掺杂型的半导体可饱和吸收镜、其制备方法以及激光器

摘要

本发明提供了一种掺杂型的半导体可饱和吸收镜、其制备方法以及激光器，其中，掺杂型的半导体可饱和吸收镜，包括：层叠设置的分布式布拉格反射镜以及至少一个周期的可饱和吸收体，其中，一个周期的可饱和吸收体包括：层叠设置的缓冲层、可饱和吸收层以及第一盖层，缓冲层位于分布式布拉格反射镜与可饱和吸收层之间；在半导体可饱和吸收镜包括多个周期的可饱和吸收体的情况下，其还包括：间隔层，任一相邻的两个周期的可饱和吸收体之间均设置有间隔层；缓冲层或第一盖层或间隔层内存在P型或N型掺杂区域A。应用本发明的技术方案能够有效地解决现有技术中半导体可饱和吸收镜的光学特性差以及基于元器件构成的超快激光器的性能和稳定性差的问题。

权利要求

1.一种掺杂型的半导体可饱和吸收镜，包括：

层叠设置的分布式布拉格反射镜（20）以及至少一个周期的可饱和吸收体（30），其中，一个周期的所述可饱和吸收体（30）包括：层叠设置的缓冲层（31）、可饱和吸收层（32）以及第一盖层（33），所述缓冲层（31）位于所述分布式布拉格反射镜（20）与所述可饱和吸收层（32）之间；

在所述掺杂型的半导体可饱和吸收镜包括多个周期的所述可饱和吸收体（30）的情况下，所述掺杂型的半导体可饱和吸收镜还包括：间隔层（50），任一相邻的两个周期的所述可饱和吸收体（30）之间均设置有所述间隔层（50），其特征在于，任一个周期的所述可饱和吸收体（30）内的所述缓冲层（31）或所述第一盖层（33）内存在掺杂区域A，或者，所述间隔层（50）内存在掺杂区域A，所述掺杂区域A为P型掺杂区域或N型掺杂区域。

2.根据权利要求1所述的掺杂型的半导体可饱和吸收镜，其特征在于，在所述缓冲层（31）或所述第一盖层（33）内存在所述掺杂区域A的情况下，所述掺杂区域A与所述可饱和吸

16 19

收层（32）之间的距离在7‑15nm之间，所述掺杂区域A内的掺杂元素的掺杂浓度在10 ‑10 /3

cm之间，所述掺杂区域A的厚度在5‑10nm之间；在所述间隔层（50）内存在所述掺杂区域A的

16 19 3

情况下，所述掺杂区域A内的掺杂元素的掺杂浓度在10 ‑10 /cm之间，所述掺杂区域A的厚度在5‑10nm之间，所述掺杂区域A与所述可饱和吸收层（32）之间的距离是所述掺杂区域A的靠近所述可饱和吸收层（32）的面与所述可饱和吸收层（32）的靠近所述掺杂区域A的面之间的距离。

3.根据权利要求1所述的掺杂型的半导体可饱和吸收镜，其特征在于，所述掺杂型的半导体可饱和吸收镜还包括：衬底（10），设置于所述分布式布拉格反射镜（20）的远离所述可饱和吸收体（30）的一侧；和/或，第二盖层（40），设置于所述可饱和吸收体（30）的远离所述分布式布拉格反射镜（20）的一侧。

4.根据权利要求3所述的掺杂型的半导体可饱和吸收镜，其特征在于，所述衬底（10）为GaAs衬底，所述第二盖层（40）为GaAs盖层。

5.根据权利要求1所述的掺杂型的半导体可饱和吸收镜，其特征在于，所述第一盖层（33）为InGaAs盖层，所述缓冲层（31）为InGaAs缓冲层或GaAs缓冲层。

6.根据权利要求1所述的掺杂型的半导体可饱和吸收镜，其特征在于，所述第一盖层（33）的厚度在10‑200nm之间，所述缓冲层（31）的厚度在10‑100nm之间。

7.一种激光器，包括：半导体可饱和吸收镜，其特征在于，所述半导体可饱和吸收镜为权利要求1至6中任一项所述的掺杂型的半导体可饱和吸收镜。

8.一种掺杂型的半导体可饱和吸收镜的制备方法，包括：

步骤S30：在分布式布拉格反射镜（20）上生长一个周期或多个周期的可饱和吸收体（30），其中，生长一个周期的可饱和吸收体（30）的步骤包括：步骤S31：在所述分布式布拉格反射镜（20）上生长缓冲层（31）；

