1 太原理工大学新材料界面科学与工程教育部重点实验室, 太原 030024
2 山西浙大新材料与化工研究院, 太原 030024
3 太原理工大学材料科学与工程学院, 太原 030024
4 陕西科技大学材料原子·分子科学研究所, 西安 710021)
本文设计了GaAs基1 060 nm高性能激光二极管的有源区结构, 通过在有源区中引入锑化物的应变补偿结构GaAsP/InGaAs/GaAsSb/InGaAsSb/GaAsP, 改变了有源区的能带结构, 解决了禁带宽度对发光波长的限制, 将弱Ⅱ型的量子阱能带结构变为Ⅰ型, 增大了电子空穴的波函数重叠, 提高了激光二极管跃迁概率和辐射复合概率及内量子效率, 降低了非辐射复合, 有效增强了器件输出功率和电光转换效率。同时, 设计了非对称异质双窄波导结构, p侧采用导带差大、价带差小的AlGaAs作为内、外波导层, 有利于价带空穴注入有源区且对导带中的电子形成良好的限制。n侧采用导带差小、价带差大的GaInAsP作为内、外波导层, 有利于导带电子的注入且对价带中的空穴形成更高的势垒。电子注入势垒和空穴注入势垒分别由原先的218、172 meV降低到148、155 meV, 提高了激光二极管的载流子注入效率; 电子泄漏势垒和空穴泄漏势垒分别由252、287 meV上升到289、310 meV, 增强了载流子限制能力。最后获得的激光二极管的输出功率和电光转换效率分别达到了6.27 W和85.39%, 为制备高性能GaAs基1 060 nm激光二极管提供了理论指导和数据支撑。
锑化物 应变补偿量子阱结构 非对称异质双窄波导 输出功率 电光转换效率 1 060 nm激光二极管 大功率 antimonide strain-compensated quantum well structure asymmetric heterogenous double narrow waveguide output power electro-optical conversion efficiency 1 060 nm laser diode high power
1 华中科技大学激光技术国家重点实验室,湖北武汉,430074
2 武汉邮电科学研究院国家光电子工艺中心武汉分部,湖北武汉,430074
通过低压金属有机化学气相外延(LP-MOVPE)工艺生长了AlGaInAs应变补偿量子阱材料,通过X射线双晶衍射、光荧光、二次离子质谱的测试分析得到了材料生长的优化工艺参数,降低了材料中的氧杂质含量,得到了高质量AlGaInAs应变补偿量子阱材料,室温光致发光半宽FWHM=26 meV.采用此外延材料成功制作了1.3 μm无致冷AlGaInAs应变量子阱激光器, 器件测试结果为:激射波长:1290 nm≤λ≤1330 nm;阈值电流:Ith(25℃)≤15 mA;Ith(85℃)≤25 mA;量子效率变化:Δηex(25～85℃)≤1.0 dB.
应变补偿量子阱 低压金属有机化学气相外延 无致冷
