一种含自旋螺旋电感层的激光元件制造技术

本发明专利技术公开一种含自旋螺旋电感层的激光元件，所述激光元件从下往上包括：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；所述有源层和所述下波导层相邻，或者所述有源层和所述下波导层之间存在第一自旋螺旋电感层；所述有源层和所述上波导层相邻，或者所述有源层和所述上波导层之间存在第二自旋螺旋电感层；所述第一自旋螺旋电感层和所述第二自旋螺旋电感层均为三维拓扑核壳结构。采用本发明专利技术，降低空穴注入势垒，增强空穴注入效率，同时，提升有源层的电子注入势垒，降低电子溢流，从而提升有源层中电子空穴波函数的辐射复合效率，提升激光器限制因子，降低内损耗，提升激光的激射功率和斜率效率。提升激光的激射功率和斜率效率。提升激光的激射功率和斜率效率。

【技术实现步骤摘要】
一种含自旋螺旋电感层的激光元件


[0001]本专利技术涉及半导体光电器件领域，尤其涉及一种含自旋螺旋电感层的激光元件。

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，本申请实施例的第一方面提供了一种含自旋螺旋电感层的激光元件，从下往上包括：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；
[0006]所述有源层和所述下波导层相邻，或者所述有源层和所述下波导层之间存在第一自旋螺旋电感层；所述有源层和所述上波导层相邻，或者所述有源层和所述上波导层之间存在第二自旋螺旋电感层；
[0007]所述有源层为三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；
[0008]所述第一自旋螺旋电感层和所述第二自旋螺旋电感层均为三维拓扑核壳结构。
[0009]在第一方面的一种可能的实现方式中，所述阱层包括I nGaN、I nN、GaN、A l I nGaN、A l N、A l GaN、A l I nN、GaAs、GaP、I nP、A l GaAs、A l I nGaAs、A l Ga I nP、I nGaAs、A l I nAs、A l I nP、A l GaP、I nGaP、Si C、Ga2O3、BN中的一种或多种成分。
[0010]在第一方面的一种可能的实现方式中，所述垒层包括I nGaN、I nN、GaN、A l I nGaN、A l N、A l GaN、A l I nN、GaAs、GaP、I nP、A l GaAs、A l I nGaAs、A l Ga I nP、I nGaAs、A l I nAs、A l I nP、A l GaP、I nGaP、Si C、Ga2O3、BN中的一种或多种成分。
[0011]在第一方面的一种可能的实现方式中，所述自旋螺旋电感层包括Cd3Ru4A l 12、CsV3Sb5、SrT iO3、KVsSb5、Pb I 2
‑
WS2、RbV3Sb5中的一种成分或者多种成分。
[0012]在第一方面的一种可能的实现方式中，所述下限制层包括I nGaN、I nN、GaN、A l I nGaN、A l N、A l GaN、A l I nN、GaAs、GaP、I nP、A l GaAs、A l I nGaAs、A l Ga I nP、I nGaAs、A l I nAs、A l I nP、A l GaP、I nGaP、Si C、Ga2O3、BN中的一种成分或者多种成分，Si掺杂浓度范围为1E18～1E20cm
‑3。
[0013]在第一方面的一种可能的实现方式中，所述下波导层或上波导层包括I nGaN、I nN、GaN、Al I nGaN、Al N、Al GaN、Al I nN、GaAs、GaP、I nP、Al GaAs、Al I nGaAs、Al GaI nP、I nGaAs、Al I nAs、Al I nP、Al GaP、I nGaP、SiC、Ga2O3、BN中的一种成分或者多种成分，Si掺杂浓度范围为1E16～5E19 cm
‑3。
[0014]在第一方面的一种可能的实现方式中，所述电子阻挡层和上限制层包括InGaN、InN、GaN、AlInGaN、AlN、AlGaN、AlInN、GaAs、GaP、InP、AlGaAs、AlInGaAs、AlGaInP、InGaAs、AlInAs、AlInP、AlGaP、InGaP、SiC、Ga2O3、BN中的一种成分或者多种成分，Mg掺杂浓度为1E18～1E20 cm
‑3。
[0015]在第一方面的一种可能的实现方式中，所述衬底包括蓝宝石、硅、Ge、SiC、Al N、GaN、GaAs、I nP、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]在第一方面的一种可能的实现方式中，所述自旋螺旋电感层的二元核壳结构包括以下几种：Cd3Ru4Al 12
