本发明涉及半导体光电子学技术领域；Al组分正向渐变的单波导结构波导层的载流子损耗较大，反向渐变结构远场发散角小，内损耗严重，载流子的损耗和泄漏导致980 nm半导体激光器的阈值电流增大，工作电压增加，本发明提供一种具有Al组分的双波导半导体激光器结构及其制备方法，波导层内波导Al组分正向渐变，外波导Al组分反向渐变的双波导结构，正向渐变内波导结构提高了有源区载流子的限制能力，反向渐变外波导提高了波导层的载流子限制能力，本发明解决载流子泄漏和光学损耗严重的问题，降低了非辐射复合和泄漏电流，从而降低激光器的串联电阻和工作电压，提高激光器的输出功率和电光转换效率。
1.一种具有Al组分正向渐变内波导和反向线性渐变外波导结构的双波导半导体激光器结构，其特征在于：所述双波导半导体激光器结构包括n‑GaAs衬底（1）和外延生长方向依次设置的n‑AlGaAs渐变层（2）、n‑AlxGa1‑xAs限制层（3）、反向Al组分渐变n‑AlxGa1‑xAs外波导层（4）、正向Al组分渐变n‑AlxGa1‑xAs内波导层（5）、InGaAs/GaAsP有源区层（6）、正向Al组分渐变p‑AlxGa1‑xAs内波导层（7）、反向Al组分渐变p‑AlxGa1‑xAs外波导层（8）、p‑AlxGa1‑xAs限制层（9）、p‑AlGaAs渐变层（10）和GaAs接触层（11），所述n‑GaAs衬底（1）在晶面上生长，n‑AlGaAs渐变层（2）在n‑GaAs衬底（1）上生长，n‑AlxGa1‑xAs限制层（3）在n‑AlGaAs渐变层（2）上生长，n‑AlxGa1‑xAs外波导层（4）在n‑AlxGa1‑xAs限制层（3）上生长，n‑AlxGa1‑xAs内波导层（5）在n‑AlxGa1‑xAs外波导层（4）上生长，InGaAs/GaAsP有源区层（6）在n‑AlxGa1‑xAs内波导层（5）上生长，p‑AlxGa1‑xAs内波导层（7）在InGaAs/GaAsP有源区层（6）上生长，p‑AlxGa1‑xAs外波导层（8）在p‑AlxGa1‑xAs内波导层（7）上生长，p‑AlxGa1‑xAs限制层（9）在p‑AlxGa1‑xAs外波导层（8）上生长，p‑AlGaAs渐变层（10）在p‑AlxGa1‑xAs限制层（9）上生长，GaAs接触层（11）在p‑AlGaAs渐变层（10）上生长。
2.根据权利要求1所述的具有Al组分正向渐变内波导和反向线性渐变外波导结构的双波导半导体激光器结构，其特征在于：所述n‑GaAs衬底（1）厚度1000 3000 nm，掺杂浓度为1~
×10 3×10 cm ；所述GaAs接触层（11）厚度100 300 nm，固定掺杂1×10 3×10 cm‑1 ~ ~ ~
3.根据权利要求1所述的具有Al组分正向渐变内波导和反向线性渐变外波导结构的双波导半导体激光器结构，其特征在于：所述n‑AlGaAs渐变层（2）中Al组分渐变，n‑AlGaAs渐变层（2）Al组分最大值与n‑AlxGa1‑xAs限制层（3）的Al组分x的值相同，最小值大于0；所述n‑AlGaAs渐变层（2）中掺杂浓度渐变，掺杂浓度最大值与n‑GaAs衬底（1）的掺杂浓度相同，最小值与n‑AlxGa1‑xAs限制层（3）的值相同；所述n‑AlGaAs渐变层（2）厚度为50~200 nm；
所述p‑AlxGa1‑xAs限制层（9）中Al组分、掺杂浓度和厚度与n‑AlxGa1‑xAs限制层（3）相同。
4.根据权利要求1所述的具有Al组分正向渐变内波导和反向线性渐变外波导结构的双波导半导体激光器结构，其特征在于：所述n‑AlxGa1‑xAs限制层（3）中Al组分x满足0.2≤x≤
0.4，n‑AlxGa1‑xAs限制层（3）为恒定重掺杂5×10 ~2×10 cm ，厚度1000~2000 nm，n‑AlxGa1‑xAs限制层（3）掺杂浓度和厚度均大于n‑AlxGa1‑xAs外波导层（4）。
5.根据权利要求1所述的具有Al组分正向渐变内波导和反向线性渐变外波导结构的双波导半导体激光器结构，其特征在于：所述n‑AlxGa1‑xAs外波导层（4）中Al组分x满足0.1≤x≤0.3，n‑AlxGa1‑xAs外波导层（4）厚度为1000~1300 nm，反向Al组分渐变，n‑AlxGa1‑xAs外波导层（4）的Al组分梯度的范围为0.1 0.25；
所述n‑AlxGa1‑xAs内波导层（5）中0＜x＜0.25，n‑AlxGa1‑xAs内波导层（5）厚度300~550 nm，Al组分x的最大值小于n‑AlxGa1‑xAs外波导层（4）中Al组分x的最小值，n‑AlxGa1‑xAs内波导层（5）的Al组分梯度的范围为0 0.15；
