一种半导体激光器制造技术

本发明专利技术提供了一种半导体激光器，包括由下至上依次相连的衬底、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，在所述上波导层和电子阻挡层间设置至少一层光吸收抑制层。本发明专利技术提供的一种半导体激光器，其在上波导层和电子阻挡层间设置至少一层光吸收抑制层，可以阻挡电子阻挡层的Mg往上波导层和有源层扩散，阻断上波导层的Mg自补偿效应，可以抑制光吸收损耗，降低激光器振荡阈值；其还可以提升空穴的注入效率和改善载流子去局域化，增强有源层电子与空穴的浓度差异，提升有源层载流子分布均匀性，提升激光器的发光效率和斜率效率。率效率。率效率。

【技术实现步骤摘要】
一种半导体激光器


[0001]本专利技术涉及半导体光电器件
，尤其是涉及一种半导体激光器。

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。激光器的种类很多，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。半导体激光器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；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；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；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。
[0003]但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)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，空穴注入效率低，载流子去局域化；3)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受主杂质是内部光学损耗的主要来源之一。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在提供一种半导体激光器，以解决上述技术问题，通过在上波导层和电子阻挡层间设置至少一层光吸收抑制层，以阻挡电子阻挡层的Mg往上波导层和有源层扩散，阻断上波导层的Mg自补偿效应，可以抑制光吸收损耗，降低激光器振荡阈值。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种半导体激光器，包括由下至上依次相连的衬底、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，在所述上波导层和电子阻挡层间设置至少一层光吸收抑制层。
[0006]上述方案在上波导层和电子阻挡层间设置至少一层光吸收抑制层，可以阻挡电子阻挡层的Mg往上波导层和有源层扩散，阻断上波导层的Mg自补偿效应，可以抑制光吸收损耗，降低激光器振荡阈值。
[0007]进一步地，所述有源层为有阱层和垒层组成的周期结构，其周期数m满足1≥m≥3。
[0008]上述方案中，将激光器有源层周期数设置为不大于3个，其可以有效避免有源层中过多的量子阱导致的热量积聚，进而烧坏激光器的问题出现，延长器件的使用寿命；同时，过多的量子阱对数会使In组分波动，半高宽变大，导致激光产生多模，将激光器有源层周期数设置为不大于3个可以保证有源层的质量，使激光器激射的波长半高宽窄，形成单模出射。
[0009]进一步地，所述阱层为InGaN或GaN的任意一种或任意组合，所述垒层为GaN、AlGaN、AlInGaN、AlN、AlInN的任意一种或任意组合。
[0010]上述方案中，阱层的厚度可以设置为10～80埃米，垒层的厚度可以设置为10～120埃米。
[0011]进一步地，所述光吸收抑制层由AlInGaN、AlGaN、InGaN、AlInN的一种或任意组合构成，其Al组分骤变线性下降、Mg掺杂浓度骤变线性下降、H杂质浓度骤变线性下降和C杂质浓度骤变线性下降。
[0012]进一步地，所述Al组分骤变线性下降具体为：Al组分骤变角度为下降线与水平线的夹角α，其中有：90
°
≥α≥30
°
。
[0013]进一步地，所述H杂质浓度骤变线性下降具体为：H杂质浓度骤变角度为下降线与水平线的夹角β，其中90
°
≥β≥30
°
。
[0014]进一步地，所述Mg掺杂浓度骤变线性下降具体为：Mg掺杂浓度骤变角度为下降线与水平线的夹角γ，其中有：90
°
≥γ≥30
°
。
[0015]进一步地，所述C杂质浓度骤变线性下降具体为：C杂质浓度骤变线性下降，C杂质浓度骤变角度为下降线与水平线的夹角θ，其中90
°
≥θ≥30
°
。
[0016]上述方案中，光吸收抑制层通过30
°
以上且90
°
以下的Al组分骤变、Mg掺杂浓度骤变、H杂质浓度骤变及C杂质浓度骤变角度在上波导层和电子阻挡层间形成陡峭的界面，可以阻挡电子阻挡层的Mg往上波导层和有源层扩散，阻断上波导层的Mg自补偿效应，可以抑制光吸收损耗，降低激光器振荡阈值。
[0017]进一步地，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均采用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形成。
[0018]进一步地，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/SiNx、镁铝尖晶石MgAl2O4、MgO、ZnO、ZrB2、LiAlO2和LiGaO2复合衬底的任意一种。
[0019]上述方案还可以提升空穴的注入效率和改善载流子去局域化，增强有源层电子与空穴的浓度差异，提升有源层载流子分布均匀性，从而提升激光器的发光效率和斜率效率。
附图说明
[0020]图1为本专利技术一实施例提供的一种半导体激光器结构示意图；
[0021]图2为本专利技术一实施例提供的一种半导体激光器的结构SIMS二次离子质谱示意图；
[0022]图3为本专利技术一实施例提供的一种半导体激光器的结构的骤变角度示意图；
[0023]图4是本专利技术一实施例提供的一种半导体激光器有源层的TEM透射电镜图；
[0024]其中：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、光吸收抑制层。
具体实施方式
[0025]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半导体激光器，包括由下至上依次相连的衬底、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，在所述上波导层和电子阻挡层间设置至少一层光吸收抑制层。2.根据权利要求1所述的一种半导体激光器，其特征在于，所述有源层为有阱层和垒层组成的周期结构，其周期数m满足1≥m≥3。3.根据权利要求2所述的一种半导体激光器，其特征在于，所述阱层为InGaN或GaN的任意一种或任意组合，所述垒层为GaN、AlGaN、AlInGaN、AlN、AlInN的任意一种或任意组合。4.根据权利要求1～3任一项所述的一种半导体激光器，其特征在于，所述光吸收抑制层由AlInGaN、AlGaN、InGaN、AlInN的一种或任意组合构成，其Al组分骤变线性下降、Mg掺杂浓度骤变线性下降、H杂质浓度骤变线性下降和C杂质浓度骤变线性下降。5.根据权利要求4所述的一种半导体激光器，其特征在于，所述Al组分骤变线性下降具体为：Al组分骤变角度为下降线与水平线的夹角α，其中有：90
°
≥α≥30
°
。6.根据权利要求4所述的一种半导体激光器，其特征在于，所述H杂质浓度骤变线性下降具体为：H杂质浓度骤变角度为下降线与水平线的夹角β，其中90
°
≥β≥30
°
...

【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，张江勇，蔡鑫，刘紫涵，陈婉君，黄军，张会康，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：