应变平衡有源区梯度势阱层半导体激光器结构
专利汇可以提供应变平衡有源区梯度势阱层半导体激光器结构专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 属于 半导体 光 电子 学技术领域，具体公开了一种应变平衡有源区梯度势阱层半导体 激光器 结构，该结构包括采用金属有机 化学气相沉积 方法在衬底上至下而上依次 外延 生长 的 缓冲层 、下匹配层、下限制层、下过渡层、下 波导 层、多 量子阱 层、上波导层、上过渡层、上限制层、上匹配层和 电极 接触 层。本发明是在改善多量子阱层的势垒层和势阱层材料突变异质界面 质量 、降低晶格常数应变失配率过大，减少量子阱有源区总的累积应变失配率，避免量子阱异质界面发生晶格弛豫现象，从而对降低激光器的 阈值 电流 、增大输出功率，提高光电转换效率以及延长寿命可靠性等进行改进，得到的新型结构材料体系的半导体激光器。，下面是应变平衡有源区梯度势阱层半导体激光器结构专利的具体信息内容。
1.一种应变平衡有源区梯度势阱层半导体激光器结构，其特征在于，包括：
衬底（1），为（100）面的N型GaAs材料；
缓冲层（2），设于衬底（1）上，为N型GaAs材料；
下匹配层（3），设于缓冲层（2）上，为N型AlGaAs材料；
下限制层（4），设于下匹配层（3）上，为N型AlGaAs材料；
下过渡层（5），设于下限制层（4）上，为N型GaAs材料；
下波导层（6），设于下过渡层（5）上，为N型InGaAsP材料；
多量子阱层，设于下波导层（6）上，包括高In组分InGaAs/低In组分InGaAs/GaAs/GaAsP势垒层，周期数为2≤N≤6；多量子阱层由下而上包括：第一GaAsP势垒层（7），第一晶格匹配缓冲层GaAs（8），第一低In组分应变补偿中间层InGaAs（9），InGaAs势阱层（10），第二低In组分应变补偿中间层InGaAs（11），第二晶格匹配缓冲层GaAs（12）和第二GaAsP势垒层（13）；
上波导层（14），设于多量子阱层上，为P型InGaAsP材料；
上过渡层（15），设于上波导层（14）上，为P型GaAs材料；
上限制层（16），设于上过渡层（15）上，为P型AlGaAs材料；
上匹配层（17），设于上限制层（16）上，为P型InGaP材料；
电极接触层（18），设于上匹配层（17）上，为P型GaAs材料。
2.根据权利要求1所述的应变平衡有源区梯度势阱层半导体激光器结构，其特征在于：
衬底（1）高温清洗温度为700℃；
缓冲层（2）的厚度为150nm，掺杂元素为硅，载流子浓度为3.5E18， / 比为5，生长温度为550℃；
下匹配层（3）的厚度为30nm，其中Al的组分为大于等于0.05、小于等于0.2，载流子浓度为3.0E18， / 比为5，生长温度为550℃到650℃；
下限制层（4）的厚度为1850nm，其中Al的组分大于0.45，掺杂元素为硅；载流子浓度为2.0E18；/ 比为50，生长温度为650℃；
下过渡层（5）的厚度为2nm，生长温度为690℃；
下波导层（6）的厚度为400nm，其中In的组分大于0小于0.45，P的组分小于等于0.1，下波导（6）层采用带差小的InGaAsP材料，载流子浓度为3.0E17； / 比为80，生长温度为690℃；
多量子阱层采用应变补偿量子阱高In组分InGaAs/低In组分InGaAs/GaAs/GaAsP材料，第一GaAsP势垒层（7）的厚度为12nm-20nm，其中P组分大于0.1；第一晶格匹配缓冲层GaAs（8）的厚度为0.56nm；第一低In组分应变补偿中间层InGaAs（9）的厚度为0.57nm，其中组分为大于0.075小与0.15；势阱层（10）的厚度为6nm-10nm，其中组分大于0.15小于
0.22；第二低In组分应变补偿中间层InGaAs（11）的厚度为0.57nm，其中组分为大于0.075小于0.15；第二晶格匹配缓冲层GaAs（12）的厚度为0.56nm；第二GaAsP势垒层（13）厚度为12nm-20nm，其中P组分大于0.1；多量子阱层的 / 比为100，生长温度为690℃；
上波导层（14）的厚度为250nm，其中ln的组分大于0小于0.45，P的组分小于等于
0.1，上波导层（14）采用带差小的InGaAsP材料，并且选择非对称的直波导结构；上波导层（14）的 / 比为80，生长温度为690℃；
上过渡层（15）的厚度为2nm， / 比为50，生长温度为690℃；
上限制层（16）的厚度为1850nm，其中Al的组分大于0.25，掺杂元素为碳或碳锌共掺，载流子浓度为7.0E17， / 比为50，生长温度为690℃；