步骤S32：在所述缓冲层（31）生长完成后，在所述缓冲层（31）的远离所述分布式布拉格反射镜（20）的表面上生长可饱和吸收层（32）；

步骤S33：所述可饱和吸收层（32）生长完成后再覆盖第一盖层（33）；

生长多个周期的可饱和吸收体（30）的步骤包括：

步骤S34：在所述步骤S33之后，在第一盖层（33）的远离所述可饱和吸收层（32）的表面上生长间隔层（50），然后执行步骤S31，直至生长的所述可饱和吸收体（30）的周期数到达预设值；其特征在于，所述掺杂型的半导体可饱和吸收镜的制备方法还包括：在所述缓冲层（31）或所述第一盖层（33）生长过程中，或者，在所述间隔层（50）的生长过程中，将P型掺杂元素或N型掺杂元素引入对应层内以形成掺杂区域A。

9.根据权利要求8所述的掺杂型的半导体可饱和吸收镜的制备方法，其特征在于，所述缓冲层（31）或所述第一盖层（33）内的掺杂区域A与所述可饱和吸收层（32）之间的距离在7‑

16 19 3

15nm之间，所述掺杂区域A内的掺杂元素的掺杂浓度在10 ‑10 /cm之间，所述掺杂区域A的

16

厚度在5‑10nm之间；所述间隔层（50）内的所述掺杂区域A内的掺杂元素的掺杂浓度在10 ‑

19 3

10 /cm之间，所述掺杂区域A的厚度在5‑10nm之间，所述掺杂区域A与所述可饱和吸收层（32）之间的距离是所述掺杂区域A的靠近所述可饱和吸收层（32）的面与所述可饱和吸收层（32）的靠近所述掺杂区域A的面之间的距离。

10.根据权利要求8或9所述的掺杂型的半导体可饱和吸收镜的制备方法，其特征在于，在所述步骤S30之前，所述制备方法还包括：步骤S10：取一衬底（10）；

步骤S20：在所述衬底（10）上生长分布式布拉格反射镜（20）；在所述步骤S30之后，所述制备方法还包括：步骤S40：在所述可饱和吸收体（30）的远离所述分布式布拉格反射镜（20）的表面上生长第二盖层（40）。

说明书

掺杂型的半导体可饱和吸收镜、其制备方法以及激光器

技术领域

[0001] 本发明涉及超快激光领域 ，具体而言，涉及一种掺杂型的半导体可饱和吸收镜、其制备方法以及激光器。

背景技术

[0002] 超快激光是脉冲宽度在皮秒或飞秒量级的激光，随着激光技术的飞速发展，超快激光在材料加工、医疗、激光雷达和通讯等领域具有广泛的应用。半导体可饱和吸收镜（SESAM）是采用半导体材料和工艺制造而成的一种可饱和吸收镜（SAM），同时也是可饱和吸收体(SA)其中一种，除此之外还有新兴的碳纳米管、石墨烯和过渡金属硫化物等二维材料等。但由于二维材料稳定性差，所以应用很难进行推广。SESAM 经过数十年的发展，技术相对成熟，输出稳定，已实现商业化生产，并在固体激光器及光纤激光器中广泛使用。因此 SESAM 性能的提高对于超快激光系统的发展尤为重要。

[0003] 目前，SESAM面临许多困难和挑战，主要问题在于低饱和通量和高调制深度相互制约。相对于三维体材料，二维的量子阱材料具有更加集中的态密度，使半导体材料中的载流子的限制进一步提升，并且理论上量子阱材料的器件性能也更好。遵循这一思想，零维量子点材料应运而生，这种材料的尺寸在三个维度上都与电子的德布罗意波长相当，并且量子点的载流子受到三维量子限制效应，使其具有与原子能级相似的分离能级。量子点材料的态密度呈现独特的δ函数分布，分布更加集中，因此量子点材料具有诸多新的优异特性。

