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一种短波长AlGaInP红光半导体激光器

阅读:1030发布:2020-10-21

专利汇可以提供一种短波长AlGaInP红光半导体激光器专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且一种短 波长 AlGaInP红光 半导体 激光器 ,其结构从下至上依次为衬底、下 缓冲层 、下限制层、下 波导 层、 量子阱 层、上波导层、上限制层、上缓冲层和欧姆 接触 层;下缓冲层为AlxIn1-xP组分渐变层,x由0.5线性渐变至0.6;上缓冲层为AlyIn1-yP组分渐变层,y由0.6线性渐变至0.5;下波导层及上波导层均为(AlzGa1-z)0.6In0.4P;下限制层及上限制层均为Al0.6In0.4P。本 发明 通过AlInP组分渐变缓冲层,使得限制层及波导层的In组分降到0.4,限制层材料折射率减小,波导层材料带隙增加,可以更好地限制 光子 和载流子,同时,量子阱层在低应变条件下即可获得590-620nm的短波长的光。,下面是一种短波长AlGaInP红光半导体激光器专利的具体信息内容。

1.一种短波长AlGaInP红光半导体激光器,其结构从下至上依次为衬底、下缓冲层、下限制层、下波导层、量子阱层、上波导层、上限制层、上缓冲层和欧姆接触层;其特征是:下缓冲层为AlxIn1-xP组分渐变层,x由0.5线性渐变至0.6;上缓冲层为AlyIn1-yP组分渐变层,y由0.6线性渐变至0.5;下波导层及上波导层均为(AlzGa1-z)0.6In0.4P;下限制层及上限制层均为Al0.6In0.4P。
2.如权利要求1所述的短波长AlGaInP红光半导体激光器,其特征是:所述下缓冲层的厚度为1-2μm。
3.如权利要求1所述的短波长AlGaInP红光半导体激光器,其特征是:所述上缓冲层AlyIn1-yP的厚度为0.2-0.5μm。
4.如权利要求1所述的短波长AlGaInP红光半导体激光器,其特征是:所述下波导层及上波导层(AlzGa1-z)0.6In0.4P中z的取值为0.5-0.7。
5.如权利要求1所述的短波长AlGaInP红光半导体激光器,其特征是:所述下限制层及上限制层Al0.6In0.4P的厚度为2-3μm。
6.如权利要求1所述的短波长AlGaInP红光半导体激光器,其特征是:所述量子阱层为GauIn1-uP,u取值为0.6-0.7,厚度5-15nm,发光波长为590-620nm。

说明书全文

一种短波长AlGaInP红光半导体激光器

技术领域

[0001] 本发明涉及一种短波长的红光半导体激光器,属于半导体激光器技术领域。

背景技术

[0002] 红光半导体激光器具有体积小、寿命长、光电转换效率高等优点,正在逐渐取代传统的He-Ne气体激光器及红宝石固体激光器,并且广泛应用于光盘读写系统、条形码阅读器、准直标线仪、医疗保健设备等领域。另外,它还是激光电视、便携式投影仪等激光显示设备的红光光源
[0003] 早期的红光半导体激光器使用AlGaAs材料体系,比如CD机用的780nm的AlGaAs半导体激光器。由于光盘的存储密度是同激光的波长成反比的,要增加光存储密度,必须降低半导体激光器的激射波长。另外,在红光波段,人眼的视觉灵敏度随着光线波长的变短而提高,例如人眼对635nm光线的敏感度是660nm光线的3倍。因此,用在激光显示的红光半导体激光器也是要求波长越短越好,这样才能获得高亮度的图像。如果AlGaAs材料Al组分增加,更容易被化造成缺陷增加,影响激光器性能。而且随着Al组分增加,其能带接近间接带隙,发光效率大幅下降,所以AlGaAs材料体系的半导体激光器的最短激射波长在680nm左右。因此,带隙更大的AlGaInP材料开始应用于红光半导体激光器,并成为沿用至今的红光主流材料。
[0004] 相比于808nm、980nm等长波长半导体激光器,短波长的红光半导体激光器制作难度更大。主要的难点包括两个方面:一是由于AlGaInP材料体系的限制,有源区及限制层的带隙差较小,因而对注入载流子的限制能较差,容易产生泄露电流。这不仅会使半导体激光器的内量子效率降低,功率转换效率下降,还会导致器件的特征温度变低,输出功率对温度的敏感度变高。二是红光半导体激光器波长短,光子能量高,在高功率下工作时,对腔面的抗烧毁能力要求更高。
[0005] 特征温度:半导体激光器是一个对温度很敏感的器件,其阈值电流随温度的升高而加大。在一定温度范围内,阈值电流同温度的关系表示为:
[0006] Ith=I0exp(T/T0),
[0007] 式中,Ith表示结温为T时的阈值电流,I0为常数,T0即为半导体激光器的特征温度,表征阈值电流对工作温度的敏感程度。
[0008] 文献IEEE J.Sel.Top.Quant.,2011,Vol.17,pp1723报道了一种大功率625nm AlGaInP半导体激光器。高带隙的AlInP被用作限制层来提高光限制因子,减弱漏电流。选择性Zn扩散技术被用来提高腔面的抗损伤能力。此短波长的红光半导体激光器可在25℃时获得220mW及44lm的连续输出。但是由于波长较短,器件对光子及电子的限制能力较差,625nm的半导体激光器的光通量是低于波长略长的638nm半导体激光器的,离实际应用还有一段距离。
[0009] 中国专利文献CN103124046A公开了一种半导体激光器,包括衬底以及依次层叠设置于所述衬底上的缓冲层、N型下限制层、下波导层、量子阱层、上波导层、P型上限制层、过渡层以及电极接触层,所述上波导层和所述下波导层均为镓铟磷材料,激射波长在630-640nm,且所述上波导层的材料组分为Alx1Gay1In0.49P,所述下波导层的材料组分为Alx2Gay2In0.49P,其中x1>x2,y1

