低线宽的980nmF-P腔应变量子阱激光器的外延片及其制备方法
阅读：815发布：2024-02-29
专利汇可以提供低线宽的980nmF-P腔应变量子阱激光器的外延片及其制备方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且低线宽的980nmF-P腔应变 量子阱 激光器 的 外延 片及其制备方法，涉及 半导体 激光器领域，本 发明 通过在GaAs衬底层上顺序生长 缓冲层 、过渡层、n型下限制层、下 波导 层、下势垒层、有源层、上势垒层、上波导层、p型上限制层和欧姆 接触 层，以此加工成低线宽的980nmF-P腔应变量子阱激光器，可应用于光学测量、固体激光器 泵 浦、激光 光谱 学、医疗研究等领域。，下面是低线宽的980nmF-P腔应变量子阱激光器的外延片及其制备方法专利的具体信息内容。
1.一种低线宽的980nm F-P腔应变量子阱激光器的外延片，包括顺序连接的GaAs衬底层、缓冲层、过渡层、n型下限制层、下波导层、下势垒层、有源层、上势垒层、上波导层、p型
18 -3
上限制层和欧姆接触层；所述缓冲层的厚度为100nm，材料为掺杂Si浓度为1×10 cm 的
18 -3
GaAs；所述过渡层的厚度为300nm，材料为掺杂Si浓度为1×10 cm 的AlxGa1-xAs；所述n
18 -3
型下限制层的厚度为1500nm，材料为掺杂Si浓度为1×10 cm 的Al0.7Ga0.3As；所述下波导层的厚度为100nm，材料为Al0.3Ga0.7As；所述下势垒层的厚度为20nm，材料为GaAs；所述上势垒层的厚度为20nm，材料为GaAs；所述上波导层的厚度为100nm，材料为Al0.3Ga0.7As；所述p型上限制层的厚度为1500nm；所述欧姆接触层的厚度为300nm；
18 -3
其特征在于：所述过渡层中，掺杂Si浓度为1×10 cm 的AlxGa1-xAs中的x为0.3～
0.7；所述有源层的厚度为8nm，采用InxGa1-xAs应变材料，x=0.196；所述p型上限制层的
18 -3
材料为掺杂Zn浓度为1×10 cm 的Al0.7Ga0.3As；所述欧姆接触层的材料为掺杂Zn浓度为
19 -3
1×10 cm 的GaAs。
2.如权利要求1所述低线宽的980nm F-P腔应变量子阱激光器的外延片的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1）以（100）偏向<111>方向15度的GaAs为衬底，通入SiH4，生长GaAs缓冲层的厚度达到100nm；
2）在GaAs缓冲层上生长过渡层，材料为AlxGa1-xAs，其中，x 为0.3～0.7，过渡层的生
18 -3
长厚度为300nm，生长时通入SiH4，本外延层的Si掺杂浓度为1×10 cm ；
3）在过渡层上，以Al0.7Ga0.3As为材料，生长n型下限制层，生长厚度为1500nm，生长时
18 -3
通入SiH4，本外延层的Si掺杂浓度为1×10 cm ；
4）在n型下限制层上生长厚度为100nm的下波导层，材料为Al0.3Ga0.7As，生长时通入
18 -3
SiH4，本外延层的Si掺杂浓度为1×10 cm ；
5）在下波导层上，以GaAs材料生长厚度为20nm的下势垒层；
6）在下势垒层上，采用InxGa1-xAs应变材料，其中x=0.196，设定InGaAs生长温度为
610℃，Ⅴ/Ⅲ比为100，厚度为8nm的有源层；
7）在有源层上，以GaAs材料生长厚度为20nm的上势垒层；
8）在上势垒层上，生长厚度为100nm的上波导层，材料为Al0.3Ga0.7As；
9）在上波导层上，以Al0.7Ga0.3As为材料，生长厚度为1500nm的p型上限制层，生长时
18 -3
通入DEZn，本外延层的Zn掺杂浓度为1×10 cm ；