所述n‑AlxGa1‑xAs外波导层（4）和n‑AlxGa1‑xAs内波导层（5）的掺杂浓度范围为0~1×10 ‑1cm ，n‑AlxGa1‑xAs外波导层（4）和n‑AlxGa1‑xAs内波导层（5）的掺杂浓度最高不高于n‑AlxGa1‑xAs限制层（3）的掺杂浓度。
6.根据权利要求1所述的具有Al组分正向渐变内波导和反向线性渐变外波导结构的双波导半导体激光器结构，其特征在于：所述InGaAs/GaAsP有源区层（6）的InGaAs量子阱层（6‑2）的数量为1 3个，GaAsP势垒层（6‑1）和InGaAs量子阱层（6‑2）的厚度范围为6 10 nm，~ ~其中GaAsP势垒层（6‑1）厚度大于或等于InGaAs量子阱层（6‑2）的厚度。
7.根据权利要求1所述的具有Al组分正向渐变内波导和反向线性渐变外波导结构的双波导半导体激光器结构，其特征在于：所述p‑AlxGa1‑xAs内波导层（7）中x满足0＜x＜0.3，p‑AlxGa1‑xAs内波导层（7）厚度50~300 nm，且厚度不大于n‑AlxGa1‑xAs内波导层（5）的厚度，外延方向Al组分逐渐增加，p‑AlxGa1‑xAs内波导层（7）的Al组分梯度为0~0.15；
所述p‑AlxGa1‑xAs外波导层（8）中x满足0＜x＜0.4，p‑AlxGa1‑xAs外波导层（8）的厚度200~500 nm，延外延方向Al组分逐渐降低，反向Al组分渐变p‑AlxGa1‑xAs外波导层（8）的Al组分梯度范围为0 0.25；
所述p‑AlxGa1‑xAs内波导层（7）和p‑AlxGa1‑xAs外波导层（8）的掺杂浓度范围为0~1×10 1
8.根据权利要求1所述的具有Al组分正向渐变内波导和反向线性渐变外波导结构的双波导半导体激光器结构，其特征在于：所述p‑AlGaAs渐变层（10）中Al组分渐变，Al组分最小值大于0；所述p‑AlGaAs渐变层（10）中掺杂浓度渐变，掺杂浓度最大值与GaAs接触层（11）的掺杂浓度相同；所述p‑AlGaAs渐变层（10）的厚度小于n‑AlGaAs渐变层（2）的厚度。
9.一种如权利要求1 8任一权利要求所述的具有Al组分正向渐变内波导和反向线性渐~变外波导结构的双波导半导体激光器结构的制备方法，其特征在于：具体包括以下步骤：步骤1. 清洗n‑GaAs衬底（1）表面，n‑AlGaAs渐变层（2）生长：反应室内通入氢气，反应室温度为700 740℃，持续5 15分钟，清洗n‑GaAs衬底（1）表面颗粒污染物和去除表面氧原~ ~子；反应室温度降至650～680℃，三甲基镓流量为90 sccm，砷烷流量为440 sccm，三甲基铝渐变流量为0 125 sccm，硅烷流量为50～100sccm，生长厚度为50 200 nm，n型掺杂浓度为5~ ~
步骤2.n‑AlxGa1‑xAs限制层（3）生长：反应室温度保持不变，三甲基镓流量为55 sccm，三甲基铝流量为70 125 sccm，砷烷流量为440 sccm，硅烷流量为50～100sccm，n型掺杂浓度
步骤3.n‑AlxGa1‑xAs外波导层（4）生长：反应室温度保持不变，三甲基镓流量为90 sccm，三甲基铝渐变流量为0 40 sccm，砷烷流量为600～1200 sccm，硅烷流量为50～100sccm，掺~
步骤4. n‑AlxGa1‑xAs内波导层（5）生长：反应室温度保持不变，三甲基镓流量为90 sccm，三甲基铝渐变流量为0 40 sccm，砷烷流量为600～1200 sccm，硅烷流量为50～~
步骤5. InGaAs/GaAsP有源区层（6）生长：GaAsP势垒层（6‑1）：温度不变，三甲基镓流量为45 sccm，砷烷流量为800～1500 sccm，磷烷流量为300～500 sccm，生长时间为36秒；
InGaAs量子阱层（6‑2）：温度升至680～700度，三甲基镓流量为64 sccm，三甲基铟流量为
240 sccm，砷烷流量为1000～2000sccm，生长时间为18秒；
步骤7.p‑AlxGa1‑xAs内波导层（7）生长：温度降至为650～680℃，三甲基镓流量为97 sccm，三甲基铝渐变流量为0 40sccm，砷烷流量为1160 sccm，四溴化碳流量为5 20 sccm；
步骤8.p‑AlxGa1‑xAs外波导层（8）生长：温度保持不变，三甲基镓流量为97 sccm，三甲基铝渐变流量为0 40sccm，砷烷流量为1160 sccm，四溴化碳流量为5 20 sccm；
