【技术实现步骤摘要】
本申请涉及半导体光电器件领域，尤其涉及一种氮化镓基半导体激光芯片。
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、氮化物半导体激光
技术实现思路
1、为解决上述技术问题之一，本专利技术提供了一种氮化镓基半导体激光芯片。
2、本专利技术实施例提供了一种氮化镓基半导体激光芯片，包括从下至上依次设置的衬底、下包覆层、下波导层、有源层、上波导层、电子阻挡层、上包覆层和接触层，所述有源层为阱层和垒层组成的周期结构，所述下波导层、有源层阱层、上波导层、电子阻挡层、上包覆层和接触层之间构成电子亲和能梯度、峰值电子漂移速率梯度、形变势梯度和体积弹性模量梯度。
3、优选地，所述有源层为阱层和垒层组成的周期结构，所述有源层阱层的电子亲和能为a，下波导层的电子亲和能为b，上波导层的电子亲和能为c，下包覆层的电子亲和能为d，电子阻挡层的电子亲和能为e，接触层的电子亲和能为f，所述有源层阱层、上波导层、下波导层、下包覆层、电子阻挡层、接触层的电子亲和能构成电子亲和能梯度：e≤d≤f≤b≤c≤a。
4、优选地，所述有源层阱层的峰值电子漂移速率为g，下波导层的峰值电子漂移速率为h，上波导层的峰值电子漂移速率为i，下包覆层的峰值电子漂移速率为j，电子阻挡层的峰值电子漂移速率为k，接触层的峰值电子漂移速率为l，所述有源层阱层、上波导层、下波导层、下包覆层、电子阻挡层、接触层的峰值电子漂移速率构成峰值电子漂移速率梯度：k≤j≤l≤h≤i≤g。
5、优选地，所述有源层阱层的形变势为m，下波导层的形变势为n，上波导层的形变势为o，下包覆层的形变势为p，电子阻挡层的形变势为q，接触层的形变势为r，所述有源层阱层、上波导层、下波导层、下包覆层、电子阻挡层、接触层的形变势构成形变势梯度：m≤o≤n≤r≤p≤q。
6、优选地，所述有源层阱层的体积弹性模量为s，下波导层的体积弹性模量为t，上波导层的体积弹性模量为u，下包覆层的体积弹性模量为v，电子阻挡层的体积弹性模量为w，接触层的体积弹性模量为z，所述有源层阱层、上波导层、下波导层、下包覆层、电子阻挡层、接触层的体积弹性模量构成体积弹性模量梯度：s≤u≤t≤v≤w≤z。
7、优选地，所述有源层与下波导层界面的电子亲和能分布具有函数y＝sinx/x2第一象限曲线分布；
8、所述有源层与下波导层界面的峰值电子漂移速率分布具有函数y＝(ex+e-x)/(ex-e-x)第一象限曲线分布。
9、优选地，所述有源层与下波导层界面的形变势分布具有函数y＝lnx/ex曲线分布；
10、所述有源层与下波导层界面的体积弹性模量分布具有函数y＝lnx/x曲线分布。
11、优选地，所述有源层的阱层为gan、ingan、inn、alinn、algan、alingan、aln、gaas、gap、inp、algaas、alingaas、algainp、ingaas、ingaasn、alinas、alinp、algap、ingap、gasb、insb、inas、inassb、algasb、alsb、ingasb、algaassb、ingaassb、sic、ga2o3、bn、金刚石的任意一种或任意组合，厚度为10埃米至100埃米；
12、所述有源层的垒层为gan、ingan、inn、alinn、algan、alingan、aln、gaas、gap、inp、algaas、alingaas、algainp、ingaas、ingaasn、alinas、alinp、algap、ingap、gasb、insb、inas、inassb、algasb、alsb、ingasb、algaassb、ingaassb、sic、ga2o3、bn、金刚石的任意一种或任意组合，厚度为10埃米至200埃米。