10）在p型上限制层上，以GaAs为材料，生长厚度为300nm的欧姆接触层，生长时通入
19 -3
DEZn，本外延层的Zn掺杂浓度为1×10 cm 。
低线宽的980nm F-P腔应变量子阱激光器的外延片及其制
备方法
技术领域
背景技术
[0002] 980nm半导体激光器在通信和医疗领域有非常广泛的应用，它是掺铒光纤放大器泵浦源的窗口，也是于激光手术刀的首选波长。量子阱激光器是近些年来新发展的一种新型半导体激光器。由于其有源层厚度小于电子平均自由程，使载流子只能在有源层运动，提高了激光器的转换效率。
[0003] 线 宽 展 宽 因 子（Linewidth Enhancement Factor,factor）是影响半导体激光器谱线宽度的重要因素。它不仅直接影响半导体激光器的谱线宽度，而且会对激光器的模式稳定，电流调制下的啁啾，注入锁定范围、光放大系数以及光反馈效应等均会产生影响。目前文献报道的量子阱激光器线宽展宽因子测量值一般为
1-3，为了降低谱线展宽给激光器动态特性带来的影响，实现激光器窄线宽输出，需要一种低线宽的980nm F-P腔应变量子阱激光器。
1-3，为了降低谱线展宽给激光器动态特性带来的影响，实现激光器窄线宽输出，需要一种低线宽的980nm F-P腔应变量子阱激光器。
[0004] 目前窄线宽半导体激光器主要有分布反馈激光器（DFB）、分布布拉格反馈激光器（DBR）和光栅外腔激光器，这三种激光器确实实现了低线宽的输出，但是这三种激光器有着共同的难点就是腔面加工工艺复杂[王丽丽、任建华、赵同刚、徐大雄、饶岚、吴炜、郭永新2005 激光技术 29 4][江剑平 2000 半导体激光器(北京：电子工业出版社) 第125页 ]。而对于F-P腔应变量子阱激光器，其制作方法已经较为成熟，但普通的980nm F-P腔应变量子阱激光器线宽较宽，普通的980nm F-P腔应变量子阱激光器的结构如图1所示：21为衬底层，材料为GaAs；22为缓冲层，厚度为300nm，材料为N型GaAs；23为 n型下限制层，厚度为1400nm，材料为Al0.5Ga0.5As；24为渐变层，厚度为200nm，材料为Al0.2-0.5Ga0.8-0.5 As；
25为垒层，厚度为20nm，材料为GaAs；26为有源层，厚度为7nm，材料为In0.2Ga0.8As；27为垒层，厚度为20nm，材料为GaAs；28渐变层，厚度为200nm，材料为Al0.5-0.2Ga0.5-0.8 As；29为限制层，厚度为1400nm，材料为Al0.5Ga0.5As；30为欧姆接触层，厚度为200nm，材料为GaAs。
根据公式 为线宽， 为中心波长， 为对应的频率宽
度，c为光速，经过计算此激光器角频率对应线宽为 =2155GHz，线宽较宽。
25为垒层，厚度为20nm，材料为GaAs；26为有源层，厚度为7nm，材料为In0.2Ga0.8As；27为垒层，厚度为20nm，材料为GaAs；28渐变层，厚度为200nm，材料为Al0.5-0.2Ga0.5-0.8 As；29为限制层，厚度为1400nm，材料为Al0.5Ga0.5As；30为欧姆接触层，厚度为200nm，材料为GaAs。
根据公式 为线宽， 为中心波长， 为对应的频率宽
度，c为光速，经过计算此激光器角频率对应线宽为 =2155GHz，线宽较宽。
发明内容
[0005] 为了解决现有980nm F-P腔应变量子阱激光器线宽存在的问题，本发明提供了一种低线宽的980nm F-P腔应变量子阱激光器的外延片。
[0007] 本发明以InxGa1-xAs材料作为量子阱结构的有源层，以GaAs材料作为势垒层，通过优化设计有源层7厚度以及材料组分，使量子阱带间跃迁产生的线宽展宽因子与自由载流子吸收和带隙收缩产生的线宽展宽因子降到最低。参见图6，线宽展宽因子大小约为0，从而使线宽从一般的量子阱激光器的2155GHz降到了2GHz。有效降低了980nm F-P腔量子阱激光器的光谱宽度，改善了量子阱激光器光束的质量。
