一种设有弗兰克尔缺陷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弗兰克尔缺陷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，上限制层的上方设有弗兰克尔缺陷层；弗兰克尔缺陷层在上限制层的上方，弗兰克尔缺陷层在上限制层的上方，诱导产生化学键合界面和第二相共格界面，调节界面能带弯曲、过电位和界面声子散射，产生界面电荷转移，对氢原子进行高效脱附，形成H2排出表面，提升上限制层的p型掺杂元素的离化率并降低掺杂元素的受主激活能，提升上限制层的空穴浓度，提升空穴注入有源层的效率和输运效率，提升激光元件的峰值增益和斜率效率。效率。效率。

【技术实现步骤摘要】
一种设有弗兰克尔缺陷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，涉及一种设有弗兰克尔缺陷层的半导体激光元件。

技术介绍

[0002]激光元件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。激光元件的各类很多，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元件；与其他类型激光元件相比，全固态半导体激光元件具有体积小、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。激光元件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，单颗激光元件输出功率可在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)激光元件的使用电流密度达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，而激光元件为受激跃迁辐射，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
‑
n结产生辐射复合发光，而激光元件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。氮化物半导体激光元件存在以下问题：1)传统氮化物半导体的p型接触层的Mg溶解度低、Mg离化能高、受主激活能高、Mg离化效率低等问题，导致自由空穴浓度普遍低于5E17cm
‑3；特别是Mg的离化能和受主激活能随着Al组分上升而逐渐上升，导致电子阻挡层、上限制层和接触层的空穴密度进一步降低。2)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，且激光元件的折射率色散，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，导致激光元件的模式增益降低；3)p型半导体的Mg受主激活能大、离化效率低，空穴浓度远低于电子浓度、空穴迁移率远小于电子迁移率，且量子阱极化电场提升空穴注入势垒、空穴溢出有源层等问题，空穴注入不均匀和效率偏低，导致量子阱中的电子空穴严重不对称不匹配，电子泄漏和载流子去局域化，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，同时，激光元件增益谱变宽，峰值增益下降，导致激光元件阈值电流增大且斜率效率降低。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种设有弗兰克尔缺陷层的半导体激光元件，解决了现有技术中存在的的问题。
[0004]一种设有弗兰克尔缺陷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，上限制层的上方设有弗兰克尔缺陷层。
[0005]作为本专利技术优选的技术方案，所述弗兰克尔缺陷层为ZnIn2S4、In2O3、MnIn2S4、FeIn2S4、CoIn2S4、In2S3、CuInS2的任意两种或任意两种以上组合。
[0006]作为本专利技术优选的技术方案，所述弗兰克尔缺陷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：ZnIn2S4/In2O3,ZnIn2S4/MnIn2S4,ZnIn2S4/FeIn2S4,ZnIn2S4/CoIn2S4,ZnIn2S4/In2S3,ZnIn2S4/CuInS2,In2O3/MnIn2S4,In2O3/FeIn2S4,In2O3/CoIn2S4,In2O3/In2S3,In2O3/CuInS2,MnIn2S4/FeIn2S4,MnIn2S4/CoIn2S4,MnIn2S4/In2S3,MnIn2S4/CuInS2,FeIn2S4/CoIn2S4,FeIn2S4/In2S3,FeIn2S4/CuInS2,CoIn2S4/In2S3,CoIn2S4/CuInS2,In2S3/CuInS2。
[0007]作为本专利技术优选的技术方案，所述弗兰克尔缺陷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：ZnIn2S4/In2O3/MnIn2S4,ZnIn2S4/In2O3/FeIn2S4,ZnIn2S4/In2O3/CoIn2S4,ZnIn2S4/In2O3/In2S3,ZnIn2S4/In2O3/CuInS2,ZnIn2S4/MnIn2S4/FeIn2S4,ZnIn2S4/MnIn2S4/CoIn2S4,ZnIn2S4/MnIn2S4/In2S3,ZnIn2S4/MnIn2S4/CuInS2,ZnIn2S4/FeIn2S4/CoIn2S4,ZnIn2S4/FeIn2S4/In2S3,ZnIn2S4/FeIn2S4/CuInS2,ZnIn2S4/CoIn2S4/In2S3,ZnIn2S4/CoIn2S4/CuInS2,ZnIn2S4/In2S3/CuInS2,In2O3/MnIn2S4/FeIn2S4,In2O3/MnIn2S4/CoIn2S4,In2O3/MnIn2S4/In2S3,In2O3/MnIn2S4/CuInS2,In2O3/FeIn2S4/CoIn2S4,In2O3/FeIn2S4/In2S3,In2O3/FeIn2S4/CuInS2,MnIn2S4/FeIn2S4/CoIn2S4,MnIn2S4/FeIn2S4/In2S3,MnIn2S4/FeIn2S4/CuInS2,MnIn2S4/CoIn2S4/In2S3,MnIn2S4/CoIn2S4/CuInS2,MnIn2S4/In2S3/CuInS2,FeIn2S4/CoIn2S4/In2S3,FeIn2S4/CoIn2S4/CuInS2,FeIn2S4/In2S3/CuInS2,CoIn2S4/In2S3/CuInS