13、优选地，所述下包覆层、上波导层、下波导层、电子阻挡层、上包覆层为gan、ingan、inn、alinn、algan、alingan、aln、gaas、gap、inp、algaas、alingaas、algainp、ingaas、ingaasn、alinas、alinp、algap、ingap、gasb、insb、inas、inassb、algasb、alsb、ingasb、algaassb、ingaassb、sic、ga2o3、bn、金刚石的任意一种或任意组合。
14、优选地，所述衬底包括蓝宝石、硅、ge、sic、aln、gan、gaas、inp、inas、ga本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种氮化镓基半导体激光芯片，包括从下至上依次设置的衬底、下包覆层、下波导层、有源层、上波导层、电子阻挡层、上包覆层和接触层，其特征在于，所述有源层为阱层和垒层组成的周期结构，所述下波导层、有源层阱层、上波导层、电子阻挡层、上包覆层和接触层之间构成电子亲和能梯度、峰值电子漂移速率梯度、形变势梯度和体积弹性模量梯度。
2.根据权利要求1所述的氮化镓基半导体激光芯片，其特征在于，所述有源层为阱层和垒层组成的周期结构，所述有源层阱层的电子亲和能为a，下波导层的电子亲和能为b，上波导层的电子亲和能为c，下包覆层的电子亲和能为d，电子阻挡层的电子亲和能为e，接触层的电子亲和能为f，所述有源层阱层、上波导层、下波导层、下包覆层、电子阻挡层、接触层的电子亲和能构成电子亲和能梯度：e≤d≤f≤b≤c≤a。
3.根据权利要求1所述的氮化镓基半导体激光芯片，其特征在于，所述有源层阱层的峰值电子漂移速率为g，下波导层的峰值电子漂移速率为h，上波导层的峰值电子漂移速率为i，下包覆层的峰值电子漂移速率为j，电子阻挡层的峰值电子漂移速率为k，接触层的峰值电子漂移速率为l，所述有源层
4.根据权利要求1所述的氮化镓基半导体激光芯片，其特征在于，所述有源层阱层的形变势为m，下波导层的形变势为n，上波导层的形变势为o，下包覆层的形变势为p，电子阻挡层的形变势为q，接触层的形变势为r，所述有源层阱层、上波导层、下波导层、下包覆层、电子阻挡层、接触层的形变势构成形变势梯度：m≤o≤n≤r≤p≤q。
5.根据权利要求1所述的氮化镓基半导体激光芯片，其特征在于，所述有源层阱层的体积弹性模量为s，下波导层的体积弹性模量为t，上波导层的体积弹性模量为u，下包覆层的体积弹性模量为v，电子阻挡层的体积弹性模量为w，接触层的体积弹性模量为z，所述有源层阱层、上波导层、下波导层、下包覆层、电子阻挡层、接触层的体积弹性模量构成体积弹性模量梯度：s≤u≤t≤v≤w≤z。
6.根据权利要求1所述的氮化镓基半导体激光芯片，其特征在于，所述有源层与下波导层界面的电子亲和能分布具有函数y＝sinx/x2第一象限曲线分布；
7.根据权利要求1所述的氮化镓基半导体激光芯片，其特征在于，所述有源层与下波导层界面的形变势分布具有函数y＝lnx/ex曲线分布；
8.根据权利要求1所述的氮化镓基半导体激光芯片，其特征在于，所述有源层的阱层为GaN、InGaN、InN、AlInN、AlGaN、AlInGaN、AlN、GaAs、GaP、InP、AlGaAs、AlInGaAs、AlGaInP、InGaAs、InGaAsN、AlInAs、AlInP、AlGaP、InGaP、GaSb、InSb、InAs、InAsSb、AlGaSb、AlSb、InGaSb、AlGaAsSb、InGaAsSb、SiC、Ga2O3、BN、金刚石的任意一种或任意组合，厚度为10埃米至100埃米；
