本發(fā)明屬于激光器技術(shù)領(lǐng)域，涉及到一種用于醫(yī)療美容激光器的量子阱/量子點(diǎn)混合激光芯片，該激光芯片將量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)嵌入量子阱結(jié)構(gòu)形成混合有源層，可以使得發(fā)射激光的閾值電流更低，長期穩(wěn)定性更好，是一種新型激光芯片外延結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
1~3微米波段的激光器、光電探測器及焦平面陣列在眾多領(lǐng)域均有重要的應(yīng)用，例如超低損耗光纖通信及自由空間光通信、醫(yī)療美容美白、衛(wèi)星遙感成像、氣體探測、激光測風(fēng)雷達(dá)、物質(zhì)檢測光譜儀器等。
隨著人們生活水平的不斷提高，在滿足了吃、穿、住等方面的需求后，對外在美麗的需求使得整形美容行業(yè)迅速崛起，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全球醫(yī)療美容行業(yè)的規(guī)模已經(jīng)達(dá)到了千億美元的規(guī)模。其中1~3微米波段的低功率激光可以有效地去除皮膚的死皮、角質(zhì)等，達(dá)到美容美白去除皺紋的功效，且完全無副作用。
目前，1~3微米波段的激光器以多量子阱結(jié)構(gòu)為主，其基材及外延量子阱結(jié)構(gòu)根據(jù)實(shí)際的應(yīng)用需求做不同的設(shè)計(jì)。AlInGaAs/InP材料的導(dǎo)帶偏移為ΔEc=0.72ΔEg，InGaAsP/InP材料的ΔEc=0.4ΔEg，因此，AlInGaAs/InP的量子阱材料體系能更有效地阻止高溫、大注入下載流子的泄漏，改善激光器的高溫特性。另一方面，由于載流子在3個(gè)維度受到量子限制，半導(dǎo)體量子點(diǎn)具有類似于原子的分立能級，并展現(xiàn)出許多獨(dú)特的光學(xué)、電學(xué)性能。因此在多量子阱結(jié)構(gòu)中嵌入量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)，可以使得半導(dǎo)體激光器具有更低的閾值電流密度、更高的微分增益、更高的穩(wěn)定性以及更高的調(diào)制速率等優(yōu)越性能。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明提出一種用于醫(yī)療美容激光器的量子阱/量子點(diǎn)混合激光芯片，采用將量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)有效地嵌入量子阱結(jié)構(gòu)形成混合有源層，可以使得未來的激光器芯片發(fā)射激光的閾值電流更低，長期穩(wěn)定性更好。
本發(fā)明的實(shí)施例的技術(shù)方案如下：
一種用于醫(yī)療美容激光器的量子阱/量子點(diǎn)混合激光芯片,其特征在于，包括：
N型襯底層；
漸變波導(dǎo)層，所述漸變波導(dǎo)層位于所述N型襯底層上；
量子阱/量子點(diǎn)混合有源層，所述量子阱/量子點(diǎn)混合有源層位于所述漸變波導(dǎo)層上；
刻蝕阻擋層，所述刻蝕阻擋層與所述漸變波導(dǎo)層之間設(shè)置所述漸變波導(dǎo)層；
P型層，所述P型層位于所述刻蝕阻擋層上；
帽層，所述帽層位于所述P型層上;
其中，所述量子阱/量子點(diǎn)混合有源層為采用采用分子束外延方法將量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)嵌入量子阱結(jié)構(gòu)制備的混合有源層，該結(jié)構(gòu)可以兼容量子阱材料優(yōu)良的高溫特性，以及量子點(diǎn)的量子能帶特性，極大地降低激光器的閾值電流密度，提高激光器長期工作穩(wěn)定性。
進(jìn)一步具體地，所述N型襯底層由N型磷化銦（N-InP）制備而成。
進(jìn)一步具體地，所述漸變波導(dǎo)層采用鋁銦鎵砷（AlX1→X2Ga）InY1As四元組分結(jié)構(gòu)，其中所述Al元素的組分由X1漸變至X2，X1大于X2。
進(jìn)一步具體地，所述量子阱/量子點(diǎn)混合有源層為鋁銦鎵砷/銦砷/鋁銦鎵砷（AlX3Ga）InY2As/InAs/（AlX4Ga）InY3As多層循環(huán)結(jié)構(gòu)。
優(yōu)選地，所述量子阱/量子點(diǎn)混合有源層的循環(huán)層數(shù)為5-10層。
進(jìn)一步具體地，所述刻蝕阻擋層為銦鎵砷磷（In0.85GaAs0.33P）四元結(jié)構(gòu)。
進(jìn)一步具體地，所述P型層由P型磷化銦（P-InP）制備而成。
進(jìn)一步具體地，所述帽層為銦鎵砷In0.53Ga0.47As三元結(jié)構(gòu)。
具體地，所述N型襯底層厚度為400~500微米；所述漸變波導(dǎo)層厚度為0.15~0.2微米；所述量子阱/量子點(diǎn)混合有源層厚度為0.1~0.2微米；所述刻蝕阻擋層厚度為0.02微米；所述P型層厚度為1.5~2微米；所述帽層厚度為0.15~0.25微米。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn)：
