一种具有双曲色散层的半导体激光元件制造技术

本发明专利技术公开了一种具有双曲色散层的半导体激光元件，涉及半导体光电器件技术领域；为了解决现有技术中全固态半导体激光器存在缺陷问题；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、电子阻挡层和上限制层，所述下限制层和下波导层之间、下波导层和有源层之间，以及上波导层和有源层之间均设置有双曲色散层。本发明专利技术可调控二维极化子波包的双曲色散，降低光场模式泄漏到衬底，抑制衬底模式，改善激光远场图像FFP中出现的波纹，形成单模激光发射，并减少上波导层及下波导层的光吸收，降低内部光学损耗，增强空穴注入效率，提升电激射增益，降低激光元件的激发阈值和增益均匀性，增强限制因子。增强限制因子。增强限制因子。

【技术实现步骤摘要】
一种具有双曲色散层的半导体激光元件


[0001]本专利技术涉及半导体光电器件
，尤其涉及一种具有双曲色散层的半导体激光元件。

技术介绍

[0002]激光器有固体、气体、液体、半导体和染料等类型，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、光谱分析等领域。
[0003]现有技术中的全固态半导体激光器如氮化物半导体激光器存在以下问题：1)内部晶格失配大、应变大引起极化效应强，QCSE量子限制Stark效应强限制激光器电激射增益的提高；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；3)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；4)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，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，激光器增益谱变宽，峰值增益下降。
[0004]基于此，我们提出了一种具有双曲色散层的半导体激光元件。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种具有双曲色散层的半导体激光元件。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：
[0007]一种具有双曲色散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、电子阻挡层和上限制层，所述下限制层和下波导层之间、下波导层和有源层之间，以及上波导层和有源层之间均设置有双曲色散层；
[0008]所述双曲色散层为ZiNiSn、MnTe、CrI3、BiSbTe、CoSb3、Cr2Ge2Te6中的一种，或者为包括异质结、超晶格、量子阱、核壳结构、量子点、二维莫尔超晶格结构的二元组合、三元组合、四元组合、五元组合和六元组合中的一种；
[0009]所述双曲色散层的厚度为0.5～500nm。
[0010]优选地：所述双曲色散层的二元组合包括以下结构：ZiNiSn/MnTe、ZiNiSn/CrI3、ZiNiSn/BiSbTe、ZiNiSn/CoSb3、ZiNiSn/Cr2Ge2Te6、MnTe/CrI3、MnTe/BiSbTe、MnTe/CoSb3、MnTe/Cr2Ge2Te6、CrI3/BiSbTe、CrI3/CoSb3、CrI3/Cr2Ge2Te6、BiSbTe/CoSb3、BiSbTe/Cr2Ge2Te6、CoSb3/Cr2Ge2Te6。
[0011]优选地：所述双曲色散层的三元组合包括以下结构：ZiNiSn/MnTe/CrI3、ZiNiSn/MnTe/BiSbTe、ZiNiSn/MnTe/CoSb3、ZiNiSn/MnTe/Cr2Ge2Te6、ZiNiSn/CrI3/BiSbTe、ZiNiSn/
CrI3/CoSb3、ZiNiSn/CrI3/Cr2Ge2Te6、ZiNiSn/BiSbTe/CoSb3、ZiNiSn/BiSbTe/Cr2Ge2Te6、MnTe/CrI3/BiSbTe、MnTe/CrI3/CoSb3、MnTe/CrI3/Cr2Ge2Te6、MnTe/BiSbTe/CoSb3、MnTe/BiSbTe/Cr2Ge2Te6、MnTe/CoSb3/Cr2Ge2Te6、CrI3/BiSbTe/CoSb3、CrI3/BiSbTe/Cr2Ge2Te6、CrI3/BiSbTe/Cr2Ge2Te6、BiSbTe/CoSb3/Cr2Ge2Te6。
[0012]优选地：所述双曲色散层的四元组合包括以下结构：ZiNiSn/MnTe/CrI3/BiSbTe、ZiNiSn/MnTe/CrI3/CoSb3、ZiNiSn/MnTe/CrI3/Cr2Ge2Te6、ZiNiSn/CrI3/BiSbTe/CoSb3、ZiNiSn/CrI3/BiSbTe/Cr2Ge2Te6、ZiNiSn/BiSbTe/CoSb3/Cr2Ge2Te6、MnTe/CrI3/BiSbTe/CoSb3、MnTe/CrI3/BiSbTe/Cr2Ge2Te6、MnTe/BiSbTe/CoSb3/Cr2Ge2Te6、CrI3/BiSbTe/CoSb3/Cr2Ge2Te6。
[0013]优选地：所述双曲色散层的五元组合包括以下结构：ZiNiSn/MnTe/CrI3/BiSbTe/CoSb3、
[0014]ZiNiSn/MnTe/CrI3/BiSbTe/Cr2Ge2Te6、