[0004] 相比于量子阱材料半导体可饱和吸收镜(QW‑SESAM)，量子点半导体可饱和吸收镜(QD‑SESAM)具有更低的饱和通量。但是在量子点结构生长过程中，会引入晶格失配从而产生较多的非辐射复合中心，增强了载流子非辐射复合过程。降低了InAs/GaAs量子点光学质量，导致QD‑SESAM光吸收能力较弱，调制深度不高。

发明内容

[0005] 本发明的主要目的在于提供一种掺杂型的半导体可饱和吸收镜、其制备方法以及激光器，以解决现有技术中半导体可饱和吸收镜的光学特性差的问题。

[0006] 为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种掺杂型的半导体可饱和吸收镜，包括：层叠设置的分布式布拉格反射镜以及至少一个周期的可饱和吸收体，其中，一个周期的可饱和吸收体包括：层叠设置的缓冲层、可饱和吸收层以及第一盖层，缓冲层位于分布式布拉格反射镜与可饱和吸收层之间；在掺杂型的半导体可饱和吸收镜包括多个周期的可饱和吸收体的情况下，掺杂型的半导体可饱和吸收镜还包括：间隔层，任一相邻的两个周期的可饱和吸收体之间均设置有间隔层，任一个周期的可饱和吸收体内的缓冲层或第一盖层内存在掺杂区域A，或者，间隔层内存在掺杂区域A，掺杂区域A为P型掺杂区域或N型掺杂区域。

[0007] 在一个实施方式中，在缓冲层或第一盖层内存在掺杂区域A的情况下，掺杂区域A16
与可饱和吸收层之间的距离在7‑15nm之间，掺杂区域A内的掺杂元素的掺杂浓度在10 ‑
19 3
10 /cm之间，掺杂区域A的厚度在5‑10nm之间；在间隔层内存在掺杂区域A的情况下，掺杂
16 19 3
区域A内的掺杂元素的掺杂浓度在10 ‑10 /cm之间，掺杂区域A的厚度在5‑10nm之间。

[0008] 在一个实施方式中，掺杂型的半导体可饱和吸收镜还包括：衬底，设置于分布式布拉格反射镜的远离可饱和吸收体的一侧；和/或，第二盖层，设置于可饱和吸收体的远离分布式布拉格反射镜的一侧。

[0009] 在一个实施方式中，衬底为GaAs衬底，第二盖层为GaAs盖层。

[0010] 在一个实施方式中，第一盖层为InGaAs盖层，缓冲层为InGaAs缓冲层或GaAs缓冲层。

[0011] 在一个实施方式中，第一盖层的厚度在10‑200nm之间，缓冲层的厚度在10‑100nm之间。

[0012] 根据本发明的另一方面，提供了一种激光器，包括：半导体可饱和吸收镜，半导体可饱和吸收镜为上述的掺杂型的半导体可饱和吸收镜。

[0013] 根据本发明的最后一方面，提供了一种掺杂型的半导体可饱和吸收镜的制备方法，包括：步骤S30：在分布式布拉格反射镜上生长一个周期或多个周期的可饱和吸收体，其中，生长一个周期的可饱和吸收体的步骤包括：步骤S31：在分布式布拉格反射镜上生长缓冲层；步骤S32：在缓冲层生长完成后，在缓冲层的远离分布式布拉格反射镜的表面上生长可饱和吸收层；步骤S33：可饱和吸收层生长完成后再覆盖第一盖层；生长多个周期的可饱和吸收体的步骤包括：步骤S34：在步骤S33之后，在第一盖层的远离可饱和吸收层的表面上生长间隔层，然后执行步骤S31，直至生长的可饱和吸收体的周期数到达预设值；掺杂型的半导体可饱和吸收镜的制备方法还包括：在缓冲层或第一盖层生长过程中，或者，在间隔层的生长过程中，将P型掺杂元素或N型掺杂元素引入对应层内以形成掺杂区域A。

[0014] 在一个实施方式中，缓冲层或第一盖层内的掺杂区域A与可饱和吸收层之间的距16 19 3
离在7‑15nm之间，掺杂区域A内的掺杂元素的掺杂浓度在10 ‑10 /cm之间，掺杂区域A的厚
16 19 3
度在5‑10nm之间；间隔层内的掺杂区域A内的掺杂元素的掺杂浓度在10 ‑10 /cm之间，掺杂区域A的厚度在5‑10nm之间。

