一种设有自旋轨道耦合层的半导体激光元件制造技术

本发明专利技术提供了一种设有自旋轨道耦合层的半导体激光元件，涉及半导体光电器件技术领域，从下至上依次包括衬底、下限制层、下波导层，有源层、上波导层、电子阻挡层、上限制层，有源层与上波导层之间和有源层与下波导层之间设有自旋轨道耦合层；所述自旋轨道耦合层为Ta7S

【技术实现步骤摘要】
一种设有自旋轨道耦合层的半导体激光元件


[0001]本专利技术涉及半导体光电器件
，具体而言，涉及一种设有自旋轨道耦合层的半导体激光元件。

技术介绍

[0002]激光器广泛应用于激光显示、激光电视、激光投影仪、通讯、医疗、武器、制导、测距、光谱分析、切割、精密焊接、高密度光存储等领域。激光器的各类很多，分类方式也多样，主要有固体、气体、液体、半导体和染料等类型激光器；与其他类型激光器相比，全固态半导体激光器具有体积小、效率高、重量轻、稳定性好、寿命长、结构简单紧凑、小型化等优点。激光器与氮化物半导体发光二极管存在较大的区别，1)激光是由载流子发生受激辐射产生，光谱半高宽较小，亮度很高，单颗激光器输出功率可在W级，而氮化物半导体发光二极管则是自发辐射，单颗发光二极管的输出功率在mW级；2)激光器的使用电流密度达KA/cm2，比氮化物发光二极管高2个数量级以上，从而引起更强的电子泄漏、更严重的俄歇复合、极化效应更强、电子空穴不匹配更严重，导致更严重的效率衰减Droop效应；3)发光二极管自发跃迁辐射，无外界作用，从高能级跃迁到低能级的非相干光，而激光器为受激跃迁辐射，感应光子能量应等于电子跃迁的能级之差，产生光子与感应光子的全同相干光；4)原理不同：发光二极管为在外界电压作用下，电子空穴跃迁到量子阱或p
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n结产生辐射复合发光，而激光器需要激射条件满足才可激射，必须满足有源区载流子反转分布，受激辐射光在谐振腔内来回振荡，在增益介质中的传播使光放大，满足阈值条件使增益大于损耗，并最终输出激光。氮化物半导体激光器存在以下问题：1)光波导吸收损耗高，固有碳杂质在p型半导体中会补偿受主、破坏p型等，p型掺杂的离化率低，大量未电离的Mg受主杂质会导致内部光学损耗上升，且激光器的折射率色散，高浓度载流子浓度起伏影响有源层的折射率，限制因子随波长增加而减少，导致激光器的模式增益降低；2)下限制层的厚度增加，可降低限制层的折射率，但下限制层的厚度增加又会导致组分调控范围受限制，易产生开裂、弯曲和质量下降等问题；同时，光场有耗散，光场模式泄漏到衬底形成驻波会导致衬底模式抑制效率低，远场图像FFP质量差。3)激光器价带带阶差增加，空穴在量子阱中输运更困难，载流子注入不均匀，增益不均匀；激光器激射后，多量子阱有源区载流子浓度饱和，双极性电导效应减弱，激光器的串联电阻增加，导致激光器电压上升；。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种设有自旋轨道耦合层的半导体激光元件，解决了现有技术中存在的的问题。
[0004]一种设有自旋轨道耦合层的半导体激光元件，从下至上依次包括衬底、下限制层、下波导层，有源层、上波导层、电子阻挡层、上限制层，有源层与下波导层之间设有自旋轨道耦合层。
[0005]作为本专利技术优选的技术方案，所述自旋轨道耦合层具有较强的净自旋密度，超强
的二阶非线性霍尔效应，增强非线性光学极化率，降低内部光学损耗、光场耗散和光场模式泄漏，提升激光的相干性和模式增益，同时，形成奇异拓扑荷的斯格明子态，产生环状自旋轨道耦合量子气和自旋劈裂，诱导产生更高的电子填充率和导电率，降低激光器的串联电阻和电压，从而降低激光元件的激发阈值，增强限制因子，提升激光元件的激射功率和斜率效率。
[0006]作为本专利技术优选的技术方案，所述自旋轨道耦合层为Ta7S
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、CoF2O4、FeF2、MoS2、Mo2TiAlC2、CrTiAlC2的任意一种或任意组合。
[0007]作为本专利技术优选的技术方案，所述自旋轨道耦合层的任意组合包括以下二元组合的异质结、超晶格、量子阱、核壳结构、量子点等结构但不限于以下结构：
[0008]Ta7S
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/CoF2O4,Ta7S
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/FeF2,Ta7S
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/MoS2,Ta7S
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/Mo2TiAlC2,Ta7S
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/CrTiAlC2,CoF2O4/FeF2,CoF2O4/MoS2,CoF2O4/Mo2TiAlC2,CoF2O4/CrTiAlC2,FeF2/MoS2,FeF2/Mo2TiAlC2,FeF2/CrTiAlC2,MoS2/Mo2TiAlC2,MoS2/CrTiAlC2,Mo2TiAlC2/CrTiAlC2。
[0009]作为本专利技术优选的技术方案，所述自旋轨道耦合层的任意组合包括以下三元组合的异质结、超晶格、量子阱、核壳结构、量子点等结构但不限于以下结构：
[0010]Ta7S
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/CoF2O4/FeF2,Ta7S
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/CoF2O4/MoS2,Ta7S
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/CoF2O4/Mo2TiAlC2,Ta7S
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/CoF2O4/CrTiAlC2,Ta7S
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/Fe F2/MoS2,Ta7S
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/FeF2/Mo2TiAlC2,Ta7S
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/FeF2/CrTiAlC2,Ta7S
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/MoS2/Mo2TiAlC2,Ta7S
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/MoS2/CrTiAl C2,Ta7S
