【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及量子点有源区的激光器，具体为一种多结级联量子点垂直腔面发射激光器结构及制备方法。
技术介绍
1、作为垂直腔面激光器的核心组成部分，有源区的结构对其输出特性具有显著地影响。氧化限制型垂直腔面发射激光器的有源区通常采用量子阱结构，这类结构的载流子注入效率较高，然而由于其对载流子的限制能力较差，因此普遍存在辐射复合率低的问题。此外，当氧化限制型垂直腔面发射激光器的氧化孔径较大时，其室温下的功率转换效率更高，但在高环境温度下其功率损耗也更严重，因此以量子阱为有源区的垂直腔面发射激光器温度稳定性通常也较差。当有源区维度降低时，其有效有源体积更小，载流子局域性更强，温度稳定性也更高。因此量子阱有源区结构通常具有辐射复合率高、阈值电流低以及温度稳定性高等优点。然而单结量子点垂直腔面发射激光器的载流子的注入效率较低，因此其仍存在输出功率低、电光转换效率低等问题。
2、量子阱有源区结构载流子限制能力弱以及量子点有源区结构注入效率低是影响1.3μm氧化限制型垂直腔面发射激光器进一步提升输出功率、电光转换效率的关键问题。量子阱有源区结构的载流子注入效率高而辐射复合率低，因此其非辐射辐射通常较高，进而产生严重的光电损耗，温度稳定性也较低。量子点有源区结构由于其对载流子三维限制能力的增强使得辐射复合效率显著提高，阈值电流降低，温度稳定性较高，然而由于其注入效率低，能量损耗较为严重，使得其在长波长波段的应用中通常会受到输出功率低、电光转换效率低的限制。因此，设计氧化限制型垂直腔面发射激光器的有源区结构对进一步提高其载流子限制能力、
技术实现思路
1、针对目前1.3μm氧化限制型垂直腔面发射激光器所面临的载流子限制能力弱、光电损耗大、温度稳定性差以及输出功率低等问题，本专利技术的目的在于提供一种多结级联量子点垂直腔面发射激光器结构及制备方法，具有多结级联量子点有源区结构的氧化限制型垂直腔面发射激光器不仅能够提高对载流子的限制能力，还能够有效降低光电损耗，降低能量损耗，量子点有源区结构提高了有源区载流子的限制能力和温度稳定性；本专利技术通过利用隧道结将有源区串联在同一谐振腔内，在电阻以及吸收损耗没有成倍提高的同时，显著提高了输出功率和电光转换效率。
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、一种多结级联量子点有源区的垂直腔面发射激光器结构，包括n-gaas衬底及沿生长方向依次设置的n-gaas缓冲层、n-分布布拉格反射镜、al0.6ga0.4as空间层、量子点有源区层、al0.6ga0.4as空间层、p-al0.98ga0.02as氧化限制层、al0.6ga0.4as空间层、p-al0.05ga0.95as隧道结层、n-gaas隧道结层、al0.6ga0.4as空间层、量子点有源区层、al0.6ga0.4as空间层、p-al0.98ga0.02as氧化限制层、p-分布布拉格反射镜和p-gaas盖层，其中：
4、n-gaas缓冲层在n-gaas衬底上生长，n-分布布拉格反射镜在n-gaas缓冲层上生长，al0.6ga0.4as空间层在n-分布布拉格反射镜上生长，量子点有源区层在al0.6ga0.4as空间层上生长，al0.6ga0.4as空间层在量子点有源区层上生长，p-al0.98ga0.02as氧化限制层在al0.6ga0.4as空间层上生长，al0.6ga0.4as空间层在p-al0.98ga0.02as氧化限制层上生长，p-al0.05ga0.95as隧道结层在al0.6ga0.4as空间层上生长，n-gaas隧道结层在p-al0.05ga0.95as隧道结层上生长，al0.6ga0.4as空间层在n-gaas隧道结层上生长，量子点有源区层在al0.6ga0.4as空间层上生长，al0.6ga0.4as空间层在量子点有源区层上生长，p-al0.98ga0.02as氧化限制层在al0.6ga0.4as空间层上生长，p-分布布拉格反射镜在p-al0.98ga0.02as氧化限制层上生长，p-gaas盖层在p-分布布拉格反射镜上生长。