步骤9.p‑AlxGa1‑xAs限制层（9）生长：温度保持不变，三甲基镓流量为75 sccm，三甲基铝流量为70 125 sccm，砷烷流量为1160 sccm，四溴化碳流量为5 20 sccm，p型掺杂浓度5×
步骤10.p‑AlGaAs渐变层（10）生长：温度降至550 650℃，三甲基镓流量为90 sccm，砷~烷流量为440 sccm，四溴化碳流量为10 25 sccm；
步骤11.GaAs接触层（11）生长：温度不变，三甲基镓流量为90 sccm，砷烷流量为440
sccm，四溴化碳流量为10 25 sccm，恒定重掺杂1×10 3×10 cm 。
具有Al组分的双波导半导体激光器结构及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明涉及半导体光电子学技术领域，更具体的说，涉及一种具有Al组分的双波导半导体激光器结构及其制备方法。
背景技术
[0002] 波导层是980 nm半导体激光器的重要组成部分，对激光器的输出特性起着关键作用。波导结构设计一般情况下会采用固定Al组分的单波导结构，但这种结构对载流子和光场的限制能力都比较弱，增加了载流子损耗，高阶模式数量也较多。在固定Al组分单波导的基础上，提出了Al组分渐变的单波导结构。Al组分正向渐变的单波导结构提高了有源区载流子限制能力，但对于宽波导结构，波导层的载流子损耗比较大。Al组分反向渐变的单波导结构由于具有极小的光限制因子，因此远场发散角小。但内损耗严重，载流子损耗大，输出功率和效率低。
[0003] 载流子限制能力弱，载流子损耗大是影响980 nm半导体激光器高功率、高电光转换效率输出的关键科学问题。固定Al组分波导层非辐射复合效率高，载流子泄漏问题严重；采用单一Al组分正向渐变或单独采用Al组分反向渐变的波导结构能够提高靠近有源区部分和远离有源区部分的载流子限制能力。但对于Al组分反向渐变的波导容易导致有源区载流子浓度过高，有源区附近电势存在严重不匹配，导致载流子严重泄漏；对于正向Al组分渐变的结构，虽然其载流子限制能力优于反向渐变波导，但其有源区载流子浓度仍偏高，载流子限制能力较弱。载流子的损耗和泄漏导致980 nm半导体激光器的阈值电流增大，工作电压增加。它们是限制980 nm半导体激光器实现性能的主要因素。因此，设计高功率半导体激光器的波导结构对增强载流子限制能力，提高半导体激光器的电学性能具有重要意义。
发明内容
[0004] 针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种具有Al组分的双波导半导体激光器结构及其制备方法，该发明能够降低有源区的层间载流子浓度，减少波导层载流子损耗，提高载流子限制能力，降低非辐射复合和泄漏电流，从而降低串联电阻和工作电压，实现提高输出功率和电光转换效率的目的。
[0005] 为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
[0006] 一种具有Al组分正向渐变内波导和反向线性渐变外波导结构的双波导半导体激光器结构，双波导半导体激光器结构包括n‑GaAs衬底和延生长方向依次设置的n‑AlGaAs渐变层、n‑AlxGa1‑xAs限制层、反向Al组分渐变n‑AlxGa1‑xAs外波导层、正向Al组分渐变n‑AlxGa1‑xAs内波导层、InGaAs/GaAsP有源区层、正向Al组分渐变p‑AlxGa1‑xAs内波导层、反向Al组分渐变p‑AlxGa1‑xAs外波导层、p‑AlxGa1‑xAs限制层、p‑AlGaAs渐变层和GaAs接触层，衬底在晶面上生长，n‑AlGaAs渐变层在n‑GaAs衬底上生长，n‑AlxGa1‑xAs限制层在n‑AlGaAs渐变层上生长，n‑AlxGa1‑xAs外波导层在n‑AlxGa1‑xAs限制层上生长，n‑AlxGa1‑xAs内波导层在n‑AlxGa1‑xAs外波导层上生长，InGaAs/GaAsP有源区层在n‑AlxGa1‑xAs内波导层上生长，p‑AlxGa1‑xAs内波导层在InGaAs/GaAsP有源区层上生长，p‑AlxGa1‑xAs外波导层在p‑AlxGa1‑xAs内波导层上生长，p‑AlxGa1‑xAs限制层在p‑AlxGa1‑xAs外波导层上生长，p‑AlGaAs渐变层在p‑AlxGa1‑xAs限制层上生长，GaAs接触层在p‑AlGaAs渐变层上生长。