[0015] 在一个实施方式中，在步骤S30之前，制备方法还包括：步骤S10：取一衬底；步骤S20：在衬底上生长分布式布拉格反射镜；在步骤S30之后，制备方法还包括：步骤S40：在可饱和吸收体的远离分布式布拉格反射镜的表面上生长第二盖层。

[0016] 应用本发明的技术方案，在缓冲层或第一盖层或间隔层的部分区域进行N或P掺杂，提供额外电子或空穴，提高可饱和吸收层中载流子弛豫速率、价带空穴占据率。因此掺杂型的半导体可饱和吸收镜具有更低饱和通量和更高的调制深度优异的光学特性，解决了现有技术中半导体可饱和吸收镜的光学特性差的问题。

[0017] 除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

[0018] 构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

[0019] 图1为本发明的掺杂型的半导体可饱和吸收镜的实施例一的结构示意图；

[0020] 图2为本发明的掺杂型的半导体可饱和吸收镜的实施例二的结构示意图；

[0021] 图3为本发明的掺杂型的半导体可饱和吸收镜的实施例三的结构示意图；

[0022] 图4为本发明的掺杂型的半导体可饱和吸收镜的实施例四的结构示意图；以及[0023] 图5为本发明的掺杂型的半导体可饱和吸收镜的实施例五的结构示意图。其中，上述附图包括以下附图标记：

[0024] 10、衬底；20、分布式布拉格反射镜；21、第一材料层；22、第二材料层；30、可饱和吸收体；31、缓冲层；32、可饱和吸收层；33、第一盖层；40、第二盖层；50、间隔层。

具体实施方式

[0025] 需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

[0026] 为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

[0027] 需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

[0028] 需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

[0029] 如图1所示，实施例一的掺杂型的半导体可饱和吸收镜包括：层叠设置的分布式布拉格反射镜20以及可饱和吸收体30，其中，可饱和吸收体30包括：层叠设置的缓冲层31、可饱和吸收层32以及第一盖层33，缓冲层31位于分布式布拉格反射镜20与可饱和吸收层32之间，第一盖层33内存在掺杂区域A，掺杂区域A为P型掺杂区域或N型掺杂区域。

[0030] 应用实施例一的技术方案，在第一盖层33的部分区域进行N或P掺杂，提供额外电子或空穴，提高可饱和吸收层32中载流子弛豫速率、价带空穴占据率。因此掺杂型的半导体可饱和吸收镜具有更低饱和通量和更高的调制深度优异的光学特性。

[0031] 需要说明的是，掺杂实际上也是引入了其他物质，也就是会引入缺陷。发明人在研究中发现，对于SESAM来说，光吸收区域为可饱和吸收层32，即可饱和吸收层32的好坏影响着整个SESAM光学特性。如果对可饱和吸收层32进行掺杂，可能会严重影响可饱和吸收层32的光学特性。因此，发明选择在缓冲层进行P型或者N型掺杂，在第一盖层33引入掺杂同样会对可饱和吸收层32提供电子和空穴。

[0032] 还需要说明的是，P型掺杂和N型掺杂所提供的载流子不同，一个为空穴一个为电子。并且空穴散射比电子散射效率低，是由于能量守恒所需要的空穴波矢量变化大。正是由于掺杂，载流子对基态的弛豫显著增强，导致弛豫时间成倍数减少，这种超载流子弛豫归于掺杂载流子的俄歇电子‑空穴散射。所以最终P型掺杂和N型掺杂在最终效果上可能会影响脉冲宽度、饱和通量等光学特性。

[0033] 进一步地，发明人在长期研究中发现，如果掺杂区域A的位置距离可饱和吸收层32太远不利于缓解载流子的热逃逸、影响SESAM温度稳定性；太近会过多引入非辐射复合中心。如果掺杂元素的浓度过少达不到空穴补偿的效果，过多会导致较大非辐射复合，减弱发光效率。如果掺杂区域A的厚度过厚会引入更多的复合中心，降低可饱和吸收体性能；掺杂区域过薄不会有效的提供空穴或者电子。因此，对于掺杂元素的浓度、掺杂位置以及掺杂区域厚度的精确的控制能进一步达到提高SESAM光学特性的目的，如调制深度、非饱和损耗、饱和通量、饱和光强以及脉冲宽度等特性。