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/Mo2TiAlC2/CrTiAlC2,CoF2O4/FeF2/MoS2,CoF2O4/FeF2/Mo2TiAlC2,CoF2O4/FeF2/CrTiAlC2,CoF2O4/MoS2/Mo2TiAlC2,CoF2O4/MoS2/CrTiAlC2,FeF2/MoS2/Mo2TiAlC2,FeF2/MoS2/CrTiAlC2,FeF2/Mo2TiAlC2/CrTiAlC2,MoS2/Mo2TiAlC2/CrTiAlC2。
[0011]作为本专利技术优选的技术方案，所述自旋轨道耦合层的任意组合包括以下四元组合的异质结、超晶格、量子阱、核壳结构、量子点等结构但不限于以下结构：
[0012]Ta7S
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/CoF2O4/FeF2/MoS2,Ta7S
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/CoF2O4/FeF2/Mo2TiAlC2,Ta7S
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/CoF2O4/FeF2/CrTiAlC2,Ta7S
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/FeF2/MoS2/Mo2TiAlC2,Ta7S
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/FeF2/MoS2/CrTiAlC2,Ta7S
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/MoS2/Mo2TiAlC2/CrTiAlC2,CoF2O4/FeF2/MoS2/Mo2TiAlC2,CoF2O4/FeF2/MoS2/CrTiAlC2,CoF2O4/MoS2/Mo2TiAlC2/CrTiAlC2,FeF2/MoS2/Mo2TiAlC2/Cr TiAlC2。
[0013]作为本专利技术优选的技术方案，所述自旋轨道耦合层的任意组合包括以下五元、六元组合的异质结、超晶格、量子阱、核壳结构、量子点等结构但不限于以下结构:Ta7S
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/CoF2O4/FeF2/MoS2/Mo2T本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种设有自旋轨道耦合层的半导体激光元件，从下至上依次包括衬底(100)、下限制层(101)、下波导层(102)，有源层(103)、上波导层(104)、电子阻挡层(105)、上限制层(106)，其特征在于：有源层(103)与下波导层之间设有自旋轨道耦合层(107)。2.如权利要求1所述的一种设有自旋轨道耦合层的半导体激光元件，其特征在于，所述自旋轨道耦合层具有较强的净自旋密度，超强的二阶非线性霍尔效应，增强非线性光学极化率，降低内部光学损耗、光场耗散和光场模式泄漏，提升激光的相干性和模式增益，同时，形成奇异拓扑荷的斯格明子态，产生环状自旋轨道耦合量子气和自旋劈裂，诱导产生更高的电子填充率和导电率，降低激光器的串联电阻和电压。3.如权利要求2所述的一种设有自旋轨道耦合层的半导体激光元件，其特征在于，所述自旋轨道耦合层(107)为Ta7S
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、CoF2O4、FeF2、MoS2、Mo2TiAlC2、CrTiAlC2的任意一种或任意组合。4.如权利要求3所述的一种设有自旋轨道耦合层的半导体激光元件，其特征在于，所述自旋轨道耦合层(107)的任意组合包括以下二元组合的异质结、超晶格、量子阱、核壳结构、量子点等结构但不限于以下结构：Ta7S
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/CoF2O4,Ta7S
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/FeF2,Ta7S
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/MoS2,Ta7S
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/Mo2TiAlC2,Ta7S
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/CrTiAlC2,CoF2O4/FeF2,CoF2O4/MoS2,CoF2O4/Mo2TiAlC2,CoF2O4/CrTiAlC2,FeF2/MoS2,FeF2/Mo2TiAlC2,FeF2/CrTiAlC2,MoS2/Mo2TiAlC2,MoS2/CrTiAlC2,Mo2TiAlC2/CrTiAlC2。5.如权利要求3所述的一种设有自旋轨道耦合层的半导体激光元件，其特征在于，所述自旋轨道耦合层(107)的任意组合包括以下三元组合的异质结、超晶格、量子阱、核壳结构、量子点等结构但不限于以下结构：Ta7S
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/CoF2O4/FeF2,Ta7S
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/CoF2O4/MoS2,Ta7S
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/CoF2O4/Mo2TiAlC2,Ta7S
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/CoF2O4/CrTiAlC2,Ta7S
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/Fe F2/MoS2,Ta7S
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/FeF2/Mo2TiAlC2,Ta7S
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/FeF2/CrTiAlC2,Ta7S
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/MoS2/Mo2TiAlC2,Ta7S
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/MoS2/CrTiAl C2,Ta7S
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/Mo2TiAlC2/CrTiAlC2,CoF2O4/FeF2/MoS2,CoF2O4/FeF2/Mo2TiAlC2,CoF2O4/FeF2/CrTiAlC2,CoF2O4/MoS2/Mo2TiAlC2,CoF2O4/MoS2/CrTiAlC2,FeF2/MoS2/Mo2TiAlC2,FeF2/MoS2/CrTiAlC2,FeF2/Mo2TiA...

【专利技术属性】
技术研发人员：李水清，王星河，蔡鑫，刘紫涵，张江勇，马斯特，白怀铭，陆恩，周进泽，牧立一，
申请(专利权)人：安徽格恩半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：