[0008] 本发明衬底层的材料为GaAs；缓冲层的厚度为100nm，材料为掺杂Si浓度为18 -3 18 -3
1×10 cm 的GaAs。过渡层的厚度为300nm，材料为掺杂Si浓度为1×10 cm 的AlxGa1-xAs，
18 -3
其中x为0.3～0.7。n型下限制层的厚度为1500nm，材料为掺杂Si浓度为1×10 cm 的Al0.7Ga0.3As。下波导层的厚度为100nm，材料为Al0.3Ga0.7As。下势垒层的厚度为20nm，材料为GaAs。有源层，厚度为8nm，采用InxGa1-xAs应变材料，x=0.196。上势垒层的厚度为20nm，材料为GaAs。上波导层的厚度为100nm，材料为Al0.3Ga0.7As。p型上限制层的厚度为1500nm，
18 -3
材料为掺杂Zn浓度为1×10 cm 的Al0.7Ga0.3As。欧姆接触层的厚度为300nm，材料为掺杂
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Zn浓度为1×10 cm 的GaAs。
1×10 cm 的GaAs。过渡层的厚度为300nm，材料为掺杂Si浓度为1×10 cm 的AlxGa1-xAs，
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其中x为0.3～0.7。n型下限制层的厚度为1500nm，材料为掺杂Si浓度为1×10 cm 的Al0.7Ga0.3As。下波导层的厚度为100nm，材料为Al0.3Ga0.7As。下势垒层的厚度为20nm，材料为GaAs。有源层，厚度为8nm，采用InxGa1-xAs应变材料，x=0.196。上势垒层的厚度为20nm，材料为GaAs。上波导层的厚度为100nm，材料为Al0.3Ga0.7As。p型上限制层的厚度为1500nm，
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材料为掺杂Zn浓度为1×10 cm 的Al0.7Ga0.3As。欧姆接触层的厚度为300nm，材料为掺杂
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Zn浓度为1×10 cm 的GaAs。
[0009] 本发明还提供了一种低线宽的980nm F-P腔应变量子阱激光器外延片的制备方法：
[0010] 步骤如下：
[0011] 1）以（100）偏向<111>方向15度的GaAs为衬底，通入SiH4，生长GaAs缓冲层的厚度达到100nm；
[0012] 2）在GaAs缓冲层上生长过渡层，材料为AlxGa1-xAs，其中，x 为0.3～0.7，过渡层18 -3
的生长厚度为300nm，生长时通入SiH4，本外延层的Si掺杂浓度为1×10 cm ；
的生长厚度为300nm，生长时通入SiH4，本外延层的Si掺杂浓度为1×10 cm ；
[0013] 3）在过渡层上，以Al0.7Ga0.3As为材料，生长n型下限制层，生长厚度为1500nm，生18 -3
长时通入SiH4，本外延层的Si掺杂浓度为1×10 cm ；
长时通入SiH4，本外延层的Si掺杂浓度为1×10 cm ；
[0014] 4）在n型下限制层上生长厚度为100nm的下波导层，材料为Al0.3Ga0.7As，生长时通18 -3
入SiH4，本外延层的Si掺杂浓度为1×10 cm ；
入SiH4，本外延层的Si掺杂浓度为1×10 cm ；
[0015] 5）在下波导层上，以GaAs材料生长厚度为20nm的下势垒层；