5、进一步，量子点有源区层、al0.6ga0.4as空间层、p-al0.98ga0.02as氧化限制层、al0.6ga0.4as空间层、p-al0.05ga0.95as隧道结层、n-gaas隧道结层和al0.6ga0.4as空间层依次生长后，再依此顺序循环生长三次。
6、进一步，n-分布布拉格反射镜包括36个n-gaas高折射率层和35个al0.9ga0.1as低折射率层，n-gaas高折射率层和al0.9ga0.1as低折射率层交替生长，n-分布布拉格反射镜从n-gaas缓冲层开始生长的起始为alxga1-xas组分渐变层；p-分布布拉格反射镜包括14对n-gaas高折射率层和al0.9ga0.1as低折射率层，p-分布布拉格反射镜从p-al0.98ga0.02as氧化限制层开始生长的起始为alxga1-xas组分渐变层；n-gaas高折射率层和al0.9ga0.1as低折射率层之间设置alxga1-xas组分渐变层，alxga1-xas组分渐变层中的al组分渐变，al组分最大值为0.9，最小值大于0；ga组分渐变，ga组分最大值为1，最小值为0.1。
7、进一步，n-分布布拉格反射镜自n-gaas缓冲层开始沿生长方向一个周期依次为厚度20nm的alxga1-xas组分渐变层，其中x为从0～0.9的线性渐变，n型掺杂浓度为2.5×1018cm-3；厚度86nm的al0.9ga0.1as低折射率层，n型掺杂浓度为2×1018cm-3；厚度20nm的alxga1-xas组分渐变层，其中x为从0.9～0的线性渐变，n型掺杂浓度为2.5×1018cm-3；厚度72nm的gaas高折射率层，n型掺杂浓度为2×1018cm-3，生长35.5个周期。
8、进一步，p-分布布拉格反射镜自p-al0.98ga0.02as氧化限制层开始沿生长方向一个周期依次为厚度20nm的alxga1-xas组分渐变层，其中x为从0.9～0的线性渐变，p型掺杂浓度为6×1018cm-3；厚度72nm的gaas高折射率层，p型掺杂浓度为6×1017cm-3；厚度20nm的alxga1-xas组分渐变层，其中x为从0～0.9的线性渐变，p型掺杂浓度为6×1018cm-3；厚度86nm的al0.9ga0.1as低折射率层，p型掺杂浓度为6×1017cm-3，生长14个周期。
9、进一步，量子点有源区层包括两层厚度为10nm的gaas0.855p0.145势垒层，在两层gaas0.855p0.145势垒层之间依次设置厚度为8nm的in0.05ga0.95as润湿层、in0.52ga0.48as量子点层、厚度为8nm的in0.05ga0.95as量子点盖层、厚度为8nm的in0.05ga0.95as润湿层。
10、一种如上述的多结级联量子点有源区的垂直腔面发射激光器结构的制备方法，具体包括本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种多结级联量子点有源区的垂直腔面发射激光器结构，其特征在于：包括n-GaAs衬底(1)及沿生长方向依次设置的n-GaAs缓冲层(2)、n-分布布拉格反射镜(3)、Al0.6Ga0.4As空间层(4)、量子点有源区层(5)、Al0.6Ga0.4As空间层(6)、p-Al0.98Ga0.02As氧化限制层(7)、Al0.6Ga0.4As空间层(8)、p-Al0.05Ga0.95As隧道结层(9)、n-GaAs隧道结层(10)、Al0.6Ga0.4As空间层(11)、量子点有源区层(12)、Al0.6Ga0.4As空间层(13)、p-Al0.98Ga0.02As氧化限制层(14)、p-分布布拉格反射镜(15)和p-GaAs盖层(16)，其中：
2.根据权利要求1所述的多结级联量子点有源区的垂直腔面发射激光器结构，其特征在于：所述量子点有源区层(5)、Al0.6Ga0.4As空间层(6)、p-Al0.98Ga0.02As氧化限制层(7)、Al0.6Ga0.4As空间层(8)、p-Al0.05Ga0.95As隧道结层(9)、n-GaAs隧道结层(10)和Al0.6Ga0.
