一种具有费米面拓扑层的半导体激光元件制造技术

本发明专利技术提出一种具有费米面拓扑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，上限制层与电子阻挡层之间和/或下限制层与下波导层之间设置有费米面拓扑层，费米面拓扑层为二维拓扑莫尔超晶格结构。本发明专利技术在上限制层与电子阻挡层之间和/或下限制层与下波导层之间设置费米面拓扑层，该费米面拓扑层可通过垂直向下的能带移动改变费米面拓扑结构，降低电子自旋的无序性和不稳定性，提升电子和空穴的注入效率，以及激光元件有源层的辐射复合效率，同时，增强双极性电导以提升限制因子，改善有源层载流子浓度饱和问题，从而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。件的光功率和斜率效率。件的光功率和斜率效率。

【技术实现步骤摘要】
一种具有费米面拓扑层的半导体激光元件


[0001]本申请涉及半导体光电器件领域，尤其涉及一种具有费米面拓扑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)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，有源层中的电子空穴严重不对称不匹配，导致空穴注入效率低和电子溢流等问题，降低有源层的电子空穴辐射复合效率；
[0011]3)激光器激射后，多量子阱有源区载流子浓度饱和，双极性电导效应减弱，激光器的串联电阻增加，导致激光器电压上升。

技术实现思路

[0012]为解决上述技术问题之一，本专利技术提供了一种具有费米面拓扑层的半导体激光元件。
[0013]本专利技术实施例提供了一种具有费米面拓扑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，所述上限制层与电子阻挡层之间和/或下限制层与下波导层之间设置有费米面拓扑层，所述费米面拓扑层为二维拓扑莫尔超晶格结构。
[0014]优选地，所述费米面拓扑层为Ba(FeCo)2As2@ReS2、LuFeO3@LuFe2O4、SrTiO3@FeSe、FeSe@STO、Cr2Ge2Te6@CoNiCo的任意一种或任意组合的二维拓扑莫尔超晶格结构。
[0015]优选地，所述费米面拓扑层包括以下任意二元组合的二维拓扑莫尔超晶格结构：
[0016]Ba(FeCo)2As2@ReS2/LuFeO3@LuFe2O4,
[0017]Ba(FeCo)2As2@ReS2/SrTiO3@FeSe,
[0018]Ba(FeCo)2As2@ReS2/FeSe@STO,
[0019]Ba(FeCo)2As2@ReS2/Cr2Ge2Te6@CoNiCo,
[0020]LuFeO3@LuFe2O4/SrTiO3@FeSe,
[0021]LuFeO3@LuFe2O4/FeSe@STO,
[0022]LuFeO3@LuFe2O4/Cr2Ge2Te6@CoNiCo,
[0023]SrTiO3@FeSe/FeSe@STO,
[0024]SrTiO3@FeSe/Cr2Ge2Te6@CoNiCo,
[0025]FeSe@STO/Cr2Ge2Te6@CoNiCo。
[0026]优选地，所述费米面拓扑层包括以下任意三元组合的二维拓扑莫尔超晶格结构：
[0027]Ba(FeCo)2As2@ReS2/LuFeO3@LuFe2O4/SrTiO3@FeSe,
[0028]Ba(FeCo)2As2@ReS2/LuFeO3@LuFe2O4/FeSe@STO,
[0029]Ba(FeCo)2As2@ReS2/LuFeO3@LuFe2O4/Cr2Ge2Te6@CoNiCo,
[0030]Ba(FeCo)2As2@ReS2/SrTiO3@FeSe/FeSe@STO,
[0031]Ba(FeCo)2As2@ReS2/SrTiO3@FeSe/Cr2Ge2Te6@CoNiCo,
[0032]Ba(FeCo)2As2@ReS2/FeSe@STO/Cr2Ge2Te6@CoNiCo,
[0033]LuFeO3@LuFe2O4/SrTiO3@FeSe/FeSe@STO,
[0034]LuFeO3@LuFe2O4/SrTiO3@FeSe/Cr2Ge2Te6@CoNiCo,
[0035]LuFeO3@LuFe2O4/FeSe@STO/Cr2Ge2Te6@CoNiCo,
[0036]SrTiO3@FeSe/FeSe@STO/Cr2Ge2Te6@CoNiCo。
[0037]优选地，所述费米面拓扑层包括以下任意四元组合的二维拓扑莫尔超晶格结构：
[0038]Ba(FeCo)2As2@ReS2/LuFeO3@LuFe2O4/SrTiO3@FeSe/FeSe@STO,