9.根据权利要求1所述的氮化镓基半导体激光芯片，其特征在于，所述下包覆层、上波导层、下波导层、电子阻挡层、上包覆层为GaN、InGaN、InN、AlInN、AlGaN、AlInGaN、AlN、GaAs、GaP、InP、AlGaAs、AlInGaAs、AlGaInP、InGaAs、InGaAsN、AlInAs、AlInP、AlGaP、InGaP、GaSb、InSb、InAs、InAsSb、AlGaSb、AlSb、InGaSb、AlGaAsSb、InGaAsSb、SiC、Ga2O3、BN、金刚石的任意一种或任意组合。
10.根据权利要求1所述的氮化镓基半导体激光芯片，其特征在于，所述衬底包括蓝宝石、硅、Ge、SiC、AlN、GaN、GaAs、InP、InAs、GaSb、蓝宝石/SiO2复合衬底、Mo、TiW、CuW、Cu、蓝宝石/AlN复合衬底、金刚石、石墨烯、蓝宝石/SiNx、蓝宝石/SiO2/SiNx复合衬底、蓝宝石/SiNx/SiO2复合衬底、镁铝尖晶石MgAl2O4、MgO、ZnO、ZrB2、LiAlO2和LiGaO2复合衬底的任意一种。
...【技术特征摘要】
1.一种氮化镓基半导体激光芯片，包括从下至上依次设置的衬底、下包覆层、下波导层、有源层、上波导层、电子阻挡层、上包覆层和接触层，其特征在于，所述有源层为阱层和垒层组成的周期结构，所述下波导层、有源层阱层、上波导层、电子阻挡层、上包覆层和接触层之间构成电子亲和能梯度、峰值电子漂移速率梯度、形变势梯度和体积弹性模量梯度。
2.根据权利要求1所述的氮化镓基半导体激光芯片，其特征在于，所述有源层为阱层和垒层组成的周期结构，所述有源层阱层的电子亲和能为a，下波导层的电子亲和能为b，上波导层的电子亲和能为c，下包覆层的电子亲和能为d，电子阻挡层的电子亲和能为e，接触层的电子亲和能为f，所述有源层阱层、上波导层、下波导层、下包覆层、电子阻挡层、接触层的电子亲和能构成电子亲和能梯度：e≤d≤f≤b≤c≤a。
3.根据权利要求1所述的氮化镓基半导体激光芯片，其特征在于，所述有源层阱层的峰值电子漂移速率为g，下波导层的峰值电子漂移速率为h，上波导层的峰值电子漂移速率为i，下包覆层的峰值电子漂移速率为j，电子阻挡层的峰值电子漂移速率为k，接触层的峰值电子漂移速率为l，所述有源层阱层、上波导层、下波导层、下包覆层、电子阻挡层、接触层的峰值电子漂移速率构成峰值电子漂移速率梯度：k≤j≤l≤h≤i≤g。
4.根据权利要求1所述的氮化镓基半导体激光芯片，其特征在于，所述有源层阱层的形变势为m，下波导层的形变势为n，上波导层的形变势为o，下包覆层的形变势为p，电子阻挡层的形变势为q，接触层的形变势为r，所述有源层阱层、上波导层、下波导层、下包覆层、电子阻挡层、接触层的形变势构成形变势梯度：m≤o≤n≤r≤p≤q。
5.根据权利要求1所述的氮化镓基半导体激光芯片，其特征在于，所述有源层阱层的体积弹性模量为s，下波导层的体积弹性模量为t，上波导层的体积弹性模量为u，下包覆层的体积弹性模量为v，电子阻挡层的体积弹性模量为w，接触层的体积弹性模量为z，所述有源层阱层、上波导层、下波导层、下包覆层、电子阻挡层、接触层的体积弹性模量构成体积弹性模量梯度：s≤u≤t≤v≤w≤z...
【专利技术属性】
技术研发人员：郑锦坚，李晓琴，蔡鑫，胡志勇，李水清，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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