【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于半导体光电器件，具体涉及一种具有漩涡光调制层的氮化镓基半导体激光器。
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。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，电子空穴跃迁到量子阱或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。
2、氮化物半导体激光器存在以下问题：1)光波导吸收损耗高，固有碳杂质在p型半导体中会补偿受主、
技术实现思路
1、本专利技术的目的就在于为了解决上述问题而提供一种结构简单，设计合理的半导体激光器。
2、本专利技术通过以下技术方案来实现上述目的：
3、一种具有漩涡光调制层的氮化镓基半导体激光器，包括由下至上依次相连的衬底、下限制层、下波导层、有源层、上波导层、上限制层，所述激光器增设有漩涡光调制层，所述漩涡光调制层包括第一漩涡光调制层和第二漩涡光调制层，所述第一漩涡光调制层设于下波导层与下限制层之间，所述第二漩涡光调制层设于上波导层与上限制层之间。
4、作为本专利技术的进一步优化方案，所述第一漩涡光调制层和第二漩涡光调制层均设置特定的压电极化系数分布和自发极化系数分布。
5、作为本专利技术的进一步优化方案，所述第一漩涡光调制层的压电极化系数分布具有函数y＝(ex+e-x)/(ex-e-x)第三象限曲线分布，所述第二漩涡光调制层的压电极化系数分布具有函数y＝ax3+bx2+cx+d曲线分布，其中a＞0,且△＝4(b2-3ac)≤0；
6、所述第一漩涡光调制层的自发极化系数分布具有函数y＝ex/x2第三象限曲线分布，所述第二漩涡光调制层的自发极化系数分布具有y＝ex3+fx2+gx+h曲线分布，其中e＜0，且△＝4(f2-3eg)＞0。
7、作为本专利技术的进一步优化方案，所述漩涡光调制层含有al/h元素比例分布、in/h元素比例分布、in/o元素比例分布。
8、作为本专利技术的进一步优化方案，所述漩涡光调制层的al/h元素比例分布具有函数y＝exsinx曲线分布；
9、所述漩涡光调制层的in/h元素比例分布具有函数y＝ax3+bx2+cx+d曲线分布，其中a＞0，△＝4(b2-3ac)≤0；
10、所述第一漩涡光调制层的in/o元素比例分布具有函数y＝ex/x第三象限曲线分布；所述第二漩涡光调制层的in/o元素比例分布具有函数y＝ex-e-x曲线分布。
11、作为本专利技术的进一步优化方案，所述漩涡光调制层为ingan、gan、algan、alinn、alingan、aln、inn、bn、ga2o3的任意一种或任意组合；所述漩涡光调制层的厚度为5～5000埃米。
12、作为本专利技术的进一步优化方案，所述下限制层和上限制层为gan、algan、ingan、alingan、aln、inn、alinn的任意一种或任意组合，所述下限制层和上限制层的厚度为10～80000埃米。
13、作为本专利技术的进一步优化方案，所述下波导层和上波导层为gan、ingan、alingan、alinn、inn的任意一种或任意组合，所述下波导层和上波导层的厚度为5～20000埃米。
14、作为本专利技术的进一步优化方案，所述有源层的发光波长为200～420nm，所述有源层为阱层和垒层组成的周期结构；
15、所述阱层为ingan、inn、alinn、gan、algan、alingan、aln的任意一种或任意组合，所述阱层的厚度为10～100埃米；
16、所述垒层为gan、algan、alingan、aln、alinn的任意一种或任意组合，所述垒层的厚度为10～200埃米。
17、作为本专利技术的进一步优化方案，所述衬底为蓝宝石、硅、ge、sic、aln、gan、gaas、inp、蓝宝石/sio2复合衬底、蓝宝石/aln复合衬底、蓝宝石/sinx、蓝宝石/sio2/sinx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。
18、本专利技术的有益效果在于：
19、本专利技术通过漩涡光调制层打破光学互易性，形成非衍射的三维偏振特性激光，消除激光在上波导层和下波导层传输过程中的背向散射，对特定拓扑数的漩涡光隔离，隔离并减少复杂不稳定的多模模式并吸收杂散光和泄漏光，降低远场图像ffp的纵横比和减少ffp形状干扰，提升光束质量因子，通过光束质量的提高，确保激光器拥有较好的照明能力，为激光器的使用提供更好的性能。
20、本专利技术通过漩涡光调制层对激光进行多维度的螺旋相位和轨道角动量操纵，在上波导层和下波导层间形成几乎无串扰的不同拓扑数和不同自旋阶数的漩涡光，降低光波导吸收损耗，提升激光元件的模式增益。
