一种含粒子数反转结构的激光器制造技术

本发明专利技术公开一种含粒子数反转结构的激光器，从下往上包括：衬底、下限制层、第一下波导层，第二下波导层，有源层、上波导层和上限制层；所述第一下波导层和所述第二下波导层形成下波导层；所述上限制层、所述上波导层、所述有源层、所述第一下波导层、所述第二下波导层形成粒子数反转结构，在所述粒子数反转结构中，由上波导层陡峭的Mg掺杂浓度界面、有源层陡峭的Si掺杂浓度界面、下波导层陡峭的Si掺杂浓度界面、上波导层陡峭的Al含量界面和下波导层陡峭的Al含量界面共同作用，使有源层的电子数远远大于空穴数形成粒子数反转，随着激励源持续输入，穴辐射复合大于损耗，加快激光器产生受激发射，降低激光器的阈值，提升激光功率和效率。率。率。

【技术实现步骤摘要】
一种含粒子数反转结构的激光器


[0001]本专利技术涉及半导体光电器件领域，尤其涉及一种含粒子数反转结构的激光器。

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]目前，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，且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；3)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，且量子阱极化电场提升空穴注入势垒、空穴溢出有源层等问题，空穴注入不均匀和效率偏低，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，同时，激光器增益谱变宽，峰值增益下降，导致激光器阈值电流增大且斜率效率降低。

