一种设有导电相变层的半导体激光元件制造技术

本发明专利技术提供了一种设有导电相变层的半导体激光元件，涉及半导体光电器件技术领域，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、上限制层，下波导层与下限制层之间和上波导层与电子阻挡层之间设有导电相变层，导电相变层具有可逆调控相变场，调控外延生长过程中高低温变化时的相变，使相变速率从分钟量级提升到皮秒量线，降低电阻率和载流子势垒，降低单横模激射电流和阈值电压；同时，导电相变层还具有可逆调控应变场，改善热应力分布不均匀，抑制有源层的In组分涨落和偏析，提升有源层界面质量，提升热稳定性和抑制光学灾变损伤，增强激光元件的限制因子，提升激光元件的激射功率和斜率效率。提升激光元件的激射功率和斜率效率。提升激光元件的激射功率和斜率效率。

【技术实现步骤摘要】
一种设有导电相变层的半导体激光元件


[0001]本专利技术涉及半导体光电器件
，具体而言，涉及一种设有导电相变层的半导体激光元件。

技术介绍

[0002]激光元件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。激光元件的各类很多，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元件；与其他类型激光元件相比，全固态半导体激光元件具有体积小、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。激光元件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，单颗激光元件输出功率可在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)激光元件的使用电流密度达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，而激光元件为受激跃迁辐射，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
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n结产生辐射复合发光，而激光元件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。氮化物半导体激光元件存在以下问题：1)远离平衡态相变对应的对称性破缺使激光元件在阈值处出现不连续或突变现象，如电导上跳、电容下沉、结电压上跳、串联电阻下沉、理想因子上跳等问题。2)量子阱In组分增加会产生In组分涨落和应变，激光元件增益谱变宽，峰值增益下降；量子阱In组分增加，热稳定性变差，高温p型半导体和限制层生长会使有源层产生热退化，降低有源层的质量和界面质量；有源层内部缺陷密度高、InN与GaN互溶隙较大、InN相分离偏析、热退化、晶体质量不理想，导致量子阱质量和界面质量不理想，增加非辐射复合中心或光学灾变。3)激光元件温度分布不均匀，引起热膨胀和热应力分布不均匀，产生温度淬灭、激光元件断裂、热透镜效应和应力双折射效应等问题。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种设有导电相变层的半导体激光元件，解决了现有技术中存在的的问题。
[0004]一种设有导电相变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、上限制层，有源层与下波导层之间以及下限制层与下波导层之间设有导电相变层。
[0005]作为本专利技术优选的技术方案，所述导电相变层为H
x
VO2、InVO4、CoF2O4、VO2、FeHCF的
任意两种或任意两种以上组合。
[0006]作为本专利技术优选的技术方案，所述导电相变层的任意组合包括以下二元组合的异质结、超晶格、量子阱、核壳结构、量子点等结构但不限于以下结构：H
x
VO2/InVO4,H
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VO2/CoF2O4,H
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VO2/VO2,H
x
VO2/FeHCF,InVO4/CoF2O4,InVO4/VO2,InVO4/FeHCF,CoF2O4/VO2,CoF2O4/FeHCF,VO2/FeHCF。
[0007]作为本专利技术优选的技术方案，所述导电相变层的任意组合包括以下三元组合的异质结、超晶格、量子阱、核壳结构、量子点等结构但不限于以下结构：H
x
VO2/InVO4/CoF2O4,H
x
VO2/InVO4/VO2,H
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VO2/InVO4/FeHCF,H
x
VO2/CoF2O4/VO2,H
x
VO2/CoF2O4/FeHCF,H
x
VO2/VO2/FeHCF,InVO4/CoF2O4/VO2,InVO4/CoF2O4/FeHCF,InVO4/VO2/FeHCF,CoF2O4/VO2/FeHCF。
[0008]作为本专利技术优选的技术方案，所述导电相变层的任意组合包括以下四元组合的异质结、超晶格、量子阱、核壳结构、量子点等结构但不限于以下结构：H
x
VO2/InVO4/CoF2O4/VO2,H
x
VO2/InVO4/CoF2O4/FeHCF,InVO4/CoF2O4/VO2/FeHCF。