[0016] 6）在下势垒层上，采用InxGa1-xAs应变材料，其中x=0.196，设定InGaAs生长温度为610℃，Ⅴ/Ⅲ比为100，厚度为8nm的有源层；
[0017] 7）在有源层上，以GaAs材料生长厚度为20nm的上势垒层；
[0018] 8）在上势垒层上，生长厚度为100nm的上波导层，材料为Al0.3Ga0.7As；
[0019] 9）在上波导层上，以Al0.7Ga0.3As为材料，生长厚度为1500nm的p型上限制层，生18 -3
长时通入DEZn，本外延层的Zn掺杂浓度为1×10 cm ；
长时通入DEZn，本外延层的Zn掺杂浓度为1×10 cm ；
[0020] 10）在p型上限制层上，以GaAs为材料，生长厚度为300nm的欧姆接触层，生长时19 -3
通入DEZn，本外延层的Zn掺杂浓度为1×10 cm 。
通入DEZn，本外延层的Zn掺杂浓度为1×10 cm 。
[0021] 本发明可采用AIXTRON公司生产的金属有机化物气相外延（MOCVD）设备，完成上述工艺步骤后，通过等离子体增强化学气相外延技术生长100nm 的SiO2介质膜，再经过常规的光刻、腐蚀工艺形成P-型电极窗口（宽度为 ，），再热蒸镀Au/Zn/Au，形成P-型欧姆接触电极。N面化学减薄至约 厚度后蒸发AuGeNi，形成N-型欧姆接触层。合金温度为 ，合金气氛为氢气。经过解理形成腔长为1mm的激光器芯片，再将芯片烧结到热沉上，经过引线，完成一种低线宽的980nm F-P腔应变量子阱激光器。
[0022] 本发明可应用于光学测量、固体激光器泵浦、激光光谱学、医疗研究等领域。
[0023] 本发明的有益效果：以InxGa1-xAs材料作为量子阱结构的有源层，以GaAs材料作为势垒层，通过优化设计有源层7厚度以及材料组分，使量子阱带间跃迁产生的线宽展宽因子与自由载流子吸收和带隙收缩产生的线宽展宽因子降到最低，实现了低线宽因子，进而降低线宽。有效降低了量子阱激光器的光谱宽度，改善了量子阱激光器光束的质量。本发明低线宽的980nm F-P腔应变量子阱激光器的有源层为InxGa1-xAs材料，x=0.196，阱宽厚度为8nm，中心波长 =980nm， =-0.00027，经计算得到线宽2GHz，线宽较已有的的量子阱激光器线宽（2155GHz）降低了3个数量级。本发明是从激光器外延结构和材料着手进行窄线宽设计的，所以，以上只是针对F-P腔半导体激光器的比对，不与具有光栅结构的分布反馈激光器（DFB）、分布布拉格反馈激光器（DBR）和外腔激光器比较。
[0024] 本发明依据的科学原理如下：
[0025] 影响半导体激光器线宽展宽因子的主要因素有三个方面，分别是带间跃迁、自由载流子吸收和带隙收缩三者对线宽展宽因子的影响。带间跃迁对线宽展宽因子产生的影响是正值，而后两者对线宽展宽因子的影响的产生是负值。具体的计算方法如下：
[0026] 向激光器注入电流后，注入到有源区的载流子使激光器发生自发发射，而自发发射会引起载流子浓度变化，它使激射场的位相和强度不连续的变化，在这个过程中折射率实部和虚部发生了变化。 因子就是由于有源区载流子浓度变化引起激光器折射率实部和[1,2]虚部变化产生的 。
[0027] 线宽展宽因子可表示为：
[0028]
[0029] 其中Δn’为折射率实部变化量，Δn’’为折射率虚部变化量，对上式进行转换：
[0030]
[0031] ΔN 为载流子浓度的变化量
[0032] 又有：Δn’’=Δgc/(2ω) (3)
[0033] 其中Δg 为增益变化量，ω为角频率，c 为真空中光速；
[0034] 根据文献[3]有：Δn’/ΔI=(n/λ)Δλ/ΔI，n 为折射率， 为波长的变化量，为电流的变化量。为方便计算,可取如下近似：
[0035] Δn’= n∙ Δω/ω (4)
[0036] Δω为角频率变化量, 将 (3) 和 (4) 式带入(2) 式，整理得到 因子的近似计算公式：
