长645nm。
12、根据本专利技术优选的，所述下限制层为n型al0.5in0.5p下限制层，所述第一上限制层为p型al0.5in0.5p第一上限制层，所述第二上限制层为p型al0.5in0.5p第二上限制层。
13、根据本专利技术优选的，所述n型al0.5in0.5p下限制层的掺杂源为si2h6，掺杂浓度为3e17-1.5e18个原子/cm3，厚度为0.5-3μm；
14、进一步优选的，所述n型al0.5in0.5p下限制层的厚度为0.9μm，掺杂浓度为7e17个原子/cm3。
15、根据本专利技术优选的，所述p型al0.5in0.5p第一上限制层的掺杂源为cp2mg或dezn，掺杂浓度为3e17-3e18个原子/cm3，厚度为0.1-本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种利用量子隧穿能力提高光增益的半导体激光器件，其特征在于，由下至上依次包括衬底、缓冲层、下过渡层、下限制层、下波导层、Gax2In1-x2P第一量子阱、(Ala1Ga1-a1)b1In1-b1P/(Ala2Ga1-a2)b2In1-b2P应变多量子阱垒超晶格、Gax3In1-x3P第二量子阱、上波导层、第一上限制层、腐蚀终止层、第二上限制层、第一上过渡层、第二上过渡层和帽层；
2.根据权利要求1所述的一种利用量子隧穿能力提高光增益的半导体激光器件，其特征在于，
3.根据权利要求1所述的一种利用量子隧穿能力提高光增益的半导体激光器件，其特征在于，
4.根据权利要求1所述的一种利用量子隧穿能力提高光增益的半导体激光器件，其特征在于，所述下限制层为n型Al0.5In0.5P下限制层，所述第一上限制层为P型Al0.5In0.5P第一上限制层，所述第二上限制层为P型Al0.5In0.5P第二上限制层。
5.根据权利要求4所述的一种利用量子隧穿能力提高光增益的半导体激光器件，其特征在于，
6.根据权利要求4所述的一种利用量子隧
7.根据权利要求1所述的一种利用量子隧穿能力提高光增益的半导体激光器件，其特征在于，所述衬底为GaAs衬底，所述缓冲层为GaAs缓冲层，所述下过渡层为Ga0.5In0.5P下过渡层，所述下波导层为(Alx1Ga1-x1)y1In1-y1P下波导层，所述上波导层为(Alx4Ga1-x4)y2In1-y2P上波导层，所述腐蚀终止层为P型Gax5In1-x5P腐蚀终止层，所述第一上过渡层为(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P第一上过渡层，所述第二上过渡层为Ga0.5In0.5P第二上过渡层，所述帽层为GaAs帽层；
8.根据权利要求7所述的一种利用量子隧穿能力提高光增益的半导体激光器件，其特征在于，
9.权利要求1-8任一所述的利用量子隧穿能力提高光增益的半导体激光器件的制备方法，其特征在于，包括：
10.根据权利要求9所述的利用量子隧穿能力提高光增益的半导体激光器件的制备方法，其特征在于，在GaAs衬底上依次生长GaAs缓冲层、Ga0.5In0.5P下过渡层、n型Al0.5In0.5P下限制层、(Alx1Ga1-x1)y1In1-y1P下波导层；包括：
...【技术特征摘要】
1.一种利用量子隧穿能力提高光增益的半导体激光器件，其特征在于，由下至上依次包括衬底、缓冲层、下过渡层、下限制层、下波导层、gax2in1-x2p第一量子阱、(ala1ga1-a1)b1in1-b1p/(ala2ga1-a2)b2in1-b2p应变多量子阱垒超晶格、gax3in1-x3p第二量子阱、上波导层、第一上限制层、腐蚀终止层、第二上限制层、第一上过渡层、第二上过渡层和帽层；
2.根据权利要求1所述的一种利用量子隧穿能力提高光增益的半导体激光器件，其特征在于，
3.根据权利要求1所述的一种利用量子隧穿能力提高光增益的半导体激光器件，其特征在于，
4.根据权利要求1所述的一种利用量子隧穿能力提高光增益的半导体激光器件，其特征在于，所述下限制层为n型al0.5in0.5p下限制层，所述第一上限制层为p型al0.5in0.5p第一上限制层，所述第二上限制层为p型al0.5in0.5p第二上限制层。
5.根据权利要求4所述的一种利用量子隧穿能力提高光增益的半导体激光器件，其特征在于，
6.根据权利要求4所述的一种利用量子隧穿能力提高光增益的半导体激光器件，其...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘飞，朱振，吴德华，
申请(专利权)人：山东华光光电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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