[0007] 进一步，n‑GaAs衬底厚度1000 3000 nm，掺杂浓度为1×1019 3×1019 cm‑1；GaAs接~ ~20 20 ‑1
触层厚度100 300 nm，固定掺杂1×10 3×10 cm 。
~ ~
[0008] 进一步，n‑AlGaAs渐变层中Al组分渐变，n‑AlGaAs渐变层Al组分最大值与n‑AlxGa1‑xAs限制层中Al组分x的值相同，最小值大于0；n‑AlGaAs渐变层中掺杂浓度渐变，掺杂浓度最大值与n‑GaAs衬底的掺杂浓度相同，最小值与n‑AlxGa1‑xAs限制层的值相同；n‑AlGaAs渐变层厚度为50~200 nm；p‑AlxGa1‑xAs限制层中Al组分、掺杂浓度和厚度与n‑AlxGa1‑xAs限制层相同。
[0009] 进一步，n‑AlxGa1‑xAs限制层中Al组分x满足0.2≤x≤0.4，n‑AlxGa1‑xAs限制层为恒17 18 ‑1
定重掺杂5×10 ~2×10 cm ，厚度1000~2000 nm，n‑AlxGa1‑xAs限制层掺杂浓度和厚度均大于n‑AlxGa1‑xAs外波导层。
[0010] 进一步，n‑AlxGa1‑xAs外波导层中Al组分x满足0.1≤x≤0.3，n‑AlxGa1‑xAs外波导层厚度为1000~1300 nm，外延生长方向Al组分逐渐增加，n‑AlxGa1‑xAs外波导层的Al组分梯度的范围为0.1~0.25；n‑AlxGa1‑xAs内波导层中0＜x＜0.25，n‑AlxGa1‑xAs内波导层厚度300~550 nm，Al组分x的最大值小于n‑AlxGa1‑xAs外波导层中Al组分x的最小值，n‑AlxGa1‑xAs内波导层的Al组分梯度的范围为0~0.15；n‑AlxGa1‑xAs外波导层和n‑AlxGa1‑xAs内波导层的掺杂
18 ‑1
浓度范围为0~1×10 cm ，n‑AlxGa1‑xAs外波导层和n‑AlxGa1‑xAs内波导层的掺杂浓度最高不高于n‑AlGaAs限制层的掺杂浓度。
[0011] 进一步，InGaAs/GaAsP有源区层的InGaAs量子阱层的数量为1 3个，GaAsP势垒层~和InGaAs量子阱层的厚度范围为6 10 nm，其中GaAsP势垒层厚度大于或等于InGaAs量子阱~
层的厚度。
[0012] 进一步，p‑AlxGa1‑xAs内波导层中x满足0＜x＜0.3，p‑AlxGa1‑xAs内波导层厚度50~300 nm，且厚度不大于n‑AlxGa1‑xAs内波导层的厚度，外延方向Al组分逐渐增加，p‑AlxGa1‑xAs内波导层的Al组分梯度为0~0.15；p‑AlxGa1‑xAs外波导层中x满足0＜x＜0.4，p‑AlxGa1‑xAs外波导层的厚度200~500 nm，延外延方向Al组分逐渐降低，反向Al组分渐变p‑AlxGa1‑xAs外波导层08的Al组分梯度18范围为1 0~0.25；p‑AlxGa1‑xAs内波导层和p‑AlxGa1‑xAs外波导层的掺杂浓度范围为0 1×10 cm‑。
~
[0013] 进一步，p‑AlGaAs渐变层中Al组分渐变，p‑AlGaAs渐变层Al组分最大值与p‑AlxGa1‑xAs外波导层的Al组分最小值相同，Al组分最小值大于0；p‑AlGaAs渐变层中掺杂浓度渐变，掺杂浓度最大值与GaAs接触层的掺杂浓度相同，掺杂浓度最小值与p‑AlxGa1‑xAs外波导层的掺杂浓度最大值相同；p‑AlGaAs渐变层的厚度小于n‑AlGaAs渐变层的厚度。
[0014] 一种如上所述的具有Al组分正向渐变内波导和反向线性渐变外波导结构的双波导半导体激光器结构的制备方法，具体包括以下步骤：
[0015] 步骤1. 清洗n‑GaAs衬底表面，n‑AlGaAs渐变层生长：反应室内通入氢气，反应室温度为700 740℃，持续5 15分钟，清洗n‑GaAs衬底表面颗粒污染物和去除表面氧原子；反~ ~应室温度降至650～680℃，三甲基镓流量为90 sccm，砷烷流量为440 sccm，三甲基铝渐变流量为0 125 sccm，硅烷流量为50～100sccm，生长厚度为50 200 nm，n型掺杂浓度为5×~ ~
17 19 ‑3
10 3×10 cm ；
~
[0016] 步骤2. n‑AlxGa1‑xAs限制层生长：反应室温度保持不变，三甲基镓流量为55 sccm，三甲基铝流量为70 125 sccm，砷烷流量为440 sccm，硅烷流量为50～100sccm，n型掺17 ‑1 ~ 18 ‑1
杂浓度为5×10 cm 2×10 cm ；
~
