一種具有w型有源區(qū)結(jié)構(gòu)的帶間級(jí)聯(lián)激光器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種具有W型有源區(qū)結(jié)構(gòu)的帶間級(jí)聯(lián)激光器。該激光器是通過在GaSb襯底上，依次制備InAs／AlSb下限制層、GaSb下波導(dǎo)層、W型有源區(qū)、GaSb上波導(dǎo)層、InAs／AlSb上限制層和InAs接觸層。W型有源區(qū)由InAs／AlSb電子注入?yún)^(qū)、InAs／AlSb空穴注入?yún)^(qū)和InAs／GaInSb／AlSb／GaInSb／InAs?W型量子阱組成。本發(fā)明是把W型有源區(qū)結(jié)構(gòu)(InAs／GaInSb／AlSb／GaInSb／InAs)和帶間級(jí)聯(lián)激光器結(jié)構(gòu)結(jié)合而形成的。本發(fā)明公開的這種帶間級(jí)聯(lián)激光器，通過增加有源區(qū)內(nèi)電子、空穴波函數(shù)交疊，從而提高有源區(qū)增益和激光器性能。
【專利說明】—種具有W型有源區(qū)結(jié)構(gòu)的帶間級(jí)聯(lián)激光器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種具有W型有源區(qū)結(jié)構(gòu)的帶間級(jí)聯(lián)激光器。
【背景技術(shù)】
[0002]據(jù)2005年BAE世界范圍內(nèi)的飛行器戰(zhàn)損統(tǒng)計(jì)，48%戰(zhàn)斗機(jī)、65%直升機(jī)、62%運(yùn)輸機(jī)的損失來自于紅外制導(dǎo)的地空/空空導(dǎo)彈。美國(guó)等西方國(guó)家大量裝備了 3-5微米紅外凝視成像制導(dǎo)的戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈、戰(zhàn)略導(dǎo)彈，在戰(zhàn)爭(zhēng)中威脅極大。而對(duì)付其最有效地方法，就是3-5微米中紅外激光對(duì)抗武器系統(tǒng)。
[0003]帶間級(jí)聯(lián)激光器(Interband Cascade Lasers, ICL)作為一種新型的激光器,工作波長(zhǎng)可覆蓋3-5 μ m波段。帶間級(jí)聯(lián)激光器(Interband Cascade Laser, ICL)的有源區(qū)是把帶間直接躍遷的II型量子阱與級(jí)聯(lián)的電子、空穴注入?yún)^(qū)結(jié)合起來形成的。帶間躍遷的II型量子阱即克服了傳統(tǒng)II1-V族材料量子阱結(jié)構(gòu)禁帶范圍有限的問題，可以通過調(diào)節(jié)InAs、GaInSb厚度，理論上可調(diào)節(jié)禁帶寬度到零。但I(xiàn)I型量子阱中電子與空穴分別限制在InAs與GaInSb阱中，導(dǎo)致有源區(qū)波函數(shù)交疊較小，從而降低了有源區(qū)增益。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)有源區(qū)波函數(shù)交疊較小的問題，本發(fā)明提出了一種W型有源區(qū)結(jié)構(gòu)的帶間級(jí)聯(lián)激光器。
[0005]本發(fā)明提出的具有W型有源區(qū)結(jié)構(gòu)的帶間級(jí)聯(lián)激光器，其是通過在GaSb襯底上，依次制備InAs / AlSb下限制層、GaSb下波導(dǎo)層、W型有源區(qū)、GaSb上波導(dǎo)層、InAs / AlSb上限制層和InAs接觸層形成，其中所述W型有源區(qū)包括形狀為W型的InAs / GaInSb /AlSb / GaInSb / InAs量子阱勢(shì)壘層。
