一种半导体蓝光激光器制造技术

本发明专利技术提出了一种半导体蓝光激光器，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之间具有电子有效质量梯度、压电极化系数梯度和自发极化系数梯度。本发明专利技术能够抑制压电极化效应，减轻量子限制Stark效应，提升电激射增益和增益均匀性，同时，抑制有源层的In组分涨落，降低激光器增益谱变宽，提升峰值增益，以及通过控制压电极化和自发极化梯度，提升InGaN的In并入及InN和GaN的互溶隙，抑制InN相分离和热退化，提升量子阱的晶体质量和界面质量，降低激光光谱的非均匀展宽，降低非辐射复合，消除光学灾变，提升激光器的斜率效率和使用寿命。效率和使用寿命。效率和使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种半导体蓝光激光器


[0001]本申请涉及半导体光电器件领域，尤其涉及一种半导体蓝光激光器。

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，电子空穴跃迁到有源层或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。
[0008]氮化物半导体激光器存在以下问题：
[0009]1)有源层晶格失配与应变大诱导产生强压电极化效应，产生较强的QCSE量子限制Stark效应，激光器价带带阶差增加，抑制空穴注入，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，限制了激光器电激射增益的提高；
[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；InN键能较低，高In组分InGaN在生长过程需较低温度保证In并入，但低温生长条件下，原子迁移率低、低温NH3裂解效率低以及InN和GaN互溶隙较大，导致有源层内部缺陷密度高、InN相分离偏析、热退化、组分波动、晶体质量不理想，导致量子阱质量和界面质量不理想，造成激光光谱非均匀展宽，增加非辐射复合中心或光学灾变。量子阱In组分增加，热稳定性变差，高温p型半导体和限制层生长会使有源层产生热退化和晶格失配，降低有源层的质量和界面质量，降低辐射效率和缩短激光器寿命。