[0015]ZiNiSn/MnTe/CrI3/CoSb3/Cr2Ge2Te6、
[0016]ZiNiSn/MnTe/BiSbTe/CoSb3/Cr2Ge2Te6、
[0017]ZiNiSn/CrI3/BiSbTe/CoSb3/Cr2Ge2Te6、
[0018]MnTe/CrI3/BiSbTe/CoSb3/Cr2Ge2Te6；
[0019]所述双曲色散层的六元组合包括以下结构：ZiNiSn/MnTe/CrI3/BiSbTe/CoSb3/Cr2Ge2Te6。
[0020]优选地：所述衬底为蓝宝石、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/SiNx、蓝宝石/SiO2/SiNx复合衬底、镁铝尖晶石MgAl2O4、MgO、ZnO、ZrB2、LiAlO2和LiGaO2复合衬底中的一种。
[0021]优选地：所述下限制层为GaN、AlGaN、InGaN、AlInGaN、AlN、InN、AlInN中的一种或任意组合；
[0022]所述下限制层的厚度为5～5000nm，Si掺杂浓度为1E18～1E20cm
‑3。
[0023]优选地：所述下波导层和上波导层均为GaN、InGaN、AlInGaN中的一种或任意组合；
[0024]所述下波导层和上波导层的厚度均为5～1000nm，Si掺杂浓度为1E16～5E19cm
‑3。
[0025]优选地：所述电子阻挡层和上限制层均为GaN、AlGaN、AlInGaN、AlN、AlInN等中的一种或任意组合；
[0026]所述电子阻挡层和上限制层的厚度均为2～1000nm，Mg掺杂浓度为1E18～1E20cm
‑3。
[0027]优选地：所述有源层是由阱层和垒层组成的周期性结构，阱层为InGaN阱层，垒层为GaN、AlInGaN、AlGaN、AlInN等中的一种或任意组合；
[0028]所述有源层的周期数为m：4≥m≥1。
[0029]本专利技术的有益效果为：
[0030]1.本专利技术中的双曲色散层具有负折射率和有效霍金辐射，可调控二维极化子波包的双曲色散，降低光场模式泄漏到衬底，抑制本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有双曲色散层的半导体激光元件，从下至上依次包括衬底(1)、下限制层(2)、下波导层(3)、有源层(4)、上波导层(5)、电子阻挡层(6)和上限制层(7)，其特征在于，所述下限制层(2)和下波导层(3)之间、下波导层(3)和有源层(4)之间，以及上波导层(5)和有源层(4)之间均设置有双曲色散层(8)；所述双曲色散层(8)为ZiNiSn、MnTe、CrI3、BiSbTe、CoSb3、Cr2Ge2Te6中的一种，或者为包括异质结、超晶格、量子阱、核壳结构、量子点、二维莫尔超晶格结构的二元组合、三元组合、四元组合、五元组合和六元组合中的一种；所述双曲色散层(8)的厚度为0.5～500nm。2.根据权利要求1所述的一种具有双曲色散层的半导体激光元件，其特征在于，所述双曲色散层(8)的二元组合包括以下结构：ZiNiSn/MnTe、ZiNiSn/CrI3、ZiNiSn/BiSbTe、ZiNiSn/CoSb3、ZiNiSn/Cr2Ge2Te6、MnTe/CrI3、MnTe/BiSbTe、MnTe/CoSb3、MnTe/Cr2Ge2Te6、CrI3/BiSbTe、CrI3/CoSb3、CrI3/Cr2Ge2Te6、BiSbTe/CoSb3、BiSbTe/Cr2Ge2Te6、CoSb3/Cr2Ge2Te6。3.根据权利要求2所述的一种具有双曲色散层的半导体激光元件，其特征在于，所述双曲色散层(8)的三元组合包括以下结构：ZiNiSn/MnTe/CrI3、ZiNiSn/MnTe/BiSbTe、ZiNiSn/MnTe/CoSb3、ZiNiSn/MnTe/Cr2Ge2Te6、ZiNiSn/CrI3/BiSbTe、ZiNiSn/CrI3/CoSb3、ZiNiSn/CrI3/Cr2Ge2Te6、ZiNiSn/BiSbTe/CoSb3、ZiNiSn/BiSbTe/Cr2Ge2Te6、MnTe/CrI3/BiSbTe、MnTe/CrI3/CoSb3、MnTe/CrI3/Cr2Ge2Te6、MnTe/BiSbTe/CoSb3、MnTe/BiSbTe/Cr2Ge2Te6、MnTe/CoSb3/Cr2Ge2Te6、CrI3/BiSbTe/CoSb3、CrI3/BiSbTe/Cr2Ge2Te6、CrI3/BiSbTe/Cr2Ge2Te6、BiSbTe/CoSb3/Cr2Ge2Te6。4.根据权利要求3所述的一种具有双曲色散层的半导体激光元件，其特征在于，所述双曲色散层(8)的四元组合包括以下结构：ZiNiSn/MnTe/CrI3/BiSbTe、ZiNiSn/MnTe/CrI3/CoSb3、ZiNiSn/MnTe/CrI3/Cr2Ge2Te6、ZiNiSn/CrI3/BiSbTe/CoSb3、ZiNiSn/CrI3/BiSbTe/Cr2Ge2Te6、ZiNiSn/BiSbTe/...

【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，胡志勇，陈婉君，张江勇，刘紫涵，蔡鑫，陈三喜，蒙磊，季徐芳，黄军，
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：