/CsV3Sb5,Cd3Ru4Al 12
/SrTiO3,Cd3Ru4Al 12
/KVsSb5,Cd3Ru4Al 12
/Pb I2‑
WS2,Cd3Ru4Al 12
/RbV3Sb5,CsV3Sb5/SrTiO3,CsV3Sb5/KVsSb5,CsV3Sb5/Pb I2‑
WS2,CsV3Sb5/RbV3Sb5,SrTiO3/KVsSb5,SrTiO3/Pb I2‑
WS2,SrTiO3/RbV3Sb5,KVsSb5/Pb I2‑
WS2,KVsSb5/RbV3Sb5,Pb I2‑
WS2/RbV3Sb5。
[0017]在第一方面的一种可能的实现方式中，所述自旋螺旋电感层的三元核壳结构包括以下几种：Cd3Ru4Al 12
/CsV3Sb5/SrTiO3,Cd3Ru4Al 12
/CsV3Sb5/KVsSb5,Cd3Ru4Al 12
/CsV3Sb5/Pb I2‑
WS2,Cd3Ru4Al 12
/CsV3Sb5/RbV3Sb5,Cd3Ru4Al 12
/SrTiO3/KVsSb5,Cd3Ru4Al 12
/SrT iO3/Pb I2‑
WS2,Cd3Ru4Al 12
/SrTiO3/RbV3Sb5,Cd3Ru4Al 12
/KVsSb5/Pb I2‑
WS2,Cd3Ru本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含自旋螺旋电感层的激光元件，其特征在于，从下往上包括：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；所述有源层和所述下波导层相邻，或者所述有源层和所述下波导层之间存在第一自旋螺旋电感层；所述有源层和所述上波导层相邻，或者所述有源层和所述上波导层之间存在第二自旋螺旋电感层；所述有源层为三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；所述第一自旋螺旋电感层和所述第二自旋螺旋电感层均为三维拓扑核壳结构。2.如权利要求1所述含自旋螺旋电感层的激光元件，其特征在于，所述阱层包括InGaN、InN、GaN、AlInGaN、AlN、AlGaN、AlInN、GaAs、GaP、InP、AlGaAs、AlInGaAs、AlGaInP、InGaAs、AlInAs、AlInP、AlGaP、InGaP、SiC、Ga2O3、BN中的一种或多种成分。3.如权利要求1所述含自旋螺旋电感层的激光元件，其特征在于，所述垒层包括InGaN、InN、GaN、AlInGaN、AlN、AlGaN、AlInN、GaAs、GaP、InP、AlGaAs、AlInGaAs、AlGaInP、InGaAs、AlInAs、AlInP、AlGaP、InGaP、SiC、Ga2O3、BN中的一种或多种成分。4.如权利要求1所述含自旋螺旋电感层的激光元件，其特征在于，所述自旋螺旋电感层包括Cd3Ru4Al
12
、CsV3Sb5、SrTiO3、KVsSb5、PbI2‑
WS2、RbV3Sb5中的一种成分或者多种成分。5.如权利要求1所述含自旋螺旋电感层的激光元件，其特征在于，所述下限制层包括InGaN、InN、GaN、AlInGaN、AlN、AlGaN、AlInN、GaAs、GaP、InP、AlGaAs、AlInGaAs、AlGaInP、InGaAs、AlInAs、AlInP、AlGaP、InGaP、SiC、Ga2O3、BN中的一种成分或者多种成分，Si掺杂浓度范围为1E18～1E20cm
‑3。6.如权利要求1所述含自旋螺旋电感层的激光元件，其特征在于，所述下波导层或上波导层包括InGaN、InN、GaN、AlInGaN、AlN、AlGaN、AlInN、GaAs、GaP、InP、AlGaAs、AlInGaAs、AlGaInP、InGaAs、AlInAs、AlInP、AlGaP、InGaP、SiC、Ga2O3、BN中的一种成分或者多种成分，Si掺杂浓度范围为1E16～5E19cm
‑3。7.如权利要求1所述含自旋螺旋电感层的激光元件，其特征在于，所述电子阻挡层和上限制层包括InGaN、InN、GaN、AlInGaN、AlN、AlGaN、AlInN、GaAs、GaP、InP、AlGaAs、AlInGaAs、AlGaInP、InGaAs、AlInAs、AlInP、AlGaP、InGaP、SiC、Ga2O3、BN中的一种成分或者多种成分，Mg掺杂浓度为1E18～1E2...

【专利技术属性】
技术研发人员：李水清，王星河，陈婉君，张会康，黄军，刘紫涵，蔡鑫，蒙磊，际三喜，季徐芳，张江勇，请求不公布姓名，
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：