【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及半导体光电器件的，尤其涉及一种半导体激光器芯片。
技术介绍
1、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，全固态半导体紫外激光器具有体积小、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。
2、激光器与氮化物半导体发光二极管存在较大的区别，
3、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；
4、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；
5、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；
6、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。
7、氮化物半导体紫外
技术实现思路
1、本专利技术提出一种半导体激光器芯片，通过设计减反射增透膜层和高反射膜层的折射率和反射率，减少光波导层的激光模数，加快受激辐射超过自发辐射，降低激光器的阈值电流密度并提升斜率效率。
2、本专利技术提供了一种半导体激光器芯片，包括衬底、外延层，其中沿激光出射方向的外延层截面为第一端面，逆激光出射方向的外延层截面为第二端面，所述第一端面上具有减反射增透膜层,所述第二端面上具有高反射膜层,所述减反射增透膜层的反射率小于高反射膜层；所述外延层的折射率大于等于减反射增透膜层的折射率；所述外延层的折射率大于等于高反射膜层的折射率。
3、优选地，所述高反射膜层和减反射增透膜层形成光学谐振腔；所述高反射膜层的反射率为85～100％；所述减反射增透膜层的反射率为10～95％；所述外延层的折射率为2～5，所述减反射增透膜层的折射率为1～3，所述高反射膜层的折射率1～3。
4、优选地，所述减反射增透膜层包括第一连接层、第一dbr周期性结构、第一终止层；所述高反射膜层包括第二连接层、第二dbr周期性结构、第二终止层。
5、优选地，所述第一连接层包括al2o3、al2o3/ta2o5、al 2o3/sinz、al2o3/sio2、al2o3/nb2o5、al2o3/tio2、alon、alon/sinz、alon/sio2、alon/nb2o5、alon/tio2、alon/ta2o5、hfo2、tio2、ti2o3、ti3o5、tio、zro2、nb2o5、y2o3、ceo2、ta2o5、sio2、sinz中的任意一种或任意组合，其中z≥1；所述第一dbr周期性结构包括(ta2o5/al2o3)m、(sinz/sio2)m、(sio2/tio2)m、(nb2o5/sio2)m、(ta2o5/sio2)m、(al 2o3/ta2o5)m、(sio2/sinz)m、(tio2/sio2)m、(sio2/nb2o5)m、(sio2/ta2o5)m(nb2o5/ta2o5)m、(ta2o5/nb2o5)m、(ta2o5/tio2)m、(nb2o5/tio2)m、(tio2/ta2o5)m、(tio2/nb2o5)m中的任意一种或任意组合，其中dbr周期数m：20≥m≥1；第一终止层包括ta2o5、alon、al2o3、sio2、sinz、alon/sinz、al2o3/ta2o5、al2o3/sinz、al2o3/sio2、al2o3/nb2o5、al2o3/tio2、alon/sio2、alon/nb2o5、alon/tio2、alon/ta2o5、hfo2、tio2、ti2o3、ti3o5、tio、zro2、nb2o5、y2o3、ceo2中的任意一种或任意组合，其中z≥1。
6、优选地，所述第二连接层包括al2o3、al 2o3/ta2o5、al2o3/sinz、al2o3/sio2、al2o3/nb2o5、al2o3/tio2、alon、alon/sinz、alon/sio2、alon/nb2o5、alon/tio2、alon/ta2o5、hfo2、tio2、ti2o3、ti3o5、tio、zro2、nb2o5、y2o3、ceo2、ta2o5、sio2、sinz中的任意一种或任意组合，其中z≥1；所述第二dbr周期性结构包括(ta2o5/al2o3)n、(sinz/sio2)n、(sio2/tio2)n、(nb2o5/sio2)n、(ta2o5/sio2)n、(al 2o3/ta2o5)n、(sio2/sinz)n、(tio2/sio2)m、(sio2/nb2o5)n、(sio2/ta2o5)n、(nb2o5/ta2o5)n、(ta2o5/nb2o5)n、(ta2o5/tio2)n、(nb2o5/tio2)n、(tio2/ta2o5)n、(tio2/nb2o5)n中的任意一种或任意组合，其中dbr周期数n：40≥n≥1；第二终止层包括ta2o5、alon、al2o3、sio2、sinz、alon/sinz、al2o3/ta2o5、al 2o3/sinz、al2o3/sio2、al2o3/nb2o5、al 2o3/tio2、alon/sio2、alon/nb2o5、alon/tio2、alon/ta2o5、hfo2、tio2、ti2o3、ti3o5、tio、zro2、nb2o5、y2o3、ceo2中的任意一种或任意组合，其中z≥1；且所述第二dbr周期性结构的周期数大于等于第一dbr周期性结构的周期数。