[0006]本發(fā)明提出的上述激光器通過在有源區(qū)InGaSb中插入空穴勢(shì)壘AlSb層，增加了波函數(shù)交疊，從而提高了有源區(qū)增益，為研制高性能帶間級(jí)聯(lián)激光器提供了新的方法。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1是本發(fā)明中具有W型有源區(qū)結(jié)構(gòu)的帶間級(jí)聯(lián)激光器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0008]圖2是本發(fā)明中具有W型有源區(qū)結(jié)構(gòu)的帶間級(jí)聯(lián)激光器的能帶模擬結(jié)果圖。
[0009]圖3是本發(fā)明中具有W型有源區(qū)結(jié)構(gòu)的帶間級(jí)聯(lián)激光器的制作流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0011]本發(fā)明提出了一種具有W型有源區(qū)結(jié)構(gòu)的帶間級(jí)聯(lián)激光器，通過在有源區(qū)InGaSb中插入空穴勢(shì)壘AlSb層，解決了有源區(qū)波函數(shù)交疊較小的問題，從而提高了有源區(qū)增益，為研制高性能帶間級(jí)聯(lián)激光器提供了新的方法。
[0012]圖1示出了本發(fā)明公開的一種W型有源區(qū)結(jié)構(gòu)的帶間級(jí)聯(lián)激光器的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，該激光器是用分子束外延技術(shù)在GaSb襯底I上，依次制備出InAs / AlSb下限制層2、GaSb下波導(dǎo)層3、多個(gè)周期W型有源區(qū)4、GaSb上波導(dǎo)層5、InAs / AlSb上限制層6和InAs接觸層7，再利用該外延片制造激光器。
[0013]其中，所述的GaSb襯底為η摻雜，厚度為優(yōu)選為500um ;所述W型有源區(qū)為多個(gè)周期的有源區(qū)，優(yōu)選為5，且所述的W型有源區(qū)由InAs / AlSb電子注入?yún)^(qū)8、GaSb / AlSb空穴注入?yún)^(qū)9和InAs / GaInSb / AlSb / GaInSb / InAs W型量子阱10組成。所述的InAs /AlSb電子注入?yún)^(qū)由多對(duì)InAs / AlSb組成，優(yōu)選為6對(duì)，厚度優(yōu)選為42 / 12 / 32 / 12 /
25/ 12 / 20 / 12 / 17 / 12 / 17 / 25 A(0.lnm)，中間 4 個(gè) InAs 層中為 Si 摻雜，摻雜濃度優(yōu)選為5X1018cm_3。所述的GaSb / AlSb空穴注入?yún)^(qū)由2對(duì)GaSb / AlSb組成，厚度分別優(yōu)選為 30 / 10 / 45 / 25 A。所述的 InAs / GaInSb / AlSb / GaInSb / InAs W 型量
子阱，厚度分別優(yōu)選為17 / 10 / 10 / 10 / 14人。所述W型量子阱指在導(dǎo)帶中InAs /GaInSb / AlSb / GaInSb / InAs依次按照高-低-高-低-高勢(shì)壘形成狀似W型的量子
阱勢(shì)壘層。
[0014]其中，所述的InAs/ AlSb下限制層為η摻雜,厚度優(yōu)選為3.2 μ m ;所述的GaSb下波導(dǎo)層為不摻雜，厚度優(yōu)選為0.2um ;所述的GaSb上波導(dǎo)層為不摻雜,厚度為0.2um ;所述的InAs / AlSb上限制層為η摻雜,厚度優(yōu)選為2 μ m ;所述的InAs接觸層為η摻雜,厚度為優(yōu)選為20nm。
[0015]圖2示出了本發(fā)明中W型有源區(qū)結(jié)構(gòu)的帶間級(jí)聯(lián)激光器的能帶模擬結(jié)果。如圖2所示，在量子阱中插入AlSb層，使量子阱形成“高-低-高-低-高”的W型能帶結(jié)構(gòu)。AlSb層的插入使空穴波函數(shù)由I個(gè)主峰分裂為2個(gè)分離的波函數(shù)子峰，使電子空穴的波函數(shù)交疊增加，從而增加了有源區(qū)增益，提高了激光器性能。
