一种具有一维电荷密度波层的半导体激光元件制造技术

本发明专利技术提出了一种具有一维电荷密度波层的半导体激光元件，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，在上波导层上下均设置有一维电荷密度波层。本发明专利技术能够诱导产生莫尔超晶格能隙，使自旋准粒子和带电荷准粒子产生不一致速度，产生自旋电荷分离现象，降低单电子激发几率，提升激光器粒子数反转。一维系统提升量子限域效应，增强激光元件有源层的限制因子，调控光场和载流子限制在有源区，减少上限制层的内部吸收损耗和载流子吸收损耗，并调控隧道势垒高度，降低价带带阶和空穴注入势垒，提升空穴注入效率，实现连续振荡，降低激光元件的激发阈值，提升激光元件的光功率和斜率效率。率。率。

【技术实现步骤摘要】
一种具有一维电荷密度波层的半导体激光元件


[0001]本申请涉及半导体光电器件领域，尤其涉及一种具有一维电荷密度波层的半导体激光元件。

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]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，电子空穴跃迁到量子阱或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)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；
[0010]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；
[0011]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；
[0012]4)激光器价带带阶差增加，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。

技术实现思路

[0013]为解决上述技术问题之一，本专利技术提供了一种具有一维电荷密度波层的半导体激光元件。
[0014]本专利技术实施例提供了一种具有一维电荷密度波层的半导体激光元件，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，所述有源层与上波导层之间、所述上波导层与电子阻挡层之间均设置有一维电荷密度波层。
[0015]优选地，所述一维电荷密度波层为MoTe2、BaSnO3、CsPbIBr2、Cs2AgFeCl6:In、RSe2、CsAgBiBr6的任意两种以上组合，所述一维电荷密度波层的掺杂元素为Li、Be、Mg、Na、K、Ca、Sr、Fr、Ra、Zn的任意一种或任意组合。
[0016]优选地，所述一维电荷密度波层的厚度为5nm至500nm。
[0017]优选地，所述一维电荷密度波层为拓扑狄拉克超晶格结构。
[0018]优选地，所述一维电荷密度波层为以下二元组合结构的拓扑狄拉克超晶格结构中的任意一个：MoTe2/BaSnO3,MoTe2/CsPbIBr2,MoTe2/Cs2AgFeCl6:In,MoTe2/RSe2,MoTe2/CsAgBiBr6,BaSnO3/CsPbIBr2,BaSnO3/Cs2AgFeCl6:In,BaSnO3/RSe2,BaSnO3/CsAgBiBr6,CsPbIBr2/Cs2AgFeCl6:In,CsPbIBr2/RSe2,CsPbIBr2/CsAgBiBr6,Cs2AgFeCl6:In/RSe2,Cs2AgFeCl6:In/CsAgBiBr6,RSe2/CsAgBiBr6。
[0019]优选地，所述一维电荷密度波层为以下三元组合结构的拓扑狄拉克超晶格结构中的任意一个：MoTe2/BaSnO3/CsPbIBr2,MoTe2/BaSnO3/Cs2AgFeCl6:In,MoTe2/BaSnO3/RSe2,MoTe2/BaSnO3/CsAgBiBr6,MoTe2/CsPbIBr2/Cs2AgFeCl6:In,MoTe2/CsPbIBr2/RSe2,MoTe2/CsPbIBr2/CsAgBiBr6,MoTe2/Cs2AgFeCl6:In/RSe2,MoTe2/Cs2AgFeCl6:In/CsAgBiBr6,MoTe2/RSe2/CsAgBiBr6,BaSnO3/CsPbIBr2/Cs2AgFeCl6:In,BaSnO3/CsPbIBr2/RSe2,BaSnO3/CsPbIBr2/CsAgBiBr6,BaSnO3/Cs2AgFeCl6:In/RSe2,BaSnO3/Cs2AgFeCl6:In/CsAgBiBr6,BaSnO3/RSe2/CsAgBiBr6,CsPbIBr2/Cs2AgFeCl6:In/RSe2,CsPbIBr2/Cs2AgFeCl6:In/CsAgBiBr6,CsPbIBr2/RSe2/CsAgBiBr6,Cs2AgFeCl6:In/RSe2/CsAgBiBr6。