[0017] 步骤3.n‑AlxGa1‑xAs外波导层生长：反应室温度保持不变，三甲基镓流量为90 sccm，三甲基铝渐变流量为0 40 sccm，砷烷流量为600～1200 sccm，硅烷流量为50～~18 ‑1
100sccm，掺杂浓度为0 1×10 cm ；
~
[0018] 步骤4. n‑AlxGa1‑xAs内波导层生长：反应室温度保持不变，三甲基镓流量为90 sccm，三甲基铝渐变流量为0 40 sccm，砷烷流量为600～1200 sccm，硅烷流量为50～~18 ‑1
100sccm，掺杂浓度为0 1×10 cm ；
~
[0019] 步骤5. InGaAs/GaAsP有源区层生长：GaAsP势垒层：温度不变，三甲基镓流量为45 sccm，砷烷流量为800～1500 sccm，磷烷流量为300～500 sccm，生长时间为36秒；InGaAs量子阱层：温度升至680～700度，三甲基镓流量为64 sccm，三甲基铟流量为240 sccm，砷烷流量为1000～2000sccm，生长时间为18秒；
[0020] 步骤6. 在步骤5的基础上循环生长2周期；
[0021] 步骤7.p‑AlxGa1‑xAs内波导层生长：温度降至为650～680℃，三甲基镓流量为97 sccm，三甲基铝渐变流量为0 40sccm，砷烷流量为1160 sccm，四溴化碳流量为5 20 sccm；~ ~
[0022] 步骤8.p‑AlxGa1‑xAs外波导层生长：温度保持不变，三甲基镓流量为97 sccm，三甲基铝渐变流量为0 40sccm，砷烷流量为1160 sccm，四溴化碳流量为5 20 sccm；~ ~
[0023] 步骤9.p‑AlxGa1‑xAs限制层生长：温度保持不变，三甲基镓流量为75 sccm，三甲基铝流量为70 125 sccm，砷烷流量为1160 sccm，四溴化碳流量为5 20 sccm，p型掺杂浓度5~ ~17 18 ‑1
×10 2×10 cm ；
~
[0024] 步骤10.p‑AlGaAs渐变层生长：温度降至550 650℃，三甲基镓流量为90 sccm，砷~烷流量为440 sccm，四溴化碳流量为10 25 sccm；
~
[0025] 步骤11.GaAs接触层生长：温度不变，三甲基镓流量为90 sccm，砷烷流量为440 20 20 ‑1
sccm，四溴化碳流量为10 25 sccm，恒定重掺杂1×10 3×10 cm 。。
~ ~
[0026] 综上所述，发明具有以下有益效果：
[0027] 本发明提供一种波导层内波导Al组分正向渐变，外波导Al组分反向渐变的双波导结构设计，正向渐变内波导结构提高了有源区载流子的限制能力，同时，反向渐变外波导提高了波导层的载流子限制能力，内外波导界面、外波导和限制层界面能带突变能抑制了载流子泄漏，本发明的结构不仅能提高载流子的限制能力，解决载流子泄漏和光学损耗严重的问题，降低了非辐射复合和泄漏电流，从而降低激光器的串联电阻和工作电压，提高激光器的输出功率和电光转换效率。
附图说明
[0028] 图1为Al组分线性渐变的双波导980 nm半导体激光器示意图；
[0029] 图2为Al组分正向和反向线性渐变的双波导980 nm半导体激光器结构延外延方向的折射率分布示意图；
[0030] 图3为传统波导结构和Al组分正向和反向线性渐变的双波导980 nm半导体激光器光损耗曲线；
[0031] 图4为传统波导结构和Al组分正向和反向线性渐变的双波导980 nm半导体激光器功率曲线。
[0032] 图中，1.n‑GaAs衬底，2.n‑AlGaAs渐变层，3.n‑AlxGa1‑xAs限制层，4.反向Al组分渐变n‑AlxGa1‑xAs外波导层，5.正向Al组分渐变n‑AlxGa1‑xAs内波导层，6.InGaAs/GaAsP有源区层，6‑1.GaAsP势垒层，6‑2.InGaAs量子阱层，7.正向Al组分渐变p‑AlxGa1‑xAs内波导层，8.反向Al组分渐变p‑AlxGa1‑xAs外波导层，9.p‑AlxGa1‑xAs限制层，10.p‑AlGaAs渐变层，11.GaAs接触层。
具体实施方式
[0033] 下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0034] 需要说明的是，为表述方便，下文中关于方向的表述与附图本身的方向一致，但并不对本发明的结构起限定作用。