发明内容

[0010] 针对现有半导体激光器技术存在的不足,本发明提供一种短波长AlGaInP红光半导体激光器,该激光器使得量子阱层在低应变条件下即可获得短波长的光。
[0011] 本发明的短波长AlGaInP红光半导体激光器,采用以下技术方案:
[0012] 该红光半导体激光器,其结构从下至上依次为衬底、下缓冲层、下限制层、下波导层、量子阱层、上波导层、上限制层、上缓冲层和欧姆接触层;下缓冲层为AlxIn1-xP组分渐变层,x由0.5线性渐变至0.6;上缓冲层为AlyIn1-yP组分渐变层,y由0.6线性渐变至0.5;下波导层及上波导层均为(AlzGa1-z)0.6In0.4P;下限制层及上限制层均为Al0.6In0.4P。
[0013] 所述衬底为N型GaAs。
[0014] 所述下缓冲层的厚度为1-2μm。
[0015] 所述上缓冲层AlyIn1-yP的厚度为0.2-0.5μm。
[0016] 所述下波导层及上波导层(AlzGa1-z)0.6In0.4P中z的取值为0.5-0.7。
[0017] 所述下限制层及上限制层Al0.6In0.4P的厚度为2-3μm。
[0018] 所述量子阱层为GauIn1-uP,u取值为0.6-0.7,厚度5-15nm,量子阱发光波长590-620nm。
[0019] 所述欧姆接触层为P型GaAs。
[0020] 本发明通过AlInP组分渐变缓冲层,使得限制层及波导层的In组分降到0.4。相比于现有的与GaAs晶格匹配的AlGaInP红光半导体激光器,具有以下特点:
[0021] 1.限制层的折射率减小,激光器的光限制因子增加,因而增益系数变大,激光器的阈值电流密度下降。
[0022] 2.波导层带隙增加,可以更有效的限制载流子的逃逸,提高电光转换效率,减少产热,增加器件可靠性。
[0023] 3.量子阱层在低应变条件下即可使用高带隙材料,获得短波长的光,同时不会存在高应变量带来的缺陷,提高了材料的生长质量
[0024] 4.限制层厚度较大,使得发光区远离缓冲层的高位错区,激光器性能不会受到影响。附图说明
[0025] 图1为本发明短波长AlGaInP红光半导体激光器的结构示意图。
[0026] 图中,1、衬底,2、下缓冲层,3、下限制层,4、下波导层,5、量子阱层,6、上波导层,7、上限制层,8、上缓冲层,9、欧姆接触层。

具体实施方式

[0027] 如图1所示,本发明的短波长AlGaInP红光半导体激光器,其结构由下至上依次为衬底1、下缓冲层2、下限制层3、下波导层4、量子阱层5、上波导层6、上限制层7、上缓冲层8和欧姆接触层9。
[0028] 衬底1为通用的N型GaAs。
[0029] 下缓冲层2为1-2μm厚的AlxIn1-xP,Al组分x由0.5线性渐变至0.6,即生长的第一层晶格为与GaAs晶格匹配的Al0.5In0.5P,最后一层为Al0.6In0.4P,且最后一层晶格应变得到释放,其晶格常数同于体材料Al0.6In0.4P。
[0030] 下限制层3及上限制层7均为2-3μm厚的Al0.6In0.4P。对于620nm红光波长,Al0.6In0.4P折射率约为3.05,低于Al0.5In0.5P的折射率3.15。
[0031] 下波导层4及上波导层6均为高带隙的(AlzGa1-z)0.6In0.4P,z的取值为0.5-0.7。
[0032] 量子阱层5为5-15nm厚的GauIn1-uP,u取值为0.6-0.7,量子阱发光波长为590-620nm。相对于两侧下波导层4及上波导层6的(AlzGa1-z)0.6In0.4P,其张应变量在
0-0.7%范围内,但是激射波长可短至630nm以下。
[0033] 上缓冲层8为0.2-0.5μm厚的AlyIn1-yP,Al组分由0.6线性渐变至0.5,即生长的第一层晶格与上限制层7相同,为Al0.6In0.4P,最后一层为Al0.5In0.5P,且最后一层晶格应变得到释放,其晶格常数同于GaAs。
[0034] 欧姆接触层9为P型GaAs。
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