[0020]优选地，所述一维电荷密度波层为以下四元组合结构的拓扑狄拉克超晶格结构中的任意一个：MoTe2/BaSnO3/CsPbIBr2/Cs2AgFeCl6:In,MoTe2/BaSnO3/CsPbIBr2/RSe2,MoTe2/BaSnO3/CsPbIBr2/CsAgBiBr6,MoTe2/CsPbIBr2/Cs2AgFeCl6:In/RSe2,MoTe2/CsPbIBr2/Cs2AgFeCl6:In/CsAgBiBr6,MoTe2/Cs2AgFeCl6:In/RSe2/CsAgBiBr6,BaSnO3/CsPbIBr2/Cs2AgFeCl6:In/RSe2,BaSnO3/CsPbIBr2/Cs2AgFeCl6:In/CsAgBiBr6,
[0021]BaSnO3/Cs2AgFeCl6:In/RSe2/CsAgBiBr6,
[0022]CsPbIBr2/Cs2AgFeCl6:In/RSe2/CsAgBiBr6。
[0023]优选地，所述一维电荷密度波层为以下五元组合结构或六元组合结构的拓扑狄拉克超晶格结构中的任意一个：MoTe2/BaSnO3/CsPbIBr2/Cs2AgFeCl6:In/RSe2,
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有一维电荷密度波层的半导体激光元件，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，其特征在于，所述有源层与上波导层之间、所述上波导层与电子阻挡层之间均设置有一维电荷密度波层。2.根据权利要求1所述的半导体激光元件，其特征在于，所述一维电荷密度波层为MoTe2、BaSnO3、CsPbIBr2、Cs2AgFeCl6:In、RSe2、CsAgBiBr6的任意两种以上组合，所述一维电荷密度波层的掺杂元素为Li、Be、Mg、Na、K、Ca、Sr、Fr、Ra、Zn的任意一种或任意组合。3.根据权利要求1所述的半导体激光元件，其特征在于，所述一维电荷密度波层的厚度为5nm至500nm。4.根据权利要求1所述的半导体激光元件，其特征在于，所述一维电荷密度波层为拓扑狄拉克超晶格结构。5.根据权利要求1或4所述的半导体激光元件，其特征在于，所述一维电荷密度波层为以下二元组合结构的拓扑狄拉克超晶格结构中的任意一个：MoTe2/BaSnO3,MoTe2/CsPbIBr2,MoTe2/Cs2AgFeCl6:In,MoTe2/RSe2,MoTe2/CsAgBiBr6,BaSnO3/CsPbIBr2,BaSnO3/Cs2AgFeCl6:In,BaSnO3/RSe2,BaSnO3/CsAgBiBr6,CsPbIBr2/Cs2AgFeCl6:In,CsPbIBr2/RSe2,CsPbIBr2/CsAgBiBr6,Cs2AgFeCl6:In/RSe2,Cs2AgFeCl6:In/CsAgBiBr6,RSe2/CsAgBiBr6。6.根据权利要求1或4所述的半导体激光元件，其特征在于，所述一维电荷密度波层为以下三元组合结构的拓扑狄拉克超晶格结构中的任意一个：MoTe2/BaSnO3/CsPbIBr2,MoTe2/BaSnO3/Cs2AgFeCl6:In,MoTe2/BaSnO3/RSe2,MoTe2/BaSnO3/CsAgBiBr6,MoTe2/CsPbIBr2/Cs2AgFeCl6:In,MoTe2/CsPbIBr2/RSe2,MoTe2/CsPbIBr2/CsAgBiBr6,MoTe2/Cs2AgFeCl6:In/RSe2,MoTe2/Cs2AgFeCl6:In/CsAgBiBr6,MoTe2/RSe2/CsAgBiBr6,BaSnO3/CsPbIBr2/Cs2AgFeCl6:In,BaSnO3/CsPbIBr2/RSe2,BaSnO3/CsPbIBr2/CsAgBiBr6,BaSnO3/Cs2AgFeCl6:In/RSe2,BaSnO3/Cs2AgFeCl6:In/CsAgBiBr6,BaSnO3/RSe2/CsAgBiBr6,CsPbIBr2/Cs2AgFeCl6:In/RSe2,CsPbIBr2/Cs2AgFeCl6:In/CsAgBiBr6,CsPbIBr2/RSe2/CsAgBiBr6,Cs2AgFeCl6:In/RSe2/CsAgBiBr6。7.根据权利要求1或4所述的半导体激光元件，其特征在于，所述一维电荷密度波层为以下四元组合结构的拓扑狄拉克超晶格结构中的任意一个：MoTe2/BaSnO3/CsPbIBr2/Cs...

【专利技术属性】
技术研发人员：李水清，王星河，蔡鑫，张江勇，陈婉君，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：