技术实现思路

[0004]本专利技术实施例提供一种含自旋螺旋电感层的激光元件，通过自旋螺旋电感层在激光元件中形成较强的电感强度，提升激光元件的光功率和斜率效率。
[0005]为实现上述目的，本申请实施例的提供一种含粒子数反转结构的激光器，从下往上包括：衬底、下限制层、第一下波导层，第二下波导层，有源层、上波导层和上限制层；所述第一下波导层和所述第二下波导层形成下波导层；
[0006]所述上限制层、所述上波导层、所述有源层、所述第一下波导层、所述第二下波导层形成粒子数反转结构，在所述粒子数反转结构中，设计各项生长参数值，使所述上波导层的Mg掺杂浓度界面的下降角度大于或等于预设阈值、所述有源层Si掺杂浓度界面的下降角度大于或等于预设阈值、所述下波导层Si掺杂浓度界面的下降角度大于或等于预设阈值、所述上波导层Al含量界面的下降角度大于或等于预设阈值和所述下波导层Al含量界面的下降角度大于或等于预设阈值。
[0007]在一种可能的实现方式中，在所述粒子数反转结构中，所述上限制层往所述上波导层方向的Mg掺杂浓度呈线性下降趋势，Mg掺杂浓度界面的下降角度为α，α≥70
°
。
[0008]在一种可能的实现方式中，在所述粒子数反转结构中，所述有源层的Si掺杂浓度界面呈现向上尖峰状，所述有源层往所述上波导层方向的Si掺杂浓度下降趋势，Si掺杂浓度界面的下降角度为β，β≥70
°
；所述有源层往第二下波导层方向的Si掺杂浓度呈下降趋势，Si掺杂浓度界面的下降角度为γ，γ≥70
°
。
[0009]在一种可能的实现方式中，在所述粒子数反转结构中，所述下波导层的Si掺杂浓度界面呈向下尖峰状，在所述第二下波导层往所述第一下波导层方向上，Si掺杂浓度呈下降趋势，Si掺杂浓度界面的下降角度为δ，δ≥70
°
；所述第一下波导层往所述第二下波导层方向的Si掺杂浓度呈下降趋势，Si掺杂浓度界面的下降角度为φ，φ≥70
°
。
[0010]在一种可能的实现方式中，所述有源层的Si掺杂浓度界面中Si掺浓度为5E18～5E19cm
‑3；所述下波导层的Si掺杂浓度界面中Si掺杂浓度为1E17～1E18cm
‑3；所述上波导层的Si掺杂浓度为1E16～1E17cm
‑3；所述第一下波导层的Si掺杂浓度为5E17～1E19cm
‑3；所述第二下波导层的Si掺杂浓度为1E18～1E19cm
‑3。
[0011]在一种可能的实现方式中，在所述粒子数反转结构中，所述上限制层往所述上波导层方向的Al含量下降趋势，Al含量界面的下降角度为ψ，ψ≥70
°
。
[0012]在一种可能的实现方式中，在所述粒子数反转结构中，所述下限制层往所述第一下波导层方向的Al含量呈下降趋势，Al含量界面的下降角度为θ，θ≥70
°
。
[0013]在一种可能的实现方式中，所述有源层为四个以内周期层组成的周期结构，每一个周期层包括一个阱层和一个垒层，不同的周期层拼接时形成阱层和垒层相邻的结构。
[0014]在一种可能的实现方式中，所述下限制层或所述下波导层或所述有源层或所述上波导层或所述上限制层包括GaN、AlGaN、InGaN、AlInGaN、AlN、InN、AlInN、SiC、Ga2O3、BN、GaAs、GaP、InP、AlGaAs、AlInGaAs、AlGaInP、InGaAs、AlInAs、AlInP、AlGaP、InGaP中的一种成分或多种成分。
[0015]在一种可能的实现方式中，所述衬底包括蓝宝石、硅、Ge、SiC、AlN、GaN、GaAs、InP、SiO2、SiNx镁铝尖晶石MgAl2O4、MgO、ZnO、ZrB2、LiAlO2和LiGaO2中的一种成分或者多种成分。
[0016]相比于现有技术，本专利技术实施例提供一种含粒子数反转结构的激光器，通过由上限制层、上波导层、有源层、第一下波导层、第二下波导层形成粒子数反转结构，调整各层成分组成粒子数反转结构，在粒子数反转结构中，一定倾度的上波导层Mg掺界面、一定倾度的有源层Si掺界面、一定倾度的下波导层Si掺界面、一定倾度的上波导层Al含量界面和一定倾度的下波导层Al含量界面共同作用，形成粒子数反转，随着激励源持续输入，电子穴穴辐射复合大于损耗，加快激光器产生受激发射，增强双极性电导，改善载流子浓度饱和和载流子注入均匀性，降低激光器电压，同时，减少In偏析，使激光器增益谱变窄，提升峰值增益和热稳定性，减少内部光学损耗，降低激光器的阈值，提升激光功率和效率。
附图说明
[0017]图1是本专利技术一实施例提供一种含粒子数反转结构的激光器的结构示意图；
[0018]图2是本专利技术一实施例提供一种半导体激光器的结构SIMS二次离子质谱图；
[0019]图3是本专利技术一实施例提供一种半导体激光器的结构TEM透射电镜测试图。
具体实施方式
[0020]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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0021]请参见图1，本专利技术一实施例提供一种含粒子数反转结构的激光器，从下往上包括：衬底100、下限制层101、第一下波导层102、第二下波导层103、有源层104、上波导层本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含粒子数反转结构的激光器，其特征在于，从下往上包括：衬底、下限制层、第一下波导层、第二下波导层、有源层、上波导层和上限制层；所述第一下波导层和所述第二下波导层形成下波导层；所述上限制层、所述上波导层、所述有源层、所述第一下波导层、所述第二下波导层形成粒子数反转结构，在所述粒子数反转结构中，设计各项生长参数值，使所述上波导层的Mg掺杂浓度界面的下降角度大于或等于预设阈值、所述有源层Si掺杂浓度界面的下降角度大于或等于预设阈值、所述下波导层Si掺杂浓度界面的下降角度大于或等于预设阈值、所述上波导层Al含量界面的下降角度大于或等于预设阈值和所述下波导层Al含量界面的下降角度大于或等于预设阈值。2.如权利要求1所述含粒子数反转结构的激光器，其特征在于，在所述粒子数反转结构中，所述上限制层往所述上波导层方向的Mg掺杂浓度呈线性下降趋势，Mg掺杂浓度界面的下降角度为α，α≥70
°
。3.如权利要求1所述含粒子数反转结构的激光器，其特征在于，在所述粒子数反转结构中，所述有源层的Si掺杂浓度界面呈现向上尖峰状，所述有源层往所述上波导层方向的Si掺杂浓度下降趋势，Si掺杂浓度界面的下降角度为β，β≥70
°
；所述有源层往第二下波导层方向的Si掺杂浓度呈下降趋势，Si掺杂浓度界面的下降角度为γ，γ≥70
°
。4.如权利要求1所述含粒子数反转结构的激光器，其特征在于，在所述粒子数反转结构中，所述下波导层的Si掺杂浓度界面呈向下尖峰状，在所述第二下波导层往所述第一下波导层方向上，Si掺杂浓度呈下降趋势，Si掺杂浓度界面的下降角度为δ，δ≥70
°
；所述第一下波导层往所述第二下波导层方向的Si掺杂浓度呈下降趋势，Si掺杂浓度界面的下降角度为φ，φ≥70
°
。5.如权利要求3或4所述含粒子数反转结构的激光器，其特征在...

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