上匹配层（17）的厚度为30nm，其中In的组分大于等于0.45、小于等于0.6，掺杂元素为碳或碳锌共掺，载流子浓度≥2.0E19， / 比为5，生长温度为690℃；
电极接触层（18）的厚度为150nm，掺杂元素为碳或碳锌共掺，载流子浓度≥1.0E20，/ 比为5，生长温度为650℃。
应变平衡有源区梯度势阱层半导体激光器结构
技术领域
背景技术
发明内容
衬底，为（100）面的N型GaAs材料；
缓冲层，设于衬底上，为N型GaAs材料；
下匹配层，设于缓冲层上，为N型AlGaAs材料；
下限制层，设于下匹配层上，为N型AlGaAs材料；
下过渡层，设于下限制层上，为N型GaAs材料；
下波导层，设于下过渡层上，为N型InGaAsP材料；
多量子阱层，设于下波导层上，包括高In组分InGaAs/低In组分InGaAs/GaAs/GaAsP势垒层，周期数为2≤N≤6；多量子阱层由下而上包括：第一GaAsP势垒层，第一晶格匹配缓冲层GaAs，第一低In组分应变补偿中间层InGaAs，InGaAs势阱层，第二低In组分应变补偿中间层InGaAs，第二晶格匹配缓冲层GaAs和第二GaAsP势垒层；
上波导层，设于多量子阱层上，为P型InGaAsP材料；
上过渡层，设于上波导层上，为P型GaAs材料；
上限制层，设于上过渡层上，为P型AlGaAs材料；
上匹配层，设于上限制层上，为P型InGaP材料；
电极接触层，设于上匹配层上，为P型GaAs材料。
下匹配层的厚度为30nm，其中Al的组分为大于等于0.05、小于等于0.2，载流子浓度为
3.0E18， / 比为5，生长温度为550℃到650℃；
下限制层的厚度为1850nm，其中Al的组分大于0.45，掺杂元素为硅；载流子浓度为
2.0E18； / 比为50，生长温度为650℃；
下过渡层的厚度为2nm，生长温度为690℃；下过渡层采用GaAs材料，使得下限制层和下波导层的界面容易得到高质量的外延材料，减少界面态数目，降低载流子复合热效应导致的温升，提高激光器的可靠性；
下波导层的厚度为400nm，其中In的组分大于0小于0.45，P的组分小于等于0.1，下波导层采用带差小的InGaAsP材料，这种材料体系能够提供较小的导带差和较大的价带差，有利于导带电子注入和价带中对空穴形成更高的势垒，提高COD值，增加器件的可靠性；下波导层的载流子浓度为3.0E17， / 比为80，生长温度为690℃；
多量子阱层采用应变补偿量子阱高In组分InGaAs/低In组分InGaAs/GaAs/GaAsP材料，这样能降低累积应变失配率，降低工作阈值电流，从而满足大电流高功率的需求；第一GaAsP势垒层的厚度为12nm-20nm，其中P组分大于0.1；第一晶格匹配缓冲层GaAs的厚度为0.56nm；第一低In组分应变补偿中间层InGaAs的厚度为0.57nm，其中组分为大于0.075小与0.15；InGaAs势阱层的厚度为6nm-10nm，其中组分大于0.15小于0.22；第二低In组分应变补偿中间层InGaAs的厚度为0.57nm，其中组分为大于0.075小于0.15；第二晶格匹配缓冲层GaAs的厚度为0.56nm；第二GaAsP势垒层厚度为12nm-20nm，其中P组分大于
0.1；多量子阱层的 / 比为100，生长温度为690℃；这种梯度In组分渐变层能够有效的解决高In组分下的偏析现象，达到改善界面质量的目的。还可以解决在高In组分下晶格匹配，避免量子阱材料发生弛豫现象。因此，梯度超薄渐变层的插入可以提高因失配导致的位错密度的降低，从而改善量子阱的界面质量；
上波导层的厚度为250nm，其中ln的组分大于0小于0.45，P的组分小于等于0.1，上波导层采用带差小的InGaAsP材料，这种材料体系能够提供较小的导带差和较大的价带差，有利于导带电子注入和价带中对空穴形成更高的势垒，提高COD值，增加器件的可靠性；并且选择非对称的直波导结构，这种波导结构的量子阱限制因子较小，工作电压低，在相同量子阱厚度的条件下可以提高出光功率；上波导层的 / 比为80，生长温度为690℃；
上过渡层的厚度为2nm， / 比为50，生长温度为690℃；上过渡层采用GaAs材料，使得上波导层和上限制层的界面容易得到高质量的外延材料，减少界面态数目，降低载流子复合热效应导致的温升，提高激光器的可靠性；
上限制层的厚度为1850nm，其中Al的组分大于0.25，掺杂元素为碳或碳锌共掺，载流子浓度为7.0E17， / 比为50，生长温度为690℃；上限制层采用导带差小的AlGaAs材料，这种材料体系能够提供较小的导带差和较大的价带差，有利于导带电子形成良好的限制，同时降低价带空穴注入有源区的阻碍；
