635nm~2004nm GaAs激光外延片 (635nm~2004nm GaAs Laser Diode Epi Wafer)

砷化镓、磷化铟和氮化镓是制作激光器 (LD) 的重要材料，通过不同的方式进行掺杂会发射不同波长的激光。其中，我司可提供通过MOCVD（金属有机物化学气相沉积）方式生长的GaAs激光外延片（包含InGaAs/GaAs、GaAlAs/GaAs、InGaAlP/GaAs等外延材料体系）用于光纤通信、工业应用、VCSEL、红外和光点等领域，波长最短可达635nm，最长至2004nm，产品质量可达到国际水平。

砷化镓作为直接带隙跃迁发光材料，在LD、LED、PIN领域受到广泛关注。目前，以下激光外延材料体系的发展较成熟：

1. AlGaAs/GaAs 外延材料

AlGaAs/GaAs 激光外延材料体系是最为成熟的三五族化合物体系，是现代光电子技术中最基础的材料之一。AlGaAs在全组分范围内与GaAs晶格匹配，且具有较大的能隙差△Eg可以制备各种异质结、量子阱和超晶格结构，并且可以通过调整铝的成分来调整生成所需的波长。铝镓砷与砷化镓材料具有较大的折射率差，因此该材料体系可用于制作DBR（分布布拉格反射器），进而改善激光二极管的器件性能。然而，此材料体系由于含有Al组分，Al容易氧化，使得COD生成，限制大功率输出。

2. InGaAlP/GaAs外延体系

InGaAlP属于四元系材料，具有直接宽带隙，已成为红光激光器的主流材料。通过调节 In、Al 和 Ga 成分，InGaAlP 与GaAs 衬底晶格可匹配。该材料体系的发光范围广，覆盖了红、橙、黄、黄绿波段，因而在650nm 红光激光器以及可见发光二极管应用广泛。

该异质结的导带带阶很小，小于AlGaAs材料的350meV。电子势垒相对较低，形成泄露电流，激光器阈值电流加大，使得该特点在高温及大电流工作中更明显。AlGaInP层在合金会散射，热阻高于AlGaAs，热量过剩，从而产生结温及腔面温度。这就使得AlGaInP激光器的特征温度较低，连续工作时电光转换效率低，产生较多的热量。

典型边发射半导体激光器结构示意图

 3. GaInAs/GaAs 材料体系

AlGaAs/GaAs 体系的最长发光波长为 860nm 左右，为了获得更长波段的红外光，人们开始研究与 GaAs 之间必然存在晶格失配的 GaInAs 材料体系。

GaInAs/GaAs 应变量子阱材料，广泛用于制备发光波长大于 900nm 激光器、发光二极管器件和多结太阳能电池等。同时基于应变平衡的思想，发展了InGaAs/GaAsP 应变补偿多量子阱结构，即通过交替生长张应变和压应变的外延层，使整个结构的晶格常数与衬底的晶格常数相匹配，而能带结构与设计的发光性能相吻合，大大提高了器件的光电性能。

4. 量子阱外延

普通的单量子阱通常由量子势垒和中间的量子阱材料构成。量子阱一个维度上只有几个纳米，但对降低激光器的有源区体积和阈值电流密度非常有效。量子阱在另外两个维度上的拓展又有利于激光器功率性能的提升。

此外，量子阱的发光波长取决于导带底和价带顶的电子能级差，下图为 Al0.3Ga0.7As/GaAs 量子阱的能级，根据固体能带理论，量子阱中 GaAs 带隙低于势垒层的 Al0.3Ga0.7As，电子和势垒都分别被限制在量子阱的导带底和价带顶。

Al0.3Ga0.7As/GaAs 量子阱的能级

激光发射的波长与量子阱的厚度有关。激光器发光范围可以根据量子阱材料的组分和厚度进行调整，所以激光器的量子阱设计具有很大的灵活性。但是，在实际的设计中还需要考虑直接影响激光器的阈值电流、斜率效率、温度漂移等参数的因素，如应变量子阱中的子能级分布、材料增益随载流子的变化、材料增益峰值随温度的变化等。

LD发射波长与量子阱厚度关系