24
。
[0008]作为本专利技术优选的技术方案，所述弗兰克尔缺陷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：ZnIn2S4/In2O3/MnIn2S4/FeIn2S4,ZnIn2S4/In2O3/MnIn2S4/CoIn2S4,ZnIn2S4/In2O3/MnIn2S4/In2S3,ZnIn2S4/In2O3/MnIn2S4/CuInS2,ZnIn2S4/MnIn2S4/FeIn2S4/CoIn2S4,ZnIn2S4/MnIn2S4/FeIn2S4/In2S3,
[0009]ZnIn2S4/MnIn2S4/FeIn2S4/CuInS2,ZnIn2S4/FeIn2S4/CoIn2S4/In2S3,
[0010]ZnIn2S4/FeIn2S4/CoIn2S4/CuInS2,ZnIn2S4/CoIn2S4/In2S3/CuInS本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种设有弗兰克尔缺陷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：上限制层(106)的上方设有弗兰克尔缺陷层(107)。2.如权利要求1所述的一种设有弗兰克尔缺陷层的半导体激光元件，其特征在于，所述弗兰克尔缺陷层(107)为ZnIn2S4、In2O3、MnIn2S4、FeIn2S4、CoIn2S4、In2S3、CuInS2的任意两种或任意两种以上组合。3.如权利要求2所述的一种设有弗兰克尔缺陷层的半导体激光元件，其特征在于，所述弗兰克尔缺陷层(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：ZnIn2S4/In2O3,ZnIn2S4/MnIn2S4,ZnIn2S4/FeIn2S4,ZnIn2S4/CoIn2S4,ZnIn2S4/In2S3,ZnIn2S4/CuInS2,In2O3/MnIn2S4,In2O3/FeIn2S4,In2O3/CoIn2S4,In2O3/In2S3,In2O3/CuInS2,MnIn2S4/FeIn2S4,MnIn2S4/CoIn2S4,MnIn2S4/In2S3,MnIn2S4/CuInS2,FeIn2S4/CoIn2S4,FeIn2S4/In2S3,FeIn2S4/CuInS2,CoIn2S4/In2S3,CoIn2S4/CuInS2,In2S3/CuInS2。4.如权利要求2所述的一种设有弗兰克尔缺陷层的半导体激光元件，其特征在于，所述弗兰克尔缺陷层(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：ZnIn2S4/In2O3/MnIn2S4,ZnIn2S4/In2O3/FeIn2S4,ZnIn2S4/In2O3/CoIn2S4,ZnIn2S4/In2O3/In2S3,ZnIn2S4/In2O3/CuInS2,ZnIn2S4/MnIn2S4/FeIn2S4,ZnIn2S4/MnIn2S4/CoIn2S4,ZnIn2S4/MnIn2S4/In2S3,ZnIn2S4/MnIn2S4/CuInS2,ZnIn2S4/FeIn2S4/CoIn2S4,ZnIn2S4/FeIn2S4/In2S3,ZnIn2S4/FeIn2S4/CuInS2,ZnIn2S4/CoIn2S4/In2S3,ZnIn2S4/CoIn2S4/CuInS2,ZnIn2S4/In2S3/CuInS2,In2O3/MnIn2S4/FeIn2S4,In2O3/MnIn2S4/CoIn2S4,In2O3/MnIn2S4/In2S3,In2O3/MnIn2S4/CuInS2,In2O3/FeIn2S4/CoIn2S4,In2O3/FeIn2S4/In2S3,In2O3/FeIn2S4/CuInS2,MnIn2S4/FeIn2S4/CoIn2S4,MnIn2S4/FeIn2S4/In2S3,MnIn2S4/FeIn2S4/CuInS2,MnIn2S4/CoIn2S4/In2S3,MnIn2S4/CoIn2S4/CuInS2,MnIn2S4/In2S3/CuInS2,FeIn2S4/CoIn2S4/In2S3,FeIn2S4/CoIn2S4/CuInS2,FeIn2S4/In2S3/CuInS2,CoIn2S4/In2S3/CuInS2。5.如权利要求2所述的一种设有弗兰克尔缺陷层的半导体激光元件，其特征在于，所述弗兰克尔缺陷层(107)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：ZnIn2S4/In2O3/MnIn2S4/FeIn2S4,ZnIn2S4/In2O3/MnIn2S4/CoIn2S4,ZnIn2S4/In2O3/MnIn2S4/In2S3,ZnIn2S4/In2O3/MnIn2S4/CuInS2,ZnIn2S4/MnIn2S4/FeIn2S4/CoIn2S4,ZnIn2S4/MnIn2S4/F...

【专利技术属性】
技术研发人员：李水清，请求不公布姓名，王星河，刘紫涵，蔡鑫，张江勇，陈三喜，季徐芳，蒙磊，陈婉君，胡志勇，
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：