[0037]
[0038] dg/dN 即为各载流子浓度下增益峰值变化拟合曲线的斜率，微分增益直接反映带边载流子浓度增加的快慢，不仅与半导体激光器 因子有关，还与很多其它重要性能有关。Dħω/dN为各载流子浓度下增益峰值对应光子能量变化拟合曲线的斜率。所以，得到材料增益和对应光子能量随载流子浓度的变化后，通过(5)式我们就可以对 因子进行计算。在计算过程中我们选择各载流子浓度下增益曲线的峰值以及其对应的光子能量进行计算。
[0039] 折射率虚部的变化是由带间跃迁、自由载流子效应和带隙收缩共同引起的，而后[2]两者引起的变化量很小 ，所以在计算三因素对折射率虚部影响时，近似使用带间跃迁对虚部的影响，即：
[0040]
[0041] 令 , 则；
[0042] Δn1’(Δn1’’) 、Δn2’(Δn2’’)、Δn3’(Δn3’’)依次代表带间跃迁、带隙收缩和自由载流子效应引起的折射率实(虚)部的变化， 依次代表他们对 因子的影响。
[0043] 带隙跃迁对 因子影响
[0044] 当得到微分增益dg/dN 及dħω/dN 后，即可计算带间跃迁对 因子的影响：
[0045]
[0046] 带隙收缩对 因子影响
[0047] 载流子浓度的增加会引起带隙变小，这是多体效应。带隙收缩量ΔEg =－-8 1/3 [2]1.6×10 （N+P） （eV） ，根据式(5)，本征半导体材料N=P，有：
[0048]
[0049] 自由载流子效应对 因子影响
[0050] 自由载流子等离子体效应对折射率实部的贡献为[2]：
[0051]
[0052] 根据式(3)转换得：
[0053]
[0054] 式 (10) 和 (11) 分别对载流子浓度进行微分，有
[0055]
[0056] 为了计算方便我们对光子能量取近似值：ħω≈Eq，所以由式(2)、 (10) 和 (11)可得到自由载流子效应对 因子的贡献为：
[0057]
[0058] 根据上面所述的计算方法，我们首先计算了量子阱的增益曲线。
[0059] 考虑载流子带内弛豫效应的增益公式为[4,5]：
[0060]
[0061] 其中ħ=h/2π是约化普朗克常数，q为电子电量，m0为电子静止质量，ε0为真空介2
电常数，ρr=mr/πLwħ 为约化态密度，Lw为量子阱阱宽，振子有效质量mr=mx*mc/( mx +mc)，mx为与跃迁对应的重空穴或轻空穴有效质量。Τ为弛豫时间取0.1ps， Eq为量子阱结构的带
2 [6]
隙。我们采用较为常见的一种带隙计算形式计算Eg：Eg= 1.424-1.5817x+0.5137x (eV) 。
2
自旋耦合裂距参照文献[5]，其拟合公式应为Δ=0.34－0.11x+0.15x (eV)，El为连续分布振子的本征能量，fc、fv分别为导带和价带能级被电子占据的概率，
电常数，ρr=mr/πLwħ 为约化态密度，Lw为量子阱阱宽，振子有效质量mr=mx*mc/( mx +mc)，mx为与跃迁对应的重空穴或轻空穴有效质量。Τ为弛豫时间取0.1ps， Eq为量子阱结构的带
2 [6]
隙。我们采用较为常见的一种带隙计算形式计算Eg：Eg= 1.424-1.5817x+0.5137x (eV) 。
2
自旋耦合裂距参照文献[5]，其拟合公式应为Δ=0.34－0.11x+0.15x (eV)，El为连续分布振子的本征能量，fc、fv分别为导带和价带能级被电子占据的概率，
[0062]
[0063] ，为导带准费米能级和导带底的差值。
[0064]
[0065] ，为价带顶和价带准费米能级的差值。
[0066] |MT|2为动量矩阵元。
[0067] 其他参数均采用内插法进行拟合。
[0068] 为简化计算我们只计算对材料有主要影响的导带第一子带Ec1和重空穴第一子带Ehh1跃迁产生的增益[6,7]。