[0034] 为了进一步提高SESAM光学特性，在实施例一中，掺杂区域A与可饱和吸收层32之16 19 3
间的距离d在7‑15nm之间，掺杂区域A内的掺杂元素的掺杂浓度在10 ‑10 /cm之间，掺杂区域A的厚度t在5‑10nm之间。具体地，在缓冲层掺杂难度有两点，第一点是掺杂位置的控制，由于掺杂位置都是nm级的，所以要清楚了解材料的生长速率以便在恰当的位置引入掺杂。
第二点是掺杂浓度的控制，MBE是通过在源炉中加热掺杂源材料从而使其形成分子束喷射到衬底上进行掺杂（本实施例优选使用分子束外延MBE设备进行掺杂。在生长第一盖层33过程中，通过加热掺杂元素使其形成分子束流。将要进行掺杂时，打开源炉挡板使掺杂元素喷射到衬底上，从而在第一盖层33引入P型或者N型掺杂），在这个过程中要确定源材料加热温度的大小进而确定束流的大小，根据束流大小和喷射束流时间来确定掺杂浓度的大小。需要说明的是，上述距离d指的是掺杂区域A的靠近可饱和吸收层32的面与可饱和吸收层32的靠近掺杂区域A的面之间的距离。

[0035] 下面以一具体实例说明掺杂SESAM所能够产生的效果，表1为未掺杂SESAM与P掺杂18 3
SESAM的参数对比。其中，P掺杂SESAM的掺杂元素为Be，掺杂浓度为5×10 /cm ，在第一盖层
33掺杂距离为10 nm，掺杂区域A的厚度t为6 nm。

[0036] 表1 未掺杂SESAM与P掺杂SESAM的参数对比

[0037] ，

[0038] 由上述表格可以看出，在相同的SESAM结构下，经过P掺杂后的SESAM比没有掺杂的SESAM得到超快激光的性能要优异，能够得到更窄的脉冲宽度。

[0039] 优选地，在其他实例中，掺杂区域A内的掺杂元素的掺杂浓度可以为3×1017/cm3、518 3 19 3
×10 /cm、1×10 /cm。

[0040] 如图1所示，在实施例一中，可饱和吸收层32为量子点层。优选地，在本实施例中，量子点层为InAs量子点层。当然，在图中未示出的其他实施例中，可饱和吸收层也可以为量子阱层。

[0041] 如图1所示，在实施例一中，掺杂型的半导体可饱和吸收镜还包括：衬底10以及第二盖层40。其中，衬底10设置于分布式布拉格反射镜20的远离可饱和吸收体30的一侧；第二盖层40设置于可饱和吸收体30的远离分布式布拉格反射镜20的一侧。当然，在图中未示出的其他实施例中，掺杂型的半导体可饱和吸收镜也可以包括衬底和盖层中的一个。

[0042] 在本实施例一中，P型掺杂区域内的掺杂元素包括Be、C、Mg、Zn、Ge、Cd中的一种。N型掺杂区域内的掺杂元素包括 Si、Ge、Sn中的一种。具体地，各种杂质在GaAs中形成不同的能级，Ⅱ族元素Be、Mg、Zn、Cd、Hg均为浅受主，他们是GaAs材料的P型掺杂剂。Ⅵ族元素S、Se、Te在GaAs中均为浅施主杂质，是N型掺杂剂。但也有元素存在两性掺杂特性，如Ⅳ族元素Si、Ge、Sn。当一个Ⅳ族原子在Ⅲ族子晶格上时是施主，在Ⅴ族子晶格点上时是受主，最后呈现是施主还是受主完全取决于杂质的性质、浓度以及材料制备过程中的掺杂条件。基本上对于GaAs的P或者N型掺杂常用的是这些元素，其他的可能存在一些缺点。

[0043] 在实施例一中，衬底10为GaAs衬底，第二盖层40为GaAs盖层。当然，在其他实施例中，衬底的材料也可以为InP，对应第二盖层材料一般也是InP。

[0044] 在实施例一中，第一盖层33为InGaAs盖层，缓冲层31为InGaAs缓冲层。当然，在其他实施例中，第一盖层33还可以为InGaP盖层、GaAsP盖层、AlGaAs盖层和InAlGaAs盖层；缓冲层还可以为GaAs缓冲层、InGaAs缓冲层、GaAsP缓冲层以及InAlAs缓冲层。