[0035] 如图1 4所示，本发明公开了一种具有Al组分正向渐变内波导和反向线性渐变外~波导结构的双波导半导体激光器结构，其特征在于：所述双波导半导体激光器结构包括n‑GaAs衬底1和延生长方向依次设置的n‑AlGaAs渐变层2、n‑AlxGa1‑xAs限制层3、反向Al组分渐变n‑AlxGa1‑xAs外波导层4、正向Al组分渐变n‑AlxGa1‑xAs内波导层5、InGaAs/GaAsP有源区层6、正向Al组分渐变p‑AlxGa1‑xAs内波导层7、反向Al组分渐变p‑AlxGa1‑xAs外波导层8、p‑AlxGa1‑xAs限制层9、p‑AlGaAs渐变层10和GaAs接触层11；衬底1在晶面上生长，n‑AlGaAs渐变层2在n‑GaAs衬底1上生长，n‑AlxGa1‑xAs限制层3在n‑AlGaAs渐变层2上生长，n‑AlxGa1‑xAs外波导层4在n‑AlxGa1‑xAs限制层3上生长，n‑AlxGa1‑xAs内波导层5在n‑AlxGa1‑xAs外波导层4上生长，InGaAs/GaAsP有源区层6在n‑AlxGa1‑xAs内波导层5上生长，p‑AlxGa1‑xAs内波导层7在InGaAs/GaAsP有源区6上生长，p‑AlxGa1‑xAs外波导层8在p‑AlxGa1‑xAs内波导层7上生长，p‑AlxGa1‑xAs限制层9在p‑AlxGa1‑xAs外波导层8上生长，p‑AlGaAs渐变层10在p‑AlxGa1‑xAs限制层9上生长，GaAs接触层11在p‑AlGaAs渐变层10上生长。
[0036] n‑GaAs衬底1厚度1000 3000 nm，掺杂浓度为1×1019 3×1019 cm‑1；GaAs接触层11~ ~20 20 ‑1
厚度100 300 nm，固定掺杂1×10 3×10 cm 。
~ ~
[0037] n‑AlGaAs渐变层2中Al组分渐变，n‑AlGaAs渐变层2Al组分x最大值与n‑AlxGa1‑xAs限制层3中Al组分x的值相同，n‑AlGaAs渐变层2Al组分x最小值大于0；n‑AlGaAs渐变层2中掺杂浓度渐变，掺杂浓度最大值与n‑GaAs衬底1的掺杂浓度相同，最小值与n‑AlxGa1‑xAs限制层3的值相同；n‑AlGaAs渐变层2厚度为50~200 nm；p‑AlxGa1‑xAs限制层9中Al组分、掺杂浓度和厚度与n‑AlxGa1‑xAs限制层2相同。
[0038] n‑AlxGa1‑xAs限制层3中Al组分x满足0.2≤x≤0.4，n‑AlxGa1‑xAs限制层3为恒定重17 18 ‑1
掺杂5×10 ~2×10 cm ，厚度1000~2000 nm，n‑AlxGa1‑xAs限制层3的掺杂浓度和厚度均大于n‑AlxGa1‑xAs外波导层4。
[0039] n‑AlxGa1‑xAs外波导层4中Al组分x满足0.1≤x≤0.3，n‑AlxGa1‑xAs外波导层4厚度为1000 1300 nm，外延生长方向Al组分逐渐增加，x的最大值不大于n‑AlGaAs限制层3中的~Al组分，x的最小值需使得该层的折射率不高于GaAsP势垒层的折射率；n‑AlxGa1‑xAs外波导层4的Al组分梯度的范围为0.1~0.25；n‑AlxGa1‑xAs内波导层5中0＜x＜0.25，以防止界面突变过大导致的界面损耗过大，使得串联电阻和工作电压增加，同时，起到限制载流子的作用。n‑AlxGa1‑xAs内波导层5厚度300~550 nm，n‑AlxGa1‑xAs内波导层5的Al组分x的最大值小于n‑AlxGa1‑xAs外波导层4中Al组分x的最小值，Al组分x的最小值需使得该层的折射率不高于GaAsP势垒层的折射率。n‑AlxGa1‑xAs内波导层5的Al组分梯度的范围为0~0.15，以防止层间载流子浓度过高导致载流子损耗增加，并减小与n‑AlxGa1‑xAs外波导层4之间的界面突
18 ‑1
变。n‑AlxGa1‑xAs外波导层4和n‑AlxGa1‑xAs内波导层5的掺杂浓度范围为0~1×10 cm ，且n‑AlxGa1‑xAs外波导层4的掺杂浓度高于n‑AlxGa1‑xAs内波导层5的掺杂浓度，n‑AlxGa1‑xAs外波导层4和n‑AlxGa1‑xAs内波导层5的掺杂浓度最高不高于n‑AlGaAs限制层3的掺杂浓度。
[0040] InGaAs/GaAsP量子阱层6的InGaAs量子阱层6‑2的数量为1 3个，GaAsP势垒层6‑1~和InGaAs量子阱层6‑2的厚度范围为6 10nm，其中GaAsP势垒层6‑1厚度大于或等于InGaAs~
量子阱层6‑2厚度，InGaAs/GaAsP有源区层6组分恒定。
