一种具有层间激子跃迁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层间激子跃迁层的半导体激光元件，涉及半导体光电器件技术领域；为了解决目前氮化物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层间激子跃迁层；所述层间激子跃迁层为Bi2WO6、C3N、CsPbBr3、BaFe2(AsP)2、CdI2‑

【技术实现步骤摘要】
一种具有层间激子跃迁层的半导体激光元件


[0001]本专利技术涉及半导体光电器件
，尤其涉及一种具有层间激子跃迁层的半导体激光元件。

技术介绍

[0002]激光器主要有固体、气体、液体、半导体和染料等类型，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、寿命长等优点。
[0003]目前的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。为解决上述问题，我们提出了一种具有层间激子跃迁层的半导体激光元件。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种具有层间激子跃迁层的半导体激光元件。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：
[0006]一种具有层间激子跃迁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层间激子跃迁层；
[0007]所述层间激子跃迁层为Bi2WO6、C3N、CsPbBr3、BaFe2(AsP)2、CdI2‑
WS2、WSe2‑
MoS2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；
[0008]所述层间激子跃迁层的厚度为0.5～500nm。
[0009]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。
[0010]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；
[0011]所述下限制层的厚度为5～5000nm，Si掺杂浓度为1E18～1E20cm
‑3。
[0012]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；
[0013]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。
[0014]优选地：所述电子阻挡层和上限制层均为GaN、AlGaN、AlInGaN、AlN、AlInN中的一种或任意组合；
[0015]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。
[0016]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中的一种或任意组合；
[0017]所述有源层的周期数为m：4≥m≥1。
[0018]优选地：所述层间激子跃迁层的二元组合包括以下结构：Bi2WO6/C3N、Bi2WO6/CsPbBr3、Bi2WO6/BaFe2(AsP)2、Bi2WO6/CdI2‑
WS2、Bi2WO6/WSe2‑
MoS2、C3N/CsPbBr3、C3N/BaFe2(AsP)2、C3N/CdI2‑
WS2、C3N/WSe2‑
MoS2、CsPbBr3/BaFe2(AsP)2、CsPbBr3/CdI2‑
WS2、CsPbBr3/WSe2‑
MoS2、BaFe2(AsP)2/CdI2‑
WS2、BaFe2(AsP)2/WSe2‑
MoS2、CdI2‑
WS2/WSe2‑
MoS2。
[0019]优选地：所述层间激子跃迁层的三元组合包括以下结构：Bi2WO6/C3N/CsPbBr3、Bi2WO6/C3N/BaFe2(AsP)2、Bi2WO6/C3N/CdI2‑
WS2、Bi2WO6/C3N/WSe2‑
MoS2、Bi2WO6/CsPbBr3/BaFe2(AsP)2、Bi2WO6/CsPbBr3/CdI2‑
WS2、Bi2WO6/CsPbBr3/WSe2‑
MoS2、Bi2WO6/BaFe2(AsP)/CdI2‑
WS2、Bi2WO6/BaFe2(AsP)/WSe2‑
MoS2、Bi2WO6/CdI2‑
WS2/WSe2‑
MoS2、C3N/CsPbBr3/BaFe2(AsP)2、C3N/CsPbBr3/CdI2‑
WS2、C3N/CsPbBr3/WSe2‑
MoS2、C3N/BaFe2(AsP)2/CdI2‑
WS2、C3N/BaFe2(AsP)2/WSe2‑