[0009]作为本专利技术优选的技术方案，所述下限制层(101)、下波导层(102)，有源层(103)、上波导层(104)、电子阻挡层(105)、上限制层(106)包括GaN、AlGaN、InGaN、AlInGaN、AlN、InN、AlInN、SiC、Ga2O3、BN、GaAs、GaP、InP、AlGaAs、AlInGaAs、AlGaInP、InGaAs、AlInAs、AlInP、AlGaP、InGaP的任意一种或任意多元组合；所述半导体激光元件包括发光波长为200nm～300nm的半导体深紫外激光器，发光波长为300nm～420nm的半导体紫外激光器，发光波长为420nm～480nm的半导体蓝光激光器，发光波长为500nm～550nm的半导体绿光激光器，发光波长为550nm～700nm的半导体红光与黄光激光器，发光波长为800nm～1000nm的半导体红外激光器，发光波长为1000nm～1600nm的半导体远红外激光器。
[0010]作为本专利技术优选的技术方案，所述下限制层(101)、下波导层(102)，有源层(103)、上波导层(104)、电子阻挡层(105)、上限制层(106)包括GaN、AlGaN、InGaN、AlInGaN、AlN、InN、AlInN、SiC、Ga2O3、BN、GaAs、GaP、InP、AlGaAs、AlInGaAs、AlGaInP、InGaAs、AlInAs、AlInP、AlGaP、InGaP的任意一种或任意多元组合；所述半导体激光元件包括发光波长为200nm～300nm的半导体深紫外激光器，发光波长为300nm～420nm的半导体紫外激光器，发光波长为420nm～480nm的半导体蓝光激光器，发光波长为500nm～550nm的半导体绿光激光器，发光波长为550nm～700nm的半导体红光与黄光激光器，发光波长为800nm～1000nm的半导体红外激光器，发光波长为1000nm～1600nm的半导体远红外激光器。
[0011]作为本专利技术优选的技术方案，所述导电相变层的任意组合包括以下五元组合的异质结、超晶格、量子阱、核壳结构、量子点等结构但不限于以下结构:H
x
VO2/InVO4/CoF2O4/VO2/FeHCF。
[0012]作为本专利技术优选的技术方案，有源层与下波导层之间以及下限制层与下波导层之间设有导电相变层，导电相变层具有可逆调控本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种设有导电相变层的半导体激光元件，从下至上依次包括衬底(100)、下限制层(101)、下波导层(102)，有源层(103)、上波导层(104)、电子阻挡层(105)、上限制层(106)，其特征在于：下波导层(102)与下限制层(101)之间和有源层(103)与下波导层(102)之间设有导电相变层(107)。2.如权利要求1所述的一种设有导电相变层的半导体激光元件，其特征在于，所述导电相变层(107)为H
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VO2、InVO4、CoF2O4、VO2、FeHCF的任意两种或任意两种以上组合。3.如权利要求2所述的一种设有导电相变层的半导体激光元件，其特征在于，所述导电相变层(107)的任意组合包括以下二元组合的异质结、超晶格、量子阱、核壳结构、量子点等结构但不限于以下结构：H
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VO2/InVO4,H
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VO2/CoF2O4,H
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VO2/VO2,H
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VO2/FeHCF,InVO4/CoF2O4,InVO4/VO2,InVO4/FeHCF,CoF2O4/VO2,CoF2O4/FeHCF,VO2/FeHCF。4.如权利要求2所述的一种设有导电相变层的半导体激光元件，其特征在于，所述导电相变层(107)的任意组合包括以下三元组合的异质结、超晶格、量子阱、核壳结构、量子点等结构但不限于以下结构：H
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VO2/InVO4/CoF2O4,H
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VO2/InVO4/VO2,H
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VO2/InVO4/FeHCF,H
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VO2/CoF2O4/VO2,H
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VO2/CoF2O4/FeHCF,H
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VO2/VO2/FeHCF,InVO4/CoF2O4/VO2,InVO4/CoF2O4/FeHCF,InVO4/VO2/FeHCF,CoF2O4/VO2/FeHCF。5.如权利要求2所述的一种设有导电相变层的半导体激光元件，其特征在于，所述导电相变层(107)的任意组合包括以下四元组合的异质结、超晶格、量子阱、核壳结构、量子点等结构但不限于以下结构：H
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VO2/InVO4/CoF2O4/VO2,H
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VO2/InVO4/CoF2O4/FeHCF,InVO4/CoF2O4/VO2/FeHCF。...

【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，陈婉君，胡志勇，张江勇，刘紫涵，蔡鑫，陈三喜，蒙磊，季徐芳，
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：