7、优选地，所述第一连接层为al 2o3,第一dbr周期性结构为(ta2o5/al2o3)m、第一终止层为ta2o5；所述第二连接层为al2o3、第二dbr周期性结构为(ta2o5/al2o3)n、第二终止层为ta2o5；所述第一连接层的折射率≤第二连接层的折射率≤第一终止层的折射率≤第二终止层的折射率≤外延层的折射率；所述外延层的密度≤第一连接层的密度≤第二连接层的密度≤第一终止层的密度≤第二终止层的密度；所述外延层的晶格常数≤第一连接层的晶格常数≤第二连接层的晶格常数≤第一终止层的晶格常数≤第二终止层的晶格常数。
8、优选地，所述第一连接层为alon,第一db本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种半导体激光器芯片，包括衬底(100)、外延层(101)，其中沿激光出射方向的外延层(101)截面为第一端面，逆激光出射方向的外延层(101)截面为第二端面，其特征在于，所述第一端面上具有减反射增透膜层(102),所述第二端面上具有高反射膜层(103),所述减反射增透膜层(102)的反射率小于高反射膜层(103)；所述外延层(101)的折射率大于等于减反射增透膜层(102)的折射率；所述外延层(101)的折射率大于等于高反射膜层(103)的折射率。
2.根据权利要求1所述的一种半导体激光器芯片，其特征在于，所述高反射膜层(103)和减反射增透膜层(102)形成光学谐振腔；所述高反射膜层(103)的反射率为85～100％；所述减反射增透膜层(102)的反射率为10～95％；所述外延层(101)的折射率为2～5，所述减反射增透膜层(102)的折射率为1～3，所述高反射膜层(103)的折射率1～3。
3.根据权利要求1所述的一种半导体激光器芯片，其特征在于，所述减反射增透膜层(102)包括第一连接层(102a)、第一DBR周期性结构(102b)、第一终止层
4.根据权利要求3所述的一种半导体激光器芯片，其特征在于，所述第一连接层(102a)包括Al2O3、Al2O3/Ta2O5、Al2O3/SiNz、Al2O3/SiO2、Al2O3/Nb2O5、Al2O3/TiO2、AlON、AlON/SiNz、AlON/SiO2、AlON/Nb2O5、AlON/TiO2、AlON/Ta2O5、HfO2、TiO2、Ti2O3、Ti3O5、TiO、ZrO2、Nb2O5、Y2O3、CeO2、Ta2O5、SiO2、SiNz中的任意一种或任意组合，其中Z≥1；所述第一DBR周期性结构(102b)包括(Ta2O5/Al2O3)m、(SiNz/SiO2)m、(SiO2/TiO2)m、(Nb2O5/SiO2)m、(Ta2O5/SiO2)m、(Al2O3/Ta2O5)m、(SiO2/SiNz)m、(TiO2/SiO2)m、(SiO2/Nb2O5)m、(SiO2/Ta2O5)m(Nb2O5/Ta2O5)m、(Ta2O5/Nb2O5)m、(Ta2O5/TiO2)m、(Nb2O5/TiO2)m、(TiO2/Ta2O5)m、(TiO2/Nb2O5)m中的任意一种或任意组合，其中DBR周期数m：20≥m≥1；第一终止层(102c)包括Ta2O5、AlON、Al2O3、SiO2、SiNz、AlON/SiNz、Al2O3/Ta2O5、Al2O3/SiNz、Al 2O3/SiO2、Al2O3/Nb2O5、Al2O3/TiO2、AlON/SiO2、AlON/Nb2O5、AlON/TiO2、AlON/Ta2O5、HfO2、TiO2、Ti2O3、Ti3O5、TiO、ZrO2、Nb2O5、Y2O3、CeO2中的任意一种或任意组合，其中Z≥1。
5.根据权利要求3所述的一种半导体激光器芯片，其特征在于，所述第二连接层(103a)包括Al 2O3、Al2O3/Ta2O5、Al2O3/SiNz、Al2O3/SiO2、Al2O3/Nb2O5、Al2O3/TiO2、AlON、AlON/SiNz、AlON/SiO2、AlON/Nb2O5、AlON/TiO2、AlON/Ta2O5、HfO2、TiO2、Ti2O3、Ti3O5、TiO、ZrO2、Nb2O5、Y2O3、CeO2、Ta2O5、SiO2、SiNz中的任意一种或任意组合，其中Z≥1；所述第二DBR周期性结构(103b)包括(Ta2O5/Al2O3)n、(SiNz/SiO2)n、(SiO2/TiO2)n、(Nb2O5/SiO2)n、(Ta2O5/SiO2)n、(Al2O3/Ta2O5)n、(SiO2/SiNz)n、(TiO2/SiO2)m、(SiO2/Nb2O5)n、(SiO2/Ta2O5)n、(Nb2O5/Ta2O5)n、(Ta2O5/Nb2O5)n、(Ta2O5/TiO2)n、(Nb2O5/TiO2)n、(TiO2/Ta2O5)n、(TiO2/Nb2O5)n中的任意一种或任意组合，其中DBR周期数n：40≥n≥1；第二终止层(103c)包括Ta2O5、AlON、Al2O3、SiO2、SiNz、AlON/SiNz、Al2O3/Ta2O5、Al2O3/SiNz、Al2O3/SiO2、Al2O3/Nb2O5、Al2O3/TiO2、AlON/SiO2、AlON/Nb2O5、AlON/TiO2、AlON/Ta2O5、HfO2、TiO2、Ti2O3、Ti3O5、TiO、ZrO...
