一种半导体激光器制造技术

本发明专利技术属于半导体光电器件技术领域，具体为一种半导体激光器，从下至上依次包括衬底

【技术实现步骤摘要】
一种半导体激光器


[0001]本专利技术涉及半导体光电器件
，具体为一种半导体激光器
。

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
。
激光器的种类很多，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
。
激光器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；
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；
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；
4)
原理不同：发光二极管为在外界电压作用下，电子空穴跃迁到有源层或
p
‑
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
。
[0003]氮化物半导体激光器存在以下问题：
1)
量子阱
In
组分增加会产生
In
组分涨落和应变，激光器增益谱变宽，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
。2)
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]本专利技术的目的在于提供一种半导体激光器，以解决上述
技术介绍
中提出的问题
。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种半导体激光器，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
、
上限制层，所述有源层为阱层和垒层组成的周期结构，周期数
m
为：
3≥m≥1
，阱层为
InGaN
或
GaN
的任意一种或两种组合，阱层厚度为
10
～
90
埃米，垒层为
GaN、AlGaN、AlInGaN、AlN、AlInN
的任意一种或多种任意组合，垒层厚度为
10
～
150
埃米；
[0006]所述有源层具有为激光器设计的
Al
元素分布
、In
元素分布
、Si
掺杂浓度分布
、Mg
掺杂浓度分布
、C
元素分布
、O
元素分布和
H
元素分布；
[0007]所述有源层的
In
元素分布呈函数
y
＝
4/3
π
*sin(3x)
曲线分布，
Si
掺杂浓度分布呈
y
＝
cosx/e
x
曲线分布
。
[0008]优选的，所述有源层的
Mg
掺杂浓度分布
、C
元素分布
、H
元素分布和
O
元素分布呈常数函数分布
。
[0009]优选的，所述下波导层的
In
元素分布呈函数
y
＝
e
x
/x
第三象限曲线分布，上波导层的
In
元素分布呈函数
y
＝
x2/sinx
第三象限曲线分布
。
[0010]优选的，所述下波导层的
Si
掺杂浓度呈函数
y
＝
ln|
‑
x|
曲线分布
。
[0011]优选的，所述下限制层与下波导层界面的
Si
掺杂浓度呈函数
y
＝
x2/e
x
曲线分布，下限制层和下波导层界面的
H
元素分布
、C
元素分布和
O
元素分布呈函数
y
＝
lnx/x
的曲线分布
。
[0012]优选的，所述下限制层和下波导层界面的
Al
元素分布呈函数
y
＝
lnx/x
的曲线分布，上波导层和上限制层界面的
Al
元素分布和
Mg
掺杂浓度分布呈函数
y
＝
e2sinx
曲线分布
。
[0013]优选的，所述上波导层和上限制层界面的
H
元素分布呈函数
y
＝
arc cotx
曲线分布，下波导层和下限制层界面的
C
元素分布和
O
元素分布呈函数
y
＝
arc本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种半导体激光器，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)、
上限制层
(105)
，其特征在于：所述有源层
(103)
为阱层和垒层组成的周期结构，周期数
m
为：
3≥m≥1
，阱层为
InGaN
或
GaN
的任意一种或任意组合，阱层厚度为
10
～
90
埃米，垒层为
GaN、AlGaN、AlInGaN、AlN、AlInN
的任意一种或多种任意组合，垒层厚度为
10
～
150
埃米；所述有源层
(103)
具有为激光器设计的
Al
元素分布
、In
元素分布
、Si
掺杂浓度分布
、Mg
掺杂浓度分布
、C
元素分布
、O
元素分布和
H
元素分布；所述有源层
(103)
的
In
元素分布呈函数
y
＝
4/3
π
*sin(3x)
曲线分布，
Si
掺杂浓度分布呈
y
＝
cosx/e
x
曲线分布
。2.
如权利要求1所述的一种半导体激光器，其特征在于，所述有源层
(103)
的
Mg
掺杂浓度分布
、C
元素分布
、H
元素分布和
O
元素分布呈常数函数分布
。3.
如权利要求1所述的一种半导体激光器，其特征在于，所述下波导层
(102)
的
In
元素分布呈函数
y
＝
e
x
/x
第三象限曲线分布，上波导层
(104)
的
In
元素分布呈函数
y
＝
x2/sinx
第三象限曲线分布
。4.
如权利要求1所述的一种半导体激光器，其特征在于，所述下波导层
(102)
的
Si
掺杂浓度呈函数
y
＝
ln|
‑
x|
曲线分布
。5.
如权利要求1所述的一种半导体激光器，其特征在于，所述下限制层
(101)
与下波导层
(102)
...

【专利技术属性】
技术研发人员：张江勇，王星河，黄军，张会康，蔡鑫，李水清，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：