[0016]本發(fā)明還公開了一種具有W型有源區(qū)結(jié)構(gòu)的帶間級(jí)聯(lián)激光器的制造方法。圖3示出了該制作方法的流程圖，如圖3所示，其具體包括:
[0017]步驟1.將GaSb襯底放在分子束外延設(shè)備樣品架上，在520°C下脫氧，然后將襯底升至550°C在銻(Sb)保護(hù)下除氣15分鐘；
[0018]步驟2.將襯底溫度降至400°C，依次生長(zhǎng)出InAs / AlSb下限制層、GaSb下波導(dǎo)層、5周期的W型有源區(qū)、GaSb上波導(dǎo)層、InAs / AlSb上限制層和InAs接觸層。
[0019]步驟3.制備好的外延片采用標(biāo)準(zhǔn)光刻技術(shù)及干法刻蝕技術(shù)，然后分別濺射鈦金合金、蒸發(fā)金鍺鎳/金制作P面和N面電極，從而制作成激光器。
[0020]以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種具有W型有源區(qū)結(jié)構(gòu)的帶間級(jí)聯(lián)激光器，其特征在于: 該激光器是通過在GaSb襯底上,依次制備InAs / AlSb下限制層、GaSb下波導(dǎo)層、W型有源區(qū)、GaSb上波導(dǎo)層、InAs / AlSb上限制層和InAs接觸層。
2.如權(quán)利要求1所述的帶間級(jí)聯(lián)激光器，其特征在于:所述的GaSb襯底為η摻雜，厚度為500um。
3.如權(quán)利要求1所述的帶間級(jí)聯(lián)激光器，其特征在于:所述的InAs/ AlSb下限制層為η摻雜，厚度為3.2 μ m。
4.如權(quán)利要求1所述的帶間級(jí)聯(lián)激光器，其特征在于:所述的GaSb下波導(dǎo)層為不摻雜，厚度為0.2um。
5.如權(quán)利要求1所述的帶間級(jí)聯(lián)激光器，其特征在于:所述的W型有源區(qū)還包括InAs / AlSb 電子注入?yún)^(qū)和 GaSb / AlSb 空穴注入?yún)^(qū)和 InAs / GaInSb / AlSb / GaInSb /InAs W型量子阱組成。
6.如權(quán)利要求1所述的帶間級(jí)聯(lián)激光器，其特征在于:所述的GaSb上波導(dǎo)層為不摻雜，厚度為0.2um。
7.如權(quán)利要求1所述的帶間級(jí)聯(lián)激光器，其特征在于:所述的InAs/ AlSb上限制層為η摻雜，厚度為2μηι。
8.如權(quán)利要求1所述的帶間級(jí)聯(lián)激光器，其特征在于:所述的InAs接觸層為η摻雜，厚度為20nm。
9.如權(quán)利要求5所述的帶間級(jí)聯(lián)激光器，其特征在于:所述的InAs/ AlSb電子注入?yún)^(qū)由 6 對(duì) InAs / AlSb 組成，厚度分別為 42 / 12 / 32 / 12 / 25 / 12 / 20 / 12 / 17 /12 / 17 / A H旬4個(gè)InAs層中為Si摻雜，摻雜濃度為5X IO18CnT3 ;所述的GaSb /AlSb空穴注入?yún)^(qū)由2對(duì)GaSb / AlSb組成，厚度分別為30 / 10 / 45 / 25 A。
10.如權(quán)利要求5所述的帶間級(jí)聯(lián)激光器，其特征在于:所述的InAs/ GaInSb /AlSb / GaInSb / InAs W 型量子阱，厚度分別為 17 / 10 / 10 / 10 / 14 A。
【文檔編號(hào)】H01S5/20GK103545713SQ201310529303
【公開日】2014年1月29日 申請(qǐng)日期:2013年10月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月31日
【發(fā)明者】張宇, 邢軍亮, 徐應(yīng)強(qiáng), 任正偉, 牛智川 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所