技术实现思路

[0011]为解决上述技术问题之一，本专利技术提供了一种半导体蓝光激光器。
[0012]本专利技术实施例提供了一种半导体蓝光激光器，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之间具有电子有效质量梯度、压电极化系数梯度和自发极化系数梯度。
[0013]优选地，所述下限制层包括从下至上依次设置的第一子下限制层、第二子下限制层、第三子下限制层和第四子下限制层，所述第一子下限制层、第二子下限制层、第三子下限制层、第四子下限制层、下波导层、有源层、上波导层、电子阻挡层和上限制层之间具有电子有效质量梯度、压电极化系数梯度和自发极化系数梯度。
[0014]优选地，所述第一子下限制层、第二子下限制层、第三子下限制层、第四子下限制层、下波导层、有源层、上波导层、电子阻挡层和上限制层之间的电子有效质量梯度为：0.05≤c≤a2≤b≤d≤a4≤a1≤f≤e≤a3≤0.5，所述第一子下限制层的电子有效质量为a1，第二子下限制层的电子有效质量为a2，第三子下限制层的电子有效质量为a3，第四子下限制层的电子有效质量为a4，下波导层的电子有效质量为b，有源层的电子有效质量为c，上波导层的电子有效质量为d，电子阻挡层的电子有效质量为e，上限制层的电子有效质量为f。
[0015]优选地，所述第一子下限制层、第二子下限制层、第三子下限制层、第四子下限制层、下波导层、有源层、上波导层、电子阻挡层和上限制层之间的压电极化系数梯度为：0.5≤g4≤j≤h≤g2≤i≤g1≤l≤k≤g3≤1.5，所述第一子下限制层的压电极化系数为g1，第二子下限制层的压电极化系数为g2，第三子下限制层的压电极化系数为g3，第四子下限制层的压电极化系数为g4，下波导层的压电极化系数为h，有源层的压电极化系数为i，上波导层的压电极化系数为j，电子阻挡层的压电极化系数为k，上限制层的压电极化系数为l。
[0016]优选地，所述第一子下限制层、第二子下限制层、第三子下限制层、第四子下限制层、下波导层、有源层、上波导层、电子阻挡层和上限制层之间的自发极化系数梯度为：
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0.1≤r3≤v≤w≤r1≤t≤r2≤s≤u≤r4≤
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0.01，所述第一子下限制层的自发极化系数为r1，第二子下限制层的自发极化系数为r2，第三子下限制层的自发极化系数为r3，第四子下限制层的自发极化系数为r4，下波导层的自发极化系数为s，有源层的自发极化系数为t，上波导层的自发极化系数为u，电子阻挡层的自发极化系数为v，上限制层的自发极化系数为w。
[0017]优选地，所述有源层为阱层和垒层组成的量子阱，所述量子阱周期为m:1≤m≤3；所述有源层的阱层为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，所述有源层的阱层厚度为p:10埃米≤p≤100埃米；所述有源层的垒层为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，所述有源层的垒层的厚度为q:10埃米≤q≤200埃米。
[0018]优选地，所述下波导层和上波导层为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，厚度为10埃米至9000埃米。
[0019]优选地，所述下限制层为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，厚度为z:1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半导体蓝光激光器，其特征在于，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之间具有电子有效质量梯度、压电极化系数梯度和自发极化系数梯度。2.根据权利要求1所述的半导体蓝光激光器，其特征在于，所述下限制层包括从下至上依次设置的第一子下限制层、第二子下限制层、第三子下限制层和第四子下限制层，所述第一子下限制层、第二子下限制层、第三子下限制层、第四子下限制层、下波导层、有源层、上波导层、电子阻挡层和上限制层之间具有电子有效质量梯度、压电极化系数梯度和自发极化系数梯度。3.根据权利要求2所述的半导体蓝光激光器，其特征在于，所述第一子下限制层、第二子下限制层、第三子下限制层、第四子下限制层、下波导层、有源层、上波导层、电子阻挡层和上限制层之间的电子有效质量梯度为：0.05≤c≤a2≤b≤d≤a4≤a1≤f≤e≤a3≤0.5，所述第一子下限制层的电子有效质量为a1，第二子下限制层的电子有效质量为a2，第三子下限制层的电子有效质量为a3，第四子下限制层的电子有效质量为a4，下波导层的电子有效质量为b，有源层的电子有效质量为c，上波导层的电子有效质量为d，电子阻挡层的电子有效质量为e，上限制层的电子有效质量为f。4.根据权利要求2所述的半导体蓝光激光器，其特征在于，所述第一子下限制层、第二子下限制层、第三子下限制层、第四子下限制层、下波导层、有源层、上波导层、电子阻挡层和上限制层之间的压电极化系数梯度为：0.5≤g4≤j≤h≤g2≤i≤g1≤l≤k≤g3≤1.5，所述第一子下限制层的压电极化系数为g1，第二子下限制层的压电极化系数为g2，第三子下限制层的压电极化系数为g3，第四子下限制层的压电极化系数为g4，下波导层的压电极化系数为h，有源层的压电极化系数为i，上波导层的压电极化系数为j，电子阻挡层的压电极化系数为k，上限制层的压电极化系数为l。5.根据权利要求2所述的半导体蓝光激光器，其特征在于，所述第一子下限制层、第二子下限制层、第三子下限制层、第四子下限制层、下波导层、有源层、上波导层、电子阻挡层和上限制层之间的自发极化系数梯度为：
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0.1≤r3≤v≤w≤r1≤t≤r2≤s≤u≤r4≤
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0.01，所述第一子下限制层的自发极化系数为r1，第二子下限制层的自发极化系数为r2，第三子下限制层的自发极化系数为r3，第四子下限制层的自发极化系数为r4，下波导层的自发极化系数为s，有源层的自发极化系数为t，上波导层的自发极化系数为u，电子阻挡层的自发极化系数为v，...

【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，蔡鑫，陈婉君，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：