[0039]Ba(FeCo)2As2@ReS2/LuFeO3@LuFe2O4/SrTiO3@FeSe/Cr2Ge2Te6@CoNiCo,
[0040]Ba(FeCo)2As2@ReS2/LuFeO3@LuFe2O4/FeSe@STO/Cr2Ge2Te6@CoNiCo,
[0041]Ba(FeCo)2As2@ReS2/SrTiO3@FeSe/FeSe@STO/Cr2Ge2Te6@CoNiCo,
[0042]LuFeO3@LuFe2O4/SrTiO3@FeSe/FeSe@STO/Cr2Ge2Te6@CoNiCo。
[0043]优选地，所述费米面拓扑层包括以下五元组合的二维拓扑莫尔超晶格结构：
[0044]Ba(FeCo)2As2@ReS2/LuFeO3@LuFe2O4/SrTiO3@FeSe/FeSe@STO/Cr2Ge2Te6@CoNiCo。
[0045]优选地，所述费米面拓扑层的厚度为5nm至500nm。
[0046]优选地，所述有源层为阱层和垒层组成的周期结构，周期数为3≥m≥1；
[0047]所述阱层为InGaN、InN、GaN、AlInGaN、AlN、AlGaN、AlInN、GaAs、GaP、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有费米面拓扑层的半导体激光元件，其特征在于，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，所述上限制层与电子阻挡层之间和/或下限制层与下波导层之间设置有费米面拓扑层，所述费米面拓扑层为二维拓扑莫尔超晶格结构。2.根据权利要求1所述的半导体激光元件，其特征在于，所述费米面拓扑层为Ba(FeCo)2As2@ReS2、LuFeO3@LuFe2O4、SrTiO3@FeSe、FeSe@STO、Cr2Ge2Te6@CoNiCo的任意一种或任意组合的二维拓扑莫尔超晶格结构。3.根据权利要求1或2所述的半导体激光元件，其特征在于，所述费米面拓扑层包括以下任意二元组合的二维拓扑莫尔超晶格结构：Ba(FeCo)2As2@ReS2/LuFeO3@LuFe2O4,Ba(FeCo)2As2@ReS2/SrTiO3@FeSe,Ba(FeCo)2As2@ReS2/FeSe@STO,Ba(FeCo)2As2@ReS2/Cr2Ge2Te6@CoNiCo,LuFeO3@LuFe2O4/SrTiO3@FeSe,LuFeO3@LuFe2O4/FeSe@STO,LuFeO3@LuFe2O4/Cr2Ge2Te6@CoNiCo,SrTiO3@FeSe/FeSe@STO,SrTiO3@FeSe/Cr2Ge2Te6@CoNiCo,FeSe@STO/Cr2Ge2Te6@CoNiCo。4.根据权利要求1或2所述的半导体激光元件，其特征在于，所述费米面拓扑层包括以下任意三元组合的二维拓扑莫尔超晶格结构：Ba(FeCo)2As2@ReS2/LuFeO3@LuFe2O4/SrTiO3@FeSe,Ba(FeCo)2As2@ReS2/LuFeO3@LuFe2O4/FeSe@STO,Ba(FeCo)2As2@ReS2/LuFeO3@LuFe2O4/Cr2Ge2Te6@CoNiCo,Ba(FeCo)2As2@ReS2/SrTiO3@FeSe/FeSe@STO,Ba(FeCo)2As2@ReS2/SrTiO3@FeSe/Cr2Ge2Te6@CoNiCo,Ba(FeCo)2As2@ReS2/FeSe@STO/Cr2Ge2Te6@CoNiCo,LuFeO3@LuFe2O4/SrTiO3@FeSe/FeSe@STO,LuFeO3@LuFe2O4/SrTiO3@FeSe/Cr2Ge2Te6@CoNiCo,LuFeO3@LuFe2O4/FeSe@STO/Cr2Ge2Te6@CoNiCo,SrTiO3@FeSe/FeSe@STO/Cr2Ge2Te6@CoNiCo。5.根据权利要求1或2所述的半导体激光元件，其特征在于，所述费米面拓扑层包括以下任意四元组合的二维拓扑莫尔超晶格结构：Ba(FeCo)2As2@ReS2/LuFeO3@LuFe2O4/SrTiO3@FeSe/FeSe@STO,Ba(FeCo)2As2@ReS2/LuFeO3@LuFe2O4/SrTiO3@FeSe/Cr2Ge2Te6@CoNiCo,Ba(FeCo)2As2@ReS2/LuFeO3@LuFe2O4/FeSe@STO/Cr2Ge2Te6@CoNiCo,Ba(FeCo)2As2@ReS2/SrTiO3@FeSe/FeSe@STO/Cr2Ge2Te6@CoNi...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈婉君，王星河，胡志勇，黄军，张会康，蔡鑫，刘紫涵，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：