[0045] 在实施例一中，缓冲层31的厚度在10‑100nm之间。上述结构中，缓冲层31是为了解决材料之间晶格不匹配（晶格失配）的问题，缓冲层31过薄则无法满足掺杂区域A与可饱和吸收层32之间的距离以及掺杂区域A的厚度的要求；但缓冲层太厚，它本身就可能存在晶格失配问题，从而产生应力，这可能导致薄膜出现裂纹或变形等问题，降低薄膜性能。

[0046] 在实施例一中，分布式布拉格反射镜20为31周期的分布式布拉格反射镜，31周期的分布式布拉格反射镜20包括交替堆叠的第一材料层21和第二材料层22，并且第一材料层21的折射率与第二材料层22的折射率不同，第一材料层21的材料包括GaAs，第二材料层22的材料包括AlGaAs。具体地，31周期的分布式布拉格反射镜（DBR）分别由GaAs和AlGaAs两种折射率不同材料组成，其中在1550nm波段GaAs折射率n=3.3，AlGaAs折射率n=2.87（根据Al组份不同折射率不同）。在这里要满足两种材料交替λ/4n厚度（即具体每层材料的厚度需要把波长λ和折射率n代入上式中获得）。

[0047] 在实施例一种，衬底10为无掺杂衬底（在衬底中存在半绝缘区）或N型Si掺杂衬底（衬底中存在N型区）。衬底中的N型区和半绝缘区是两种不同类型的半导体材料区域，它们的主要区别在于电阻率和掺杂浓度方面：

[0048] N型区：N型区是指在衬底中被掺杂了大量的施主原子（如硅、硒、碳等），形成N型半导体材料区域。这些施主原子会提供过剩的自由电子，因此N型区的电子浓度较高，具有较低的电阻率，也称为“导电型”区域。

[0049] 半绝缘区：半绝缘区是一种介于N型区和P型区之间的区域，其中的掺杂浓度接近于固有材料浓度（Intrinsic Carrier Concentration）。这意味着在半绝缘区内的电子和空穴数量几乎相等，不存在明显的电子或空穴的主导，电阻率很高，且对于泵浦光子的吸收和释放呈现出饱和特性，因此被称为“半绝缘型”区域。

[0050] 因为N型区和半绝缘区的电学特性存在区别，它们可以用于制作不同种类的半导体器件。例如，在激光器中，半绝缘型取代了N型区作为外界泵浦电流穿过的部位，扮演模场吸收器的角色，而N型区被用来做抽运区或是布里渊反射反馈区等结构。

[0051] 使用衬底制备半导体可饱和吸收镜（SESAM）时，一般使用N型GaAs材料作为最好的选择，而不是半绝缘区，原因如下：

[0052] 增加激光器稳定性：使用N型衬底可以促进自动模式锁定，因为这种衬底在激光器中可以提供双稳态状况，并且易于形成一个稳定和可靠的模式‑锁模饱和特性。

[0053] 有效控制脉冲宽度：使用N型衬底可以更好地控制激光脉冲的宽度，因为N型半导体的电子浓度高，对光的吸收较大，使得达到饱和吸收较容易，同时，衬底本身也具有很好的光学品质。

[0054] 实现更高的输出效率：由于N型衬底的导电性能优异，使其的注入当前外部电流要比半绝缘区更容易，这实现了更高的输出效率。

[0055] 下面简单介绍一下SESAM 的工作原理：

[0056] SESAM 的工作原理是基于可饱和吸收体弱光下处于吸收状态，强光下处于“漂白”状态。半导体可饱和吸收体工作机制是：当入射光的能量足够强时，可饱和吸收体开始吸收光，使价带上的载流子激发到导带上；随着光强的增加，导带上的电子逐渐增多，可饱和吸收体对光的吸收达到饱和，光脉冲可以无损耗通过，此时可饱和吸收体处于“漂白”状态，所形成的超短脉冲可以应用于医疗、激光雷达以及激光切割等领域的应用。

[0057] 下面简单介绍一下本实施例方案的有益效果：

[0058] 在可饱和吸收层生长过程中由于长时间生长上包层过程中相当于对有源区进行退火，在此过程中形成Ga原子空位，QD和周围材料发生In‑Ga互混，导致发光峰蓝移。P型掺杂的引入能够提高间隙原子浓度，抑制Ga空位的产生和转移，因此能够有效的抑制退火过程中的In‑Ga互混，使发光峰蓝移减小，进而优化QD‑SESAM光学特性。