MoS2、C3N/CdI2‑
WS2/WSe2‑
MoS2、CsPbBr3/BaFe2(AsP)2/CdI2‑
WS2、CsPbBr3/BaFe2(AsP)2/WSe2‑
MoS2、CsPbBr3/CdI2‑
WS2/WSe2‑
MoS2、BaFe2(AsP)2/CdI2‑
WS2/WSe2‑
MoS2。
[0020]优选地：所述层间激子跃迁层的四元组合包括以下结构：Bi2WO6/C3N/CsPbBr3/BaFe2(AsP)2、Bi2WO6/C3N/CsPbBr3/CdI2‑
WS2、Bi2WO6/C3N/CsPbBr3/WSe2‑
MoS2、Bi2WO6/CsPbBr3/BaFe2(AsP)2/CdI2‑
WS2、Bi2WO6/CsPbBr3/BaFe2(AsP)2/WSe2‑
MoS2、
[0021]Bi2WO6/BaFe2(AsP)/CdI2‑
WS2/WSe2‑
MoS2、
[0022]C3N/CsPbBr3/BaFe2(AsP)2/CdI2‑
WS2、
[0023]C3N/CsPbBr3/BaFe2(AsP)2/WSe2‑
MoS2、
[0024]C3N/BaFe2(AsP)2/CdI2‑
WS2/WSe2‑<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有层间激子跃迁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)之间均设置有层间激子跃迁层(8)；所述层间激子跃迁层(8)为Bi2WO6、C3N、CsPbBr3、BaFe2(AsP)2、CdI2‑
WS2、WSe2‑
MoS2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；所述层间激子跃迁层(8)的厚度为0.5～500nm。2.根据权利要求1所述的一种具有层间激子跃迁层的半导体激光元件，其特征在于，所述衬底(1)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。3.根据权利要求2所述的一种具有层间激子跃迁层的半导体激光元件，其特征在于，所述下限制层(2)为GaN、AlGaN、InGaN、AlInGaN、AlN、InN、AlInN中的一种或任意组合；所述下限制层(2)的厚度为5～5000nm，Si掺杂浓度为1E18～1E20cm
‑3。4.根据权利要求3所述的一种具有层间激子跃迁层的半导体激光元件，其特征在于，所述下波导层(3)和上波导层(5)均为GaN、InGaN、AlInGaN中的一种或任意组合；所述下波导层(3)和上波导层(5)的厚度均为5～1000nm，Si掺杂浓度为1E16～5E19cm
‑3。5.根据权利要求4所述的一种具有层间激子跃迁层的半导体激光元件，其特征在于，所述电子阻挡层(6)和上限制层(7)均为GaN、AlGaN、AlInGaN、AlN、AlInN中的一种或任意组合；所述电子阻挡层(6)和上限制层(7)的厚度均为2～1000nm，Mg掺杂浓度为1E18～1E20cm
‑3。6.根据权利要求5所述的一种具有层间激子跃迁层的半导体激光元件，其特征在于，所述有源层(4)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中的一种或任意组合；所述有源层的周期数为m：4≥m≥1。7.根据权利要求1所述的一种具有层间激子跃迁层的半导体激光元件，其特征在于，所述层间激子跃迁层(8)的二元组合包括以下结构：Bi2WO6/C3N、Bi2WO6/CsPbBr3、Bi2WO6/BaFe2(AsP)2、Bi2WO6/CdI2‑
WS2、Bi2WO6/WSe2‑
MoS2、C3N/CsPbBr3、C3N/BaFe2(AsP)2、C3N/CdI2‑
WS2、C3N/WSe2‑
MoS2、CsPbBr3/BaFe2(AsP)2、CsPbBr3/CdI2‑
WS2、CsPbBr3/WSe2‑
MoS2、BaFe2(AsP)2/CdI2‑
WS2、BaFe2(AsP)2/WSe2‑
MoS2、CdI2‑
WS2/WSe2‑
MoS2。8.根据权利要求7所述的一种具有层间激子跃迁层的半导体激光元件，其特征在于，所述层间激子跃迁层(8)的三元组合包括以下结构：Bi2WO6/C3N/CsPbBr3、Bi2WO6/C3N/BaFe2(AsP)2、Bi2WO6/C3N/...

【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，黄军，刘紫涵，张江勇，陈婉君，蔡鑫，陈三喜，蒙磊，季徐芳，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：