[0069] InGaAs/GaAs量子阱能带简化结构如图3所示[6,8]。ΔEc、ΔEv分别为导带带阶、价带重空穴带阶，带阶比ΔEc:ΔEv=3:2[9]。
[0070] 有限深势阱中的子能带可从以下公式得到[2,10]
[0071]
[0072] mb为导带（或价带）势垒的有效质量，mw为导带（或价带）阱材料的有效质量，ΔE为带阶。
[0073] 980nm激光器In组分和阱宽的关系
[0074] 980nm InGaAs量子阱激光器阱宽和In组分的关系如图4所示。我们利用上述方法分别计算了各组数据对 因子的影响，如图5-7所示。随着In组分的增加，阱宽的减小，因子由负值不断增加，在阱宽为8nm，In组分为0.196时， 因子达到绝对值最小。因此，本发明使用阱宽为8nm，In组分为0.196对激光器进行设计。
[0075] 线宽的计算
[0076]
[0078] 图1为普通的980nm F-P腔应变量子阱激光器结构示意图。
[0079] 图2为本发明的低线宽的980nm F-P腔应变量子阱激光器结构示意图。
[0080] 图3 为InGaAs/GaAs量子阱能带结构示意图。
[0081] 图4为980nm量子阱激光器阱宽和In组分的关系图。
[0082] 图5为α 因子随980nm量子阱激光器阱宽变化趋势图。
[0083] 图6为α 因子随980nm量子阱激光器In组分变化趋势图。
[0084] 图7为α 因子随随980nm量子阱激光器阱宽和In组分三维变化趋势图。
具体实施方式
[0085] 一、制备外延片：
[0086] 本发明采用AIXTRON公司生产的金属有机化物气相外延（MOCVD）设备，加工步骤如下：
[0087] 1）以（100）偏向<111>方向15度的GaAs为衬底，通入SiH4，生长GaAs缓冲层的厚度达到100nm；
[0088] 2）在GaAs缓冲层上生长过渡层，材料为AlxGa1-xAs，其中，x 为0.3～0.7，过渡层18 -3
的生长厚度为300nm，生长时通入SiH4，本外延层的Si掺杂浓度为1×10 cm ；
的生长厚度为300nm，生长时通入SiH4，本外延层的Si掺杂浓度为1×10 cm ；
[0089] 3）在过渡层上，以Al0.7Ga0.3As为材料，生长n型下限制层，生长厚度为1500nm，生18 -3
长时通入SiH4，本外延层的Si掺杂浓度为1×10 cm ；
长时通入SiH4，本外延层的Si掺杂浓度为1×10 cm ；
[0090] 4）在n型下限制层上生长厚度为100nm的下波导层，材料为Al0.3Ga0.7As，生长时通18 -3
入SiH4，本外延层的Si掺杂浓度为1×10 cm ；
入SiH4，本外延层的Si掺杂浓度为1×10 cm ；
[0091] 5）在下波导层上，以GaAs材料生长厚度为20nm的下势垒层；
[0092] 6）在下势垒层上，采用InxGa1-xAs应变材料，其中x=0.196，设定InGaAs生长温度为610℃，Ⅴ/Ⅲ比为100，厚度为8nm的有源层；
[0093] 7）在有源层上，以GaAs材料生长厚度为20nm的上势垒层；
[0094] 8）在上势垒层上，生长厚度为100nm的上波导层，材料为Al0.3Ga0.7As；
[0095] 9）在上波导层上，以Al0.7Ga0.3As为材料，生长厚度为1500nm的p型上限制层，生18 -3
长时通入DEZn，本外延层的Zn掺杂浓度为1×10 cm ；
长时通入DEZn，本外延层的Zn掺杂浓度为1×10 cm ；
[0096] 10）在p型上限制层上，以GaAs为材料，生长厚度为300nm的欧姆接触层，生长时19 -3
通入DEZn，本外延层的Zn掺杂浓度为1×10 cm 。
通入DEZn，本外延层的Zn掺杂浓度为1×10 cm 。
[0097] 二、制备低线宽的980nm F-P腔应变量子阱激光器：