3.根据权利要求1所述的多结级联量子点有源区的垂直腔面发射激光器结构，其特征在于：所述n-分布布拉格反射镜(3)包括36个n-GaAs高折射率层和35个Al0.9Ga0.1As低折射率层，n-GaAs高折射率层和Al0.9Ga0.1As低折射率层交替生长，n-分布布拉格反射镜(3)从n-GaAs缓冲层(2)开始生长的起始为AlxGa1-xAs组分渐变层；
4.根据权利要求3所述的多结级联量子点有源区的垂直腔面发射激光器结构，其特征在于：所述n-分布布拉格反射镜(3)自n-GaAs缓冲层(2)开始沿生长方向一个周期依次为厚度20nm的AlxGa1-xAs组分渐变层，其中x为从0～0.9的线性渐变，n型掺杂浓度为2.5×1018cm-3；厚度86nm的Al0.9Ga0.1As低折射率层，n型掺杂浓度为2×1018cm-3；厚度20nm的AlxGa1-xAs组分渐变层，其中x为从0.9～0的线性渐变，n型掺杂浓度为2.5×1018cm-3；厚度72nm的GaAs高折射率层，n型掺杂浓度为2×1018cm-3，生长35.5个周期。
5.根据权利要求3所述的多结级联量子点有源区的垂直腔面发射激光器结构，其特征在于：所述p-分布布拉格反射镜(15)自p-Al0.98Ga0.02As氧化限制层(14)开始沿生长方向一个周期依次为厚度20nm的AlxGa1-xAs组分渐变层，其中x为从0.9～0的线性渐变，p型掺杂浓度为6×1018cm-3；厚度72nm的GaAs高折射率层，p型掺杂浓度为6×1017cm-3；厚度20nm的AlxGa1-xAs组分渐变层，其中x为从0～0.9的线性渐变，p型掺杂浓度为6×1018cm-3；厚度86nm的Al0.9Ga0.1As低折射率层，p型掺杂浓度为6×1017cm-3，生长14个周期。
6.根据权利要求1所述的多结级联量子点有源区的垂直腔面发射激光器结构，其特征在于：所述量子点有源区层(5)包括两层厚度为10nm的GaAs0.855P0.145势垒层，在两层GaAs0.855P0.145势垒层之间依次设置厚度为8nm的In0.05Ga0.95As润湿层、In0.52Ga0.48As量子点层、厚度为8nm的In0.05Ga0.95As量子点盖层、厚度为8nm的In0.05Ga0.95As润湿层。
7.一种如权利要求1～6任一权利要求所述的多结级联量子点有源区的垂直腔面发射激光器结构的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种多结级联量子点有源区的垂直腔面发射激光器结构，其特征在于：包括n-gaas衬底(1)及沿生长方向依次设置的n-gaas缓冲层(2)、n-分布布拉格反射镜(3)、al0.6ga0.4as空间层(4)、量子点有源区层(5)、al0.6ga0.4as空间层(6)、p-al0.98ga0.02as氧化限制层(7)、al0.6ga0.4as空间层(8)、p-al0.05ga0.95as隧道结层(9)、n-gaas隧道结层(10)、al0.6ga0.4as空间层(11)、量子点有源区层(12)、al0.6ga0.4as空间层(13)、p-al0.98ga0.02as氧化限制层(14)、p-分布布拉格反射镜(15)和p-gaas盖层(16)，其中：
2.根据权利要求1所述的多结级联量子点有源区的垂直腔面发射激光器结构，其特征在于：所述量子点有源区层(5)、al0.6ga0.4as空间层(6)、p-al0.98ga0.02as氧化限制层(7)、al0.6ga0.4as空间层(8)、p-al0.05ga0.95as隧道结层(9)、n-gaas隧道结层(10)和al0.6ga0.4as空间层(11)依次生长后，再依此顺序循环生长三次。
3.根据权利要求1所述的多结级联量子点有源区的垂直腔面发射激光器结构，其特征在于：所述n-分布布拉格反射镜(3)包括36个n-gaas高折射率层和35个al0.9ga0.1as低折射率层，n-gaas高折射率层和al0.9ga0.1as低折射率层交替生长，n-分布布拉格反射镜(3)从n-gaas缓冲层(2)开始生长的起始为alxga1-xas组分渐变层；
4.根据权利要求3所述的多结级联量子点有源区的垂直腔面发射激光器结构，其特征在于：所述n-分布布拉格反射镜(3)自n-gaas缓冲层(2)开始沿生长方向一个周期依...
【专利技术属性】
技术研发人员：董海亮，许并社，贾志刚，贾伟，
申请(专利权)人：山西浙大新材料与化工研究院，
类型：发明
国别省市：
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