[0059] 可饱和吸收层在生长过程中会产生In‑Ga互混效应还会导致较浅的限制势能，降低了基态增益。通过在QD‑SESAM中引入P型掺杂可以为价带提供大量的额外空穴，极大的提高了价带空穴的占据率，致使基态空穴很难被热激发，从而大大地提高了量子点材料的光学特性、吸收性能和温度稳定性，进而提高SESAM的调制深度和损伤阈值。

[0060] Quochi 等人在室温下观察到可饱和吸收层中非常快的载流子动力学，Gundoğdu 等报道了非掺杂可饱和吸收材料中弛豫速率为 4.8 ps，而且在引入N 型掺杂后载流子弛豫时间缩短至 1.4 ps，采用 P掺杂结构实现了 450 fs 快速弛豫时间。掺杂元素的引入可以提高可饱和吸收层中的载流子散射几率，进而证明掺杂可以有效地提高载流子弛豫速率，缩短可饱和吸收材料内载流子的弛豫时间，从而优化QD‑SESAM的光学特性。

[0061] 最后通过设计在QD‑SESAM中掺杂类型、掺杂位置、掺杂浓度和掺杂宽度的参数，增加QD‑SESAM的光吸收能力、优化载流子弛豫过程，提高QD‑SESAM调制深度和光学特性，制备高性能的SESAM。

[0062] 如图2所示，实施例二的掺杂型的半导体可饱和吸收镜与实施例一的掺杂型的半导体可饱和吸收镜的区别仅在于，掺杂区域A位于缓冲层31内。

[0063] 应用实施例二的技术方案，在缓冲层31的部分区域进行N或P掺杂，提供额外电子或空穴，提高可饱和吸收层32中载流子弛豫速率、价带空穴占据率。因此掺杂型的半导体可饱和吸收镜具有更低饱和通量和更高的调制深度优异的光学特性。

[0064] 需要说明的是，在缓冲层31引入掺杂同样会对量子点提供电子和空穴。在缓冲层31引入掺杂的难点与在第一盖层33引入掺杂的难点相同，在此不再赘述。

[0065] 在实施例二中， 第一盖层33在10‑200nm之间，缓冲层31在10‑100nm之间。上述结构中， 第一盖层33过薄则无法满足掺杂区域A与可饱和吸收层32之间的距离以及掺杂区域A的厚度的要求，而如果第一盖层33过厚则对于异质结的性能可能产生负面影响，如电子和空穴的重新结合率增加降低了异质结的电学性能。

[0066] 如图3所示，实施例三的掺杂型的半导体可饱和吸收镜与实施例一的掺杂型的半导体可饱和吸收镜的区别仅在于，掺杂型的半导体可饱和吸收镜包括多周期的可饱和吸收体30。第一个周期的可饱和吸收体30的缓冲层31位于31周期的分布式布拉格反射镜20与第一个周期的可饱和吸收体30的可饱和吸收层32之间，最后一个周期的可饱和吸收体30的第一盖层33位于可饱和吸收层32与第二盖层40之间。图中B为多周期的可饱和吸收体30形成的吸收区。任一相邻的两个周期的可饱和吸收体30之间均设置有间隔层50。

[0067] 如图4所示，实施例四的半导体饱和吸收镜与实施例二的掺杂型的半导体可饱和吸收镜的区别仅在于，掺杂型的半导体可饱和吸收镜包括多周期的可饱和吸收体30。第一个周期的可饱和吸收体30的缓冲层31位于31周期的分布式布拉格反射镜20与第一个周期的可饱和吸收体30的可饱和吸收层32之间，最后一个周期的可饱和吸收体30的第一盖层33位于可饱和吸收层32与第二盖层40之间。图中B为多周期的可饱和吸收体30形成的吸收区。任一相邻的两个周期的可饱和吸收体30之间均设置有间隔层50。

[0068] 如图5所示，实施例五的掺杂型的半导体可饱和吸收镜与实施例三和实施例四的掺杂型的半导体可饱和吸收镜的区别仅在于，掺杂区域A的位置位于间隔层50内。图中C为多周期的可饱和吸收体30形成的吸收区。当掺杂区域A的位置位于间隔层50内时，只需保证16 19 3
掺杂区域A内的掺杂元素的掺杂浓度在10 ‑10 /cm之间，掺杂区域A的厚度在5‑10nm之间即可。

