一种具有光场损耗控制层的半导体激光器制造技术

本发明专利技术提出了一种具有光场损耗控制层的半导体激光器，包括从下至上依次设置的衬底、下限制层、下波导层、有源层、上波导层、电子阻挡层和上限制层，上波导层和下波导层形成光场损耗控制层；上波导层和下波导层中含有In，且In组分含量均小于有源层中的In组分含量；下波导层中Si/0浓度比例≥上波导层Si/0浓度比例；下波导层中Si/C浓度比例≥上波导层Si/C浓度比例。本发明专利技术降低上波导层和下波导层的内部光学损耗，增强激光器的限制因子，将更多光限制在有源层中，降低激光器的内损耗，减少电子阻挡层的未电离Mg杂质吸光损耗，并改善激光器有源层的空穴输运和折射率色散，提升激光器的峰值增益和模式增益，从而降低激光器的阀值和提升光功率与量子效率。升光功率与量子效率。升光功率与量子效率。

【技术实现步骤摘要】
一种具有光场损耗控制层的半导体激光器


[0001]本申请涉及半导体光电器件领域，尤其涉及一种具有光场损耗控制层的半导体激光器。

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。
[0003]激光器与氮化物半导体发光二极管存在较大的区别：
[0004]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；
[0005]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；
[0006]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；
[0007]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。
[0008]氮化物半导体激光器存在以下问题：
[0009]1)光波导吸收损耗高；
[0010]2)量子阱In组分增加会产生In组分涨落和应变，激光器增益谱变宽，峰值增益下降；
[0011]3)量子阱In组分增加，热稳定性变差；
[0012]4)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；
[0013]5)激光器的折射率色散，限制因子随波长增加而减少，导致激光器的模式增益降低；
[0014]6)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受主杂质是内部光学损耗的主要来源之一。