【技术特征摘要】
1.一种半导体激光器芯片，包括衬底(100)、外延层(101)，其中沿激光出射方向的外延层(101)截面为第一端面，逆激光出射方向的外延层(101)截面为第二端面，其特征在于，所述第一端面上具有减反射增透膜层(102),所述第二端面上具有高反射膜层(103),所述减反射增透膜层(102)的反射率小于高反射膜层(103)；所述外延层(101)的折射率大于等于减反射增透膜层(102)的折射率；所述外延层(101)的折射率大于等于高反射膜层(103)的折射率。
2.根据权利要求1所述的一种半导体激光器芯片，其特征在于，所述高反射膜层(103)和减反射增透膜层(102)形成光学谐振腔；所述高反射膜层(103)的反射率为85～100％；所述减反射增透膜层(102)的反射率为10～95％；所述外延层(101)的折射率为2～5，所述减反射增透膜层(102)的折射率为1～3，所述高反射膜层(103)的折射率1～3。
3.根据权利要求1所述的一种半导体激光器芯片，其特征在于，所述减反射增透膜层(102)包括第一连接层(102a)、第一dbr周期性结构(102b)、第一终止层(102c)；所述高反射膜层(103)包括第二连接层(103a)、第二dbr周期性结构(103b)、第二终止层(103c)。
4.根据权利要求3所述的一种半导体激光器芯片，其特征在于，所述第一连接层(102a)包括al2o3、al2o3/ta2o5、al2o3/sinz、al2o3/sio2、al2o3/nb2o5、al2o3/tio2、alon、alon/sinz、alon/sio2、alon/nb2o5、alon/tio2、alon/ta2o5、hfo2、tio2、ti2o3、ti3o5、tio、zro2、nb2o5、y2o3、ceo2、ta2o5、sio2、sinz中的任意一种或任意组合，其中z≥1；所述第一dbr周期性结构(102b)包括(ta2o5/al2o3)m、(sinz/sio2)m、(sio2/tio2)m、(nb2o5/sio2)m、(ta2o5/sio2)m、(al2o3/ta2o5)m、(sio2/sinz)m、(tio2/sio2)m、(sio2/nb2o5)m、(sio2/ta2o5)m(nb2o5/ta2o5)m、(ta2o5/nb2o5)m、(ta2o5/tio2)m、(nb2o5/tio2)m、(tio2/ta2o5)m、(tio2/nb2o5)m中的任意一种或任意组合，其中dbr周期数m：20≥m≥1；第一终止层(102c)包括ta2o5、alon、al2o3、sio2、sinz、alon/sinz、al2o3/ta2o5、al2o3/sinz、al 2o3/sio2、al2o3/nb2o5、al2o3/tio2、alon/sio2、alon/nb2o5、alon/tio2、alon/ta2o5、hfo2、tio2、ti2o3、ti3o5、tio、zro2、nb2o5、y2o3、ceo2中的任意一种或任意组合，其中z≥1。
5.根据权利要求3所述的一种半导体激光器芯片，其特征在于，所述第二连接层(103a)包括al 2o3、al2o3/ta2o5、al2o3/sinz、al2o3/sio2、al2o3/nb2o5、al2o3/tio2、alon、alon/sinz、alon/sio2、alon/nb2o5、alon/tio2、alon/ta2o5、hfo2、tio2、ti2o3、ti3o5、tio、zro2、nb2o5、y2o3、ceo2、ta2o5、sio2、sinz中的任意一种或任意组合，其中z≥1；所述第二dbr周期性结构(103b)包括(ta2o5/al2o3)n、(sinz/sio2)n、(sio2/tio2)n、(nb2o5/sio2)n、(ta2o5/sio2)n、(al2o3/ta2o5)n、(sio2/sinz)n、(tio2/sio2)m、(sio2/nb2o5)n、(sio2/ta2o5)n、(nb2o5/ta2o5)n、(ta2o5/nb2o5)n、(ta2o5/tio2)n、(nb2o5/tio2)n、(tio2/ta2o5)n、(tio2/nb2o5)n中的任意一种或任意组合，其中dbr周期数n：40≥n≥1；第二终止层(103c)包括ta2o5、alon、al2o3、sio2、sinz、alon/sinz、al2o3/ta2o5、al2o3/sinz、al2o3/sio2、al2o3/nb2o5、al2o3/tio2、alon/sio2、alon/nb2o5、alon/tio2、alon/ta2o5、hfo2、tio2、ti2o3、ti3o...
【专利技术属性】
技术研发人员：郑锦坚，李水清，蓝家彬，蔡鑫，张会康，黄军，王星河，
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：
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