上匹配层的厚度为30nm，其中In的组分大于等于0.45、小于等于0.6，掺杂元素为碳或碳锌共掺，载流子浓度≥2.0E19， / 比为5，生长温度为690℃；
电极接触层的厚度为150nm，掺杂元素为碳或碳锌共掺，载流子浓度≥1.0E20， /比为5，生长温度为650℃。
2）InGaAsP四元波导层：提供较小的导带差和较大的价带差，这样易于导带电子注入和在价带中对空穴形成更高的势垒，有利用载流子的COD值明显提高，约AlGaAs波导层的
2倍，器件可靠稳定性提高；
3）应变补偿量子阱：降低应变失配率，提高多量子阱薄膜以及界面的的晶体质量，增加电子空穴对的复合效率；
4）势阱梯度渐变层：避免高In组分下的偏析现象，降低异质结的失配率，提高量子阱界面表面的光滑度，降低能带弯曲，从而实现增加粒子反转数。
附图说明
具体实施方式
衬底1，为（100）面的N型GaAs材料；
缓冲层2，设于衬底1上，为N型GaAs材料；
下匹配层3，设于缓冲层2上，为N型AlGaAs材料；
下限制层4，设于下匹配层3上，为N型AlGaAs材料；
下过渡层5，设于下限制层4上，为N型GaAs材料；
下波导层6，设于下过渡层5上，为N型InGaAsP材料；
多量子阱层，设于下波导层6上，包括高In组分InGaAs/低In组分InGaAs/GaAs/GaAsP势垒层，周期数为2≤N≤6；多量子阱层由下而上包括：第一GaAsP势垒层7，第一晶格匹配缓冲层GaAs8，第一低In组分应变补偿中间层InGaAs9，InGaAs势阱层10，第二低In组分应变补偿中间层InGaAs11，第二晶格匹配缓冲层GaAs12和第二GaAsP势垒层13；
上波导层14，设于多量子阱层上，为P型InGaAsP材料；
上过渡层15，设于上波导层14上，为P型GaAs材料；
上限制层16，设于上过渡层15上，为P型AlGaAs材料；
上匹配层17，设于上限制层16上，为P型InGaP材料；
电极接触层18，设于上匹配层17上，为P型GaAs材料。
13、上波导层14、上过渡层15、上限制层16、上匹配层17、和电极接触层18。
下匹配层3的厚度为30nm，其中Al的组分为大于等于0.05、小于等于0.2，载流子浓度为3.0E18， / 比为5，生长温度为550℃到650℃；
下限制层4的厚度为1850nm，其中Al的组分大于0.45，掺杂元素为硅；载流子浓度为
2.0E18； / 比为50，生长温度为650℃；
下过渡层5的厚度为2nm，生长温度为690℃；
下波导层6的厚度为400nm，其中In的组分大于0小于0.45，P的组分小于等于0.1，下波导6层采用带差小的InGaAsP材料，载流子浓度为3.0E17； / 比为80，生长温度为690℃；
多量子阱层采用应变补偿量子阱高In组分InGaAs/低In组分InGaAs/GaAs/GaAsP材料，第一GaAsP势垒层7的厚度为12nm-20nm，其中P组分大于0.1；第一晶格匹配缓冲层GaAs8的厚度为0.56nm；第一低In组分应变补偿中间层InGaAs9的厚度为0.57nm，其中组分为大于0.075小与0.15；势阱层10的厚度为6nm-10nm，其中组分大于0.15小于0.22；第二低In组分应变补偿中间层InGaAs11的厚度为0.57nm，其中组分为大于0.075小于0.15；
第二晶格匹配缓冲层GaAs12的厚度为0.56nm；第二GaAsP势垒层13厚度为12nm-20nm，其中P组分大于0.1；多量子阱层的 / 比为100，生长温度为690℃；
上波导层14的厚度为250nm，其中ln的组分大于0小于0.45，P的组分小于等于0.1，上波导层14采用带差小的InGaAsP材料，并且选择非对称的直波导结构；上波导层14的/ 比为80，生长温度为690℃；
上过渡层15的厚度为2nm， / 比为50，生长温度为690℃；
上限制层16的厚度为1850nm，其中Al的组分大于0.25，掺杂元素为碳或碳锌共掺，载流子浓度为7.0E17， / 比为50，生长温度为690℃；
上匹配层17的厚度为30nm，其中In的组分大于等于0.45、小于等于0.6，掺杂元素为碳或碳锌共掺，载流子浓度≥2.0E19， / 比为5，生长温度为690℃；
电极接触层18的厚度为150nm，掺杂元素为碳或碳锌共掺，载流子浓度≥1.0E20，/ 比为5，生长温度为650℃。
16和 P+GaAs电极接触层18之间插入GaAs上匹配层17。
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