首先，本發(fā)明的量子阱/量子點(diǎn)混合激光芯片的激光發(fā)射有源層為量子阱/量子點(diǎn)混合的結(jié)構(gòu)，可以兼容量子阱材料優(yōu)良的高溫特性，以及量子點(diǎn)的量子能帶特性，極大地降低激光器的閾值電流密度，提高激光器長期工作穩(wěn)定性。
其次，本發(fā)明所述激光芯片采用外延結(jié)構(gòu)，具有兩個(gè)相互對稱的漸變波導(dǎo)層，AlGaInAs層中的Al組分在波導(dǎo)層中有規(guī)律的變化，用于形成激光折射反射，提高激器的輸出效率。
附圖說明
圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種用于醫(yī)療美容激光器的量子阱/量子點(diǎn)混合激光芯片的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下述實(shí)施例是對于本發(fā)明內(nèi)容的進(jìn)一步說明以作為對本發(fā)明技術(shù)內(nèi)容的闡釋，但本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容并不僅限于下述實(shí)施例所述，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以且應(yīng)當(dāng)知曉任何基于本發(fā)明實(shí)質(zhì)精神的簡單化替換應(yīng)屬于本發(fā)明所要求的保護(hù)范圍。
如圖1所示，是本發(fā)明的一種用于醫(yī)療美容激光器的量子阱/量子點(diǎn)混合激光芯片，包括
N型襯底層101；
漸變波導(dǎo)層102，所述漸變波導(dǎo)層102位于所述N型襯底層101上；
量子阱/量子點(diǎn)混合有源層103，所述量子阱/量子點(diǎn)混合有源層103位于所述漸變波導(dǎo)層102上；
刻蝕阻擋層105，所述刻蝕阻擋層105與所述漸變波導(dǎo)層104之間設(shè)置所述漸變波導(dǎo)層102；
P型層106，所述P型層106位于所述刻蝕阻擋層105上；
帽層107，所述帽層107位于所述P型層106上;
其中，所述量子阱/量子點(diǎn)混合有源層103為采用采用分子束外延方法將量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)嵌入量子阱結(jié)構(gòu)制備的混合有源層，可以通過在此結(jié)構(gòu)上進(jìn)行的后續(xù)半導(dǎo)體工藝，制作1~3微米波長的低功率近紅外激光芯片，進(jìn)一步改善激光芯片的性能，使得其具有更低的閾值電流密度、更高的微分增益、更高的穩(wěn)定性以及更高的調(diào)制速率，可以兼容量子阱材料優(yōu)良的高溫特性，以及量子點(diǎn)的量子能帶特性，極大地降低激光器的閾值電流密度，提高激光器長期工作穩(wěn)定性。
具體地在本發(fā)明實(shí)施例中，所述N型襯底層101由N型磷化銦制備而成，襯底層還起到芯片承載功能，其厚度為400~500微米。
具體地在本發(fā)明實(shí)施例中，所述漸變波導(dǎo)層102為鋁銦鎵砷（AlX1→X2Ga）InY1As四元組分結(jié)構(gòu)，其中鋁元素的組分由X1漸變至X2，X1大于X2；所述漸變波導(dǎo)層102的厚度為0.15~0.2微米，所述漸變波導(dǎo)層的作用在于使有源區(qū)的激光在波導(dǎo)層中形成反射，最終出射激光。
具體地在本發(fā)明實(shí)施例中，所述的量子阱/量子點(diǎn)混合有源層103為鋁銦鎵砷/銦砷/鋁銦鎵砷（AlX3Ga）InY2As/InAs/（AlX4Ga）InY3As多層結(jié)構(gòu)，為了增強(qiáng)激光器的出光效率，一般這種多層結(jié)構(gòu)會(huì)有5~10循環(huán)。太厚的有源層會(huì)使得半導(dǎo)體晶格失配太大，從而產(chǎn)生弛豫形變，影響有源層的工作。
具體地在本發(fā)明實(shí)施例中，所述刻蝕阻擋層105為銦鎵砷磷（In0.85GaAs0.33P）四元結(jié)構(gòu)，刻蝕阻擋層的厚度為0.02微米。
具體地在本發(fā)明實(shí)施例中，所述P型層106為P型磷化銦（P-InP），為了后續(xù)的工藝實(shí)施，P型層厚度為1.5~2微米。
具體地在本發(fā)明實(shí)施例中，所述帽層107為銦鎵砷In0.53Ga0.47As三元結(jié)構(gòu)，用作芯片的頂層保護(hù)，厚度為0.15~0.25微米。
本發(fā)明實(shí)施例提供的量子阱/量子點(diǎn)混合激光芯片的激光發(fā)射有源層為量子阱/量子點(diǎn)混合的結(jié)構(gòu)，可以兼容量子阱材料優(yōu)良的高溫特性，以及量子點(diǎn)的量子能帶特性，極大地降低激光器的閾值電流密度，提高激光器長期工作穩(wěn)定性，同時(shí)，本發(fā)明所述激光芯片采用外延結(jié)構(gòu)，具有兩個(gè)相互對稱的漸變波導(dǎo)層，AlGaInAs層中的Al組分在波導(dǎo)層中有規(guī)律的變化，用于形成激光折射反射，提高激器的輸出效率。