[0098] 通过等离子体增强化学气相外延技术生长100nm 的SiO2介质膜，再经过常规的光刻、腐蚀工艺形成P-型电极窗口（宽度为 ），再热蒸镀Au/Zn/Au，形成P-型欧姆接触电极。N面化学减薄至约 厚度后蒸发AuGeNi，形成N-型欧姆接触层。合金温度为 ，合金气氛为氢气。经过解理形成腔长为1mm的激光器芯片，再将芯片烧结到热沉上，经过引线，完成低线宽的980nm F-P腔应变量子阱激光器。
[0099] 三、外延片结构特点：
[0100] 如图2所示顺序连接的GaAs衬底层1、缓冲层2、过渡层3、n型下限制层4、下波导层5、下势垒层6、有源层7、上势垒层8、上波导层9、p型上限制层10和欧姆接触层11。
[0101] 衬底层1的材料为GaAs；缓冲层2的厚度为100nm，材料为掺杂Si浓度为18 -3 18 -3
1×10 cm 的GaAs。过渡层3的厚度为300nm，材料为掺杂Si浓度为1×10 cm 的
AlxGa1-xAs，其中x为0.3～0.7。n型下限制层4的厚度为1500nm，材料为掺杂Si浓度为
18 -3
1×10 cm 的Al0.7Ga0.3As。下波导层5的厚度为100nm，材料为Al0.3Ga0.7As。下势垒层6的厚度为20nm，材料为GaAs。有源层7的厚度为8nm，为InxGa1-xAs应变材料，x=0.196。上势垒层8的厚度为20nm，材料为GaAs。上波导层9的厚度为100nm，材料为Al0.3Ga0.7As。p型
18 -3
上限制层10的厚度为1500nm，材料为掺杂Zn浓度为1×10 cm 的Al0.7Ga0.3As。欧姆接触
19 -3
层11的厚度为300nm，材料为掺杂Zn浓度为1×10 cm 的GaAs。
1×10 cm 的GaAs。过渡层3的厚度为300nm，材料为掺杂Si浓度为1×10 cm 的
AlxGa1-xAs，其中x为0.3～0.7。n型下限制层4的厚度为1500nm，材料为掺杂Si浓度为
18 -3
1×10 cm 的Al0.7Ga0.3As。下波导层5的厚度为100nm，材料为Al0.3Ga0.7As。下势垒层6的厚度为20nm，材料为GaAs。有源层7的厚度为8nm，为InxGa1-xAs应变材料，x=0.196。上势垒层8的厚度为20nm，材料为GaAs。上波导层9的厚度为100nm，材料为Al0.3Ga0.7As。p型
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上限制层10的厚度为1500nm，材料为掺杂Zn浓度为1×10 cm 的Al0.7Ga0.3As。欧姆接触
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层11的厚度为300nm，材料为掺杂Zn浓度为1×10 cm 的GaAs。
[0102] 衬底1采用n型GaAs材料，用于在其上进行激光器各个层的外延生长。
[0103] 缓冲层2采用n型GaAs材料，制作在衬底层1上。该层作用是生长出缺陷少的外延层，减小衬底与其他层之间的应力，以生长出高质量的外延层表面，其中掺入了Si杂质，18 -3 18 -3
掺杂浓度为1×10 cm 。（此处“掺杂浓度为1×10 cm ”是指：在Si与GaAs材料形成的混
18 -3
合体中，Si作为杂质，Si的含量占混合体总量的1×10 cm 。以下所有对于掺杂浓度的描述都与此类同。）
掺杂浓度为1×10 cm 。（此处“掺杂浓度为1×10 cm ”是指：在Si与GaAs材料形成的混
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合体中，Si作为杂质，Si的含量占混合体总量的1×10 cm 。以下所有对于掺杂浓度的描述都与此类同。）