[0041] p‑AlxGa1‑xAs内波导层7中x满足0＜x＜0.3，p‑AlxGa1‑xAs内波导层7厚度50~300 nm，且厚度不大于n‑AlxGa1‑xAs内波导层5的厚度，外延方向Al组分逐渐增加，即自量子阱层6向外波导层8Al组分逐渐增加，x的最小值需使得该层的折射率不高于GaAsP势垒层的折射率，x的最大值小于0.3。p‑AlxGa1‑xAs内波导层7的Al组分梯度为0~0.15。
[0042] p‑AlxGa1‑xAs外波导层8中x满足0＜x＜0.4，p‑AlxGa1‑xAs外波导层8的厚度200~500 nm，延外延方向Al组分逐渐降低，即自内波导层7向限制层9Al组分逐渐降低，Al组分x的最大值不大于p‑AlxGa1‑xAs限制层9中的Al组分，最小值不小于正向Al组分渐变p‑AlxGa1‑xAs内波导层7的最小值。反向Al组分渐变p‑AlxGa1‑xAs外波导层08的Al组分梯度范围为0~0.25；18 1
p‑AlxGa1‑xAs内波导层7和p‑AlxGa1‑xAs外波导层8的掺杂浓度范围为0~1×10 cm‑ ，p‑AlxGa1‑xAs外波导层8的掺杂浓度高于p‑AlxGa1‑xAs内波导层7的掺杂浓度。
[0043] p‑AlGaAs渐变层10中Al组分渐变，其Al组分最大值与p‑AlxGa1‑xAs外波导层8的Al组分最小值相同，p‑AlGaAs渐变层10的Al组分最小值大于0；p‑AlGaAs渐变层10中掺杂浓度渐变，掺杂浓度最大值与GaAs接触层11的掺杂浓度相同，掺杂浓度最小值与p‑AlxGa1‑xAs外波导层8的掺杂浓度最大值相同；p‑AlGaAs渐变层10的厚度小于n‑AlGaAs渐变层2的厚度。
[0044] 本发明的双波导半导体激光器结构选取AlGaAs作为波导层材料，内波导层为正向Al组分渐变AlGaAs材料，外波导层为反向Al组分渐变AlGaAs材料，其折射率分布图，如图2所示。该结构的特点是在不改变有源区结构的条件下，降低有源区载流子浓度，提高载流子限制能力，从而降低外延结构中载流子损耗和光学损耗，如图3所示，进而降低工作电压，提高输出功率和电光转换效率，如图4所示。
[0045] 通过设置不同的Al组分的AlGaAs内波导，调控势垒高度，减少载流子损耗；同时，AlGaAs外波导层的Al组分梯度不能太大，主要因为能带突变过大易导致的载流子损耗，降低半导体激光器的电光转换效率，AlGaAs外波导层的高度不能超过n‑AlxGa1‑xAs限制层3。
[0046] 本发明还公开了一种如上述的具有Al组分正向渐变内波导和反向线性渐变外波导结构的双波导半导体激光器结构的制备方法，具体包括以下步骤：
[0047] 步骤1. 清洗n‑GaAs衬底1表面，n‑AlGaAs渐变层2生长：反应室内通入氢气，反应室温度为700 740℃，持续5 15分钟，清洗n‑GaAs衬底1表面颗粒污染物和去除表面氧原子；~ ~
反应室温度降至650～680℃，三甲基镓流量为90 sccm，砷烷流量为440 sccm，三甲基铝渐变流量为0 125 sccm，硅烷流量为50～100sccm，生长厚度为50 200 nm，n型掺杂浓度为5×~ ~
17 19 ‑3
10 3×10 cm ；即在GaAs衬底1上生长厚度为50 200 nm的AlGaAs渐变层2，该步骤能够~ ~
减少位错密度，减少界面晶格失配。
[0048] 步骤2. n‑AlxGa1‑xAs限制层3生长：反应室温度保持不变，三甲基镓流量为55 sccm，三甲基铝流量为70 125 sccm，砷烷流量为440 sccm，硅烷流量为50～100sccm，n型掺~17 ‑1 18 ‑1
杂浓度为5×10 cm 2×10 cm ；即在AlGaAs渐变层2上生长厚度为1000 2000 nm的n‑~ ~
AlxGa1‑xAs限制层3，该步骤的作用是提供电子并限制光场分布。
[0049] 步骤3.n‑AlxGa1‑xAs外波导层4生长：反应室温度保持不变，三甲基镓流量为90 sccm，三甲基铝渐变流量为0 40 sccm，砷烷流量为600～1200 sccm，硅烷流量为50～~18 ‑1
100sccm，掺杂浓度为0~1×10 cm ；在n‑AlxGa1‑xAs限制层3上生长厚度为1000~1300nm的n‑AlxGa1‑xAs外波导层4，该步骤能够提供光子反射传播的场所，并进一步限制载流子泄漏。
[0050] 步骤4. n‑AlxGa1‑xAs内波导层5生长：反应室温度保持不变，三甲基镓流量为90 sccm，三甲基铝渐变流量为0 40 sccm，砷烷流量为600～1200 sccm，硅烷流量为50～~18 ‑1