[0069] 本申请还提供了一种激光器，根据本申请的激光器的实施例包括：半导体可饱和吸收镜，半导体可饱和吸收镜为上述的掺杂型的半导体可饱和吸收镜。由于上述掺杂型的半导体可饱和吸收镜具有更低饱和通量和更高的调制深度优异的光学特性，因此具有其的激光器也具有上述优点。需要说明的是，半导体可饱和吸收镜是一种用于激光器的被动锁模光学元器件。是实现超短脉冲输出的重要组成部分。被广泛应用于激光雷达、精密测量、生物医学以及工业加工等领域。

[0070] 本申请还提供了一种掺杂型的半导体可饱和吸收镜的制备方法，根据本申请的掺杂型的半导体可饱和吸收镜的制备方法的实施例一包括：步骤S30：在分布式布拉格反射镜20上生长可饱和吸收体30，可饱和吸收体30的步骤包括：步骤S31：在分布式布拉格反射镜
20上生长缓冲层31；步骤S32：在缓冲层31生长完成后，在缓冲层31的远离分布式布拉格反射镜20的表面上生长可饱和吸收层32；步骤S33：可饱和吸收层32生长完成后再覆盖第一盖层33；可饱和吸收体30的生长步骤还包括：在缓冲层31或第一盖层33生长过程中，将P型掺杂元素或N型掺杂元素引入对应层内以形成掺杂区域A。采用上述制备方法制备出的掺杂型的半导体可饱和吸收镜具有更低饱和通量和更高的调制深度优异的光学特性。

[0071] 需要说明的是，优选地，在本实施例中，以0.01单分子层每秒的生长速度(0.01ML/s)外延生长可饱和吸收层。

[0072] 在本实施例中，掺杂区域A与可饱和吸收层32之间的距离在7‑15nm之间，掺杂区域16 19 3
A内的掺杂元素的掺杂浓度在10 ‑10 /cm之间，掺杂区域A的厚度在5‑10nm之间。采用上述制备方法制备出的掺杂型的掺杂型的半导体可饱和吸收镜具有更加优异的光学特性。

[0073] 在本实施例中，在步骤S30之前，制备方法还包括：步骤S10：取一衬底10；步骤S20：在衬底10上生长分布式布拉格反射镜20；在步骤S30之后，制备方法还包括：步骤S40：在可饱和吸收体30的远离分布式布拉格反射镜20的表面上生长第二盖层40。

[0074] 实施例二的掺杂型的半导体可饱和吸收镜的制备方法与实施例一的掺杂型的半导体可饱和吸收镜的制备方法的区别仅在于：在分布式布拉格反射镜20上生长多周期的可饱和吸收体30。具体地，生长多个周期的可饱和吸收体30的步骤包括：步骤S34：在步骤S33之后，在第一盖层33的远离可饱和吸收层32的表面上生长间隔层50，然后执行步骤S31，直至生长的可饱和吸收体30的周期数到达预设值；掺杂型的半导体可饱和吸收镜的制备方法还包括：在缓冲层31或第一盖层33生长过程中，或者，在间隔层50的生长过程中，将P型掺杂元素或N型掺杂元素引入对应层内以形成掺杂区域A。采用上述制备方法制备出的掺杂型的半导体可饱和吸收镜具有更低饱和通量和更高的调制深度优异的光学特性。

[0075] 在本实施例中，当掺杂区域A位于缓冲层31或第一盖层33内时，掺杂区域A与可饱16 19 3
和吸收层32之间的距离在7‑15nm之间，掺杂区域A内的掺杂元素的掺杂浓度在10 ‑10 /cm之间，掺杂区域A的厚度在5‑10nm之间。当掺杂区域A位于间隔层50内时，掺杂区域A内的掺
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杂元素的掺杂浓度在10 ‑10 /cm 之间，掺杂区域A的厚度在5‑10nm之间。采用上述制备方法制备出的掺杂型的半导体可饱和吸收镜具有更加优异的光学特性。

[0076] 除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

[0077] 为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位（旋转90度或处于其他方位），并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

[0078] 在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

[0079] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。