[0104] 过渡层3采用的材料为AlxGa1-xAs，Al组分x 从0.3变化到0.7，制作在缓冲层2上，其目的是降低缓冲层2和n型下限制层4之间的应力，减少生长材料的缺陷，其中掺杂18 -3
浓度为1×10 cm ，掺入Si杂质。
浓度为1×10 cm ，掺入Si杂质。
[0105] N型下限制层4采用Al0.7Ga0.3As材料，制作在过渡层3上，其目的是抑制激光器横模向衬底层1和缓冲层2的传播，减少光能损耗，同时也起到了限制载流子扩散的作用，降18 -3
低了阈值电流。其中掺杂浓度为1×10 cm ，掺入Si杂质。
低了阈值电流。其中掺杂浓度为1×10 cm ，掺入Si杂质。
[0106] 下波导层5采用Al0.3Ga0.7As材料，制作在下限制层4上，其作用是限制光的传播，提高激光器的光束质量。
[0107] 下势垒层6采用GaAs材料，制作在下波导层5上，其作用是为有源层提供势垒，使载流子限制在有源层之中，实现量子化效应。
[0108] 有源层7使用的是InGaAs材料，制作在下势垒层6上，其作用是为量子阱激光器提供有源区，产生光子，实现光增益。所述的有源层采用InxGa1-xAs应变材料，x=0.196。
[0109] 上势垒层8采用GaAs材料，制作在下有源层7上，其作用是为有源层提供势垒，使载流子限制在有源层之中，实现量子化效应。
[0110] 上波导层9采用Al0.3Ga0.7As材料，制作在上势垒层8上，其作用是限制光的传播，提高激光器的光束质量。
[0111] P型上限制层10采用Al0.7Ga0.3As材料，制作在上波导层9上，其目的是抑制激光器横模向欧姆接触层的传播，减少光能损耗，同时也起到了限制载流子扩散的作用，降低了18 -3
阈值电流。其中掺杂浓度为1×10 cm ，掺入Zn杂质。
阈值电流。其中掺杂浓度为1×10 cm ，掺入Zn杂质。
[0112] 欧姆接触层11采用p型GaAs材料，制作在p型上限制层10上，其目的是实现欧19 -3
姆接触，提高转换效率和输出功率。其中掺杂浓度为1×10 cm ，掺入Zn杂质。
姆接触，提高转换效率和输出功率。其中掺杂浓度为1×10 cm ，掺入Zn杂质。
[0113] 本发明以InxGa1-xAs材料作为量子阱结构的有源层，以GaAs材料作为势垒层，通过优化设计有源层7厚度以及材料组分，使量子阱带间跃迁产生的线宽展宽因子与自由载流子吸收和带隙收缩产生的线宽展宽因子降到最低。参见图6，线宽展宽因子大小约为0，从而使线宽从一般的量子阱激光器的2155GHz降到了2GHz。有效降低了980nm F-P腔量子阱激光器的光谱宽度，改善了量子阱激光器光束的质量。
[0114] 由图3可见：
[0115] 在线宽展宽因子的优化过程中，可以通过设计InxGa1-xAs/GaAs量子阱的阱宽和In组分，调节能带结构中导带第一子带Ec1和重空穴第一子带Ehh1，得到线宽展宽因子最小的结构。
[0116] 由图4可见：
[0117] 在设计980nm InxGa1-xAs/GaAs半导体激光器时，随着量子阱阱宽的增加，In组分x 不断减小。
[0118] 由图5可见：
[0119] 随着阱宽的增加，980nm InxGa1-xAs/GaAs半导体激光器的线宽展宽因子大小总体呈增加趋势，在阱宽为8nm处线宽展宽因子最接近0。
[0120] 由图6可见：
[0121] 与980nm半导体激光器阱宽对应的In组分x不断增加，线宽展宽因子大小呈减小趋势，在x=0.2左右最接近0。
[0122] 由图7是图5和图6综合后的立体显示，可以清晰的看出在阱宽为8nm，对应 In组分x=0.196处的线宽展宽因子最接近0，即这种激光器将具有更好的线宽特性。
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