100sccm，掺杂浓度为0~1×10 cm ；在n‑AlxGa1‑xAs外波导层4上生长厚度为300~550nm的n‑AlxGa1‑xAs内波导层5，该步骤的作用是提供光子反射传播的场所，调控势垒高度，并限制载流子泄漏。
[0051] 步骤5. InGaAs/GaAsP有源层6生长：GaAsP势垒层6‑1：温度不变，三甲基镓流量为45 sccm，砷烷流量为800～1500 sccm，磷烷流量为300～500 sccm，生长时间为36秒，在n‑AlxGa1‑xAs内波导层5上生长厚度为6~10 nm的GaAsP势垒层6‑1，该步骤的作用是把电子和空穴限制在量子阱中。InGaAs量子阱层6‑2：温度升至680～700度，三甲基镓流量为64 sccm，三甲基铟流量为240 sccm，砷烷流量为1000～2000sccm，生长时间为18秒，在GaAsP势垒层6‑1上生长厚度为6 10 nm的InGaAs量子阱层6‑2，该步骤的作用是使电子和空穴进行~
有效复合，产生光子。
[0052] 步骤6. 在步骤5的基础上循环生长2周期，GaAsP势垒层6‑1和InGaAs量子阱层6‑2间隔分布，在本实施例中，InGaAs/GaAsP有源层6自n‑AlxGa1‑xAs内波导层5至p‑AlxGa1‑xAs内波导层7依次为GaAsP势垒层6‑1、InGaAs量子阱层6‑2、GaAsP势垒层6‑1、InGaAs量子阱层6‑2、GaAsP势垒层6‑1。
[0053] 步骤7.p‑AlxGa1‑xAs内波导层7生长：温度降至为650～680℃，三甲基镓流量为97 sccm，三甲基铝渐变流量为0 40sccm，砷烷流量为1160 sccm，四溴化碳流量为5 20 sccm；~ ~
在GaAsP势垒层6‑1上生长厚度为50~300 nm的p‑AlxGa1‑xAs内波导层7，p‑AlxGa1‑xAs内波导
18 ‑1
层掺杂浓度为0 1×10 cm 。该步骤的作用是提供光子反射传播的场所，调节势垒高度，~
并限制载流子泄漏。
[0054] 步骤8.p‑AlxGa1‑xAs外波导层8生长：温度保持不变，三甲基镓流量为97 sccm，三甲基铝渐变流量为0 40sccm，砷烷流量为1160 sccm，四溴化碳流量为5 20 sccm；p‑~ ~AlxGa1‑xAs内波导层7上生长200~500 nm的p‑AlxGa1‑xAs外波导层8，p‑AlxGa1‑xAs外波导层8
18 ‑1
掺杂浓度为0 1×10 cm 。该步骤的作用是提供光子反射传播的场所，并进一步限制载流~
子泄漏。
[0055] 步骤9.p‑AlxGa1‑xAs限制层9生长：温度保持不变，三甲基镓流量为75 sccm，三甲基铝流量为70~125 sccm，砷烷流量为1160 sccm，四溴化碳流量为5~20 sccm，p‑AlxGa1‑xAs17 18 ‑1
限制层9掺杂浓度5×10 ~2×10 cm ；p‑AlxGa1‑xAs外波导层8上生长厚度为1000~2000 nm的p‑AlxGa1‑xAs限制层9。该步骤的作用是提供空穴，限制光场分布和载流子泄漏，限制光子和载流子泄漏到限制层以外的外延结构，降低载流子和光子损耗。
[0056] 步骤10.p‑AlGaAs渐变层10生长：温度降至550 650℃，三甲基镓流量为90 sccm，~砷烷流量为440 sccm，四溴化碳流量为10~25 sccm；p‑AlxGa1‑xAs限制层9上生长厚度为50~
17 20 ‑3
100 nm的AlGaAs渐变层10，其掺杂浓度为5×10 3×10 cm 。该步骤的作用是减少位错密~
度。
[0057] 步骤11.GaAs接触层11生长：温度不变，三甲基镓流量为90 sccm，砷烷流量为440 20 20 ‑1
sccm，四溴化碳流量为10 25 sccm，恒定重掺杂1×10 3×10 cm ；p‑AlGaAs渐变层10上~ ~
生长厚度为50 200 nm的GaAs接触层11。该步骤的作用是与p电极形成欧姆接触。
~
[0058] 基于图1所示的Al组分正向和反向线性渐变的双波导980 nm半导体激光器结构，图2是该结构延外延方向的折射率分布示意图，其中电子从n型电极经n‑AlxGa1‑xAs限制层3和n‑AlxGa1‑xAs波导层注入到InGaAs/GaAsP有源区层6，空穴从p型电极经p‑AlxGa1‑xAs限制层和p‑AlxGa1‑xAs波导层注入到有源区，在有源区内电子空穴发生受激辐射产生光子。
[0059] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