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1.一种具有漩涡光调制层的氮化镓基半导体激光器，包括由下至上依次相连的衬底、下限制层、下波导层、有源层、上波导层、上限制层，其特征在于，所述激光器增设有漩涡光调制层，所述漩涡光调制层包括第一漩涡光调制层和第二漩涡光调制层，所述第一漩涡光调制层设于下波导层与下限制层之间，所述第二漩涡光调制层设于上波导层与上限制层之间。
2.根据权利要求1所述的一种具有漩涡光调制层的氮化镓基半导体激光器，其特征在于：所述第一漩涡光调制层和第二漩涡光调制层均设置特定的压电极化系数分布和自发极化系数分布。
3.根据权利要求2所述的一种具有漩涡光调制层的氮化镓基半导体激光器，其特征在于：所述第一漩涡光调制层的压电极化系数分布具有函数y＝(ex+e-x)/(ex-e-x)第三象限曲线分布，所述第二漩涡光调制层的压电极化系数分布具有函数y＝ax3+bx2+cx+d曲线分布，其中a＞0,且△＝4(b2-3ac)≤0；
4.根据权利要求3所述的一种具有漩涡光调制层的氮化镓基半导体激光器，其特征在于：所述漩涡光调制层含有Al/H元素比例分布、In/H元素比例分布、In/O元素比例
5.根据权利要求4所述的一种具有漩涡光调制层的氮化镓基半导体激光器，其特征在于：所述漩涡光调制层的Al/H元素比例分布具有函数y＝exsinx曲线分布；
6.根据权利要求1所述的一种具有漩涡光调制层的氮化镓基半导体激光器，其特征在于：所述漩涡光调制层为InGaN、GaN、AlGaN、AlInN、AlInGaN、AlN、InN、BN、Ga2O3的任意一种或任意组合；所述漩涡光调制层的厚度为5～5000埃米。
7.根据权利要求1所述的一种具有漩涡光调制层的氮化镓基半导体激光器，其特征在于：所述下限制层和上限制层为GaN、AlGaN、InGaN、AlInGaN、AlN、InN、AlInN的任意一种或任意组合，所述下限制层和上限制层的厚度为10～80000埃米。
8.根据权利要求1所述的一种具有漩涡光调制层的氮化镓基半导体激光器，其特征在于：所述下波导层和上波导层为GaN、InGaN、AlInGaN、AlInN、InN的任意一种或任意组合，所述下波导层和上波导层的厚度为5～20000埃米。
9.根据权利要求1所述的一种具有漩涡光调制层的氮化镓基半导体激光器，其特征在于：所述有源层的发光波长为200～420nm，所述有源层为阱层和垒层组成的周期结构；
10.根据权利要求1所述的一种具有漩涡光调制层的氮化镓基半导体激光器，其特征在于：所述衬底为蓝宝石、硅、Ge、SiC、AlN、GaN、GaAs、InP、蓝宝石/SiO2复合衬底、蓝宝石/AlN复合衬底、蓝宝石/SiNx、蓝宝石/SiO2/SiNx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】
1.一种具有漩涡光调制层的氮化镓基半导体激光器，包括由下至上依次相连的衬底、下限制层、下波导层、有源层、上波导层、上限制层，其特征在于，所述激光器增设有漩涡光调制层，所述漩涡光调制层包括第一漩涡光调制层和第二漩涡光调制层，所述第一漩涡光调制层设于下波导层与下限制层之间，所述第二漩涡光调制层设于上波导层与上限制层之间。
2.根据权利要求1所述的一种具有漩涡光调制层的氮化镓基半导体激光器，其特征在于：所述第一漩涡光调制层和第二漩涡光调制层均设置特定的压电极化系数分布和自发极化系数分布。
3.根据权利要求2所述的一种具有漩涡光调制层的氮化镓基半导体激光器，其特征在于：所述第一漩涡光调制层的压电极化系数分布具有函数y＝(ex+e-x)/(ex-e-x)第三象限曲线分布，所述第二漩涡光调制层的压电极化系数分布具有函数y＝ax3+bx2+cx+d曲线分布，其中a＞0,且△＝4(b2-3ac)≤0；
4.根据权利要求3所述的一种具有漩涡光调制层的氮化镓基半导体激光器，其特征在于：所述漩涡光调制层含有al/h元素比例分布、in/h元素比例分布、in/o元素比例分布。
5.根据权利要求4所述的一种具有漩涡光调制层的氮化镓基半导体激光器，其特征在于：所述漩涡光调制层的al/h元素比例分布具有函数y＝exsinx曲线分布；
6.根据权利要求1所述的一种具有漩涡光调制层的氮化镓基半导体激光...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈婉君，郑锦坚，蔡鑫，张会康，黄军，李晓琴，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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