技术实现思路

[0015]为解决上述技术问题之一，本专利技术提供了一种具有光场损耗控制层的半导体激光器。
[0016]本专利技术实施例提供了一种具有光场损耗控制层的半导体激光器，包括从下至上依次设置的衬底、下限制层、下波导层、有源层、上波导层、电子阻挡层和上限制层，所述上波导层和所述下波导层形成光场损耗控制层；
[0017]所述光场损耗控制层的上波导层和下波导层中含有In，且所述上波导层和下波导层中的In组分含量均小于所述有源层中的In组分含量；
[0018]所述光场损耗控制层的下波导层中Si/0浓度比例≥上波导层Si/0浓度比例；
[0019]所述光场损耗控制层下波导层中Si/C浓度比例≥上波导层Si/C浓度比例。
[0020]优选地，自有源层、上波导层、电子阻挡层至上限制层中的In组分含量呈弧线下降趋势。
[0021]优选地，自有源层、下波导层至下限制层中的In组分含量呈弧线下降趋势。
[0022]优选地，所述光场损耗控制层的下波导层中Si/0浓度比例最大值为上波导层Si/0浓度比例最小值的10倍以上。
[0023]优选地，所述光场损耗控制层的下波导层中Si/C浓度比例最大值为上波导层Si/C浓度比例最小值的10倍以上。
[0024]优选地，所述有源层中Si/0浓度比例≥下波导层中Si/0浓度比例≥上波导层Si/0浓度比例。
[0025]优选地，所述有源层中Si/0浓度比例最大值为下波导层中Si/0浓度比例最小值的5倍以上。
[0026]优选地，所述有源层中Si/0浓度比例最大值为上波导层中Si/0浓度比例最小值的10倍以上。
[0027]优选地，所述有源层为阱层和垒层组成的周期结构，周期为m:1≤m≤3；有源层的阱层为GaN、InGaN、InN、AlInN、AlInGaN、AlGaN的任意一种或任意组合，厚度为p:5≤p≤100埃米；所述有源层的垒层为GaN、InGaN、InN、AlInN、AlInGaN、AlN的任意一种或任意组合，厚度为q:10≤q≤200埃米；所述下波导层的厚度为x:10≤x≤9000埃米；所述上波导层的厚度为y:10≤y≤9000埃米；所述下限制层的厚度为z:10≤z≤90000埃米；所述上限制层和电子阻挡层的厚度为n:10≤n≤80000埃米。
[0028]优选地，所述下限制层、下波导层、上波导层、电子阻挡层、上限制层包括GaN、AlGaN、InGaN、AlInGaN、AlN、InN、AlInN、SiC、Ga2O3、BN、GaAs、GaP、InP、AlGaAs、AlInGaAs、AlGaInP、InGaAs、AlInAs、AlInP、AlGaP、InGaP的任意一种或任意组合；所述衬底包括蓝宝石、硅、Ge、SiC、AlN、GaN、GaAs、InP、蓝宝石/SiO2复合衬底、蓝宝石/AlN复合衬底、蓝宝石/SiN
x
、镁铝尖晶石MgAl2O4、MgO、ZnO、ZrB2、LiAlO2和LiGaO2复合衬底的任意一种。
[0029]本专利技术的有益效果如下：本专利技术将上波导层和下波导层组合成为光场损耗控制层，并在该上波导层和下波导层中加入In，同时调控上波导层和下波导层中Si/0浓度比例和Si/C浓度比例，降低上波导层和下波导层的内部光学损耗，增强激光器的限制因子，将更多光限制在有源层中，降低激光器的内损耗，减少电子阻挡层的未电离Mg杂质吸光损耗，并改善激光器有源层的空穴输运和折射率色散，提升激光器的峰值增益和模式增益，从而降
低激光器的阀值和提升光功率与量子效率。
附图说明
[0030]此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
[0031]图1为本专利技术实施例所述的具有光场损耗控制层的半导体激光器的结构示意图；
[0032]图2为本专利技术实施例所述的具有光场损耗控制层的半导体激光器的SIMS二次离子质谱图。
[0033]附图标记：
[0034]100、衬底，101、下限制层，102、下波导层，103、有源层，104、上波导层，105、电子阻挡层，106、上限制层，107、光场损耗控制层。
具体实施方式
[0035]为了使本申请实施例中的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本申请的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有光场损耗控制层的半导体激光器，包括从下至上依次设置的衬底、下限制层、下波导层、有源层、上波导层、电子阻挡层和上限制层，其特征在于，所述上波导层和所述下波导层形成光场损耗控制层；所述光场损耗控制层的上波导层和下波导层中含有In，且所述上波导层和下波导层中的In组分含量均小于所述有源层中的In组分含量；所述光场损耗控制层的下波导层中Si/0浓度比例≥上波导层Si/0浓度比例；所述光场损耗控制层下波导层中Si/C浓度比例≥上波导层Si/C浓度比例。2.根据权利要求1所述的具有光场损耗控制层的半导体激光器，其特征在于，自有源层、上波导层、电子阻挡层至上限制层中的In组分含量呈弧线下降趋势。3.根据权利要求1所述的具有光场损耗控制层的半导体激光器，其特征在于，自有源层、下波导层至下限制层中的In组分含量呈弧线下降趋势。4.根据权利要求1所述的具有光场损耗控制层的半导体激光器，其特征在于，所述光场损耗控制层的下波导层中Si/0浓度比例最大值为上波导层Si/0浓度比例最小值的10倍以上。5.根据权利要求1所述的具有光场损耗控制层的半导体激光器，其特征在于，所述光场损耗控制层的下波导层中Si/C浓度比例最大值为上波导层Si/C浓度比例最小值的10倍以上。6.根据权利要求1所述的具有光场损耗控制层的半导体激光器，其特征在于，所述有源层中Si/0浓度比例≥下波导层中Si/0浓度比例≥上波导层Si/0浓度比例。7.根据权利要求6所述的具有光场损耗控制层的半导体激光器，其特征在于，所述有源层中Si/0浓度比例最大值为下波导层中Si/0浓度比例最小值的5倍以上。8.根据权利要求6所述的具有...

【专利技术属性】
技术研发人员：李水清，阚宏柱，请求不公布姓名，王星河，黄军，胡志勇，张江勇，
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：