【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器的外延结构。
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、原子钟、测距、光谱分析、切割、海底通信、精密焊接、量子传感器、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，全固态氮化镓基半导体激光器具有单色性好、方向性好、体积小、亮度高、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
7、氮化物氮化镓基半导体激光器存在以下问题：有源层晶格失配与应变大诱导产生强压电极化效应，产生较强的qcse量子限制stark效应，引起量子阱的能带倾斜，激光器价带带阶差增加，抑制空穴注入，空穴在量子阱中输运更困难，载流子注入不均匀，电子空穴波函数交叠几率减少，从而引起激光器增益不均匀、辐射复合效率下降，限制了激光器电激射增益的提高；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；in-n键能较低，高in组分ingan在生长过程需较低温度保证in并入，但低温生长条件下，原子迁移率低、低温nh3裂解效率低以及inn和gan互溶隙较大、晶格失配大，in-n在位错处出现偏析，出现二维岛状结构或三维岛状结构，导致有源层内部缺陷密度高、inn相分离偏析、热退化、组分波动、晶体质量不理想，导致量子阱质量差、界面粗糙、界面质量低以及大量富in团簇，造成激光光谱非均匀展宽，增加非辐射复合中心或光学灾变。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和晶格热失配，降低有源层的质量和界面质量，降低辐射效率和缩短激光器寿命。
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器的外延结构。
2、本专利技术实施例提供了一种氮化镓基半导体激光器的外延结构，包括从下至上依次设置的衬底、下限制层、下波导层、有源层、上波导层和上限制层，所述有源层为阱层和垒层组成的周期性的具有富in团簇的量子阱结构，所述有源层具有热导率分布、菲利普电离度分布和导带有效态密度分布特性。
3、优选地，所述有源层的周期数为m:1≤m≤5，所述有源层的富in团簇密度小于等于5e8cm-2。
4、优选地，所述有源层的热导率分布具有函数y＝acos(bx+c)曲线分布；
5、所述有源层的菲利浦电离度分布具有函数y＝dcos(ex+f)曲线分布；
6、所述有源层的导带有效态密度分布具有函数y＝gcos(hx+i)曲线分布；
7、其中，d≤a≤g。
8、优选地，所述有源层的阱层的热导率a小于等于垒层的热导率b；
9、所述有源层的阱层的菲利浦电离度c大于等于垒层的菲利浦电离度d；
10、所述有源层的阱层的导带有效态密度e小于等于垒层的导带有效态密度f。
11、优选地，所述上波导层的热导率为n，下波导层的热导率为p，上限制层的热导率为q，所述有源层、上波导层、下波导层和上限制层的热导率具有如下关系：q≤p≤n≤b≤a。
12、优选地，所述上波导层的菲利浦电离度为r，下波导层的菲利浦电离度为s，下限制层的菲利浦电离度为t，所述有源层、上波导层、下波导层和下限制层的菲利浦电离度具有如下关系：t≤d≤r≤s≤c。
13、优选地，所述上波导层的导带有效态密度为u，下波导层的导带有效态密度为v，上限制层的导带有效态密度为w，所述有源层、上波导层、下波导层和上限制层的导带有效态密度具有如下关系：e≤u≤v≤w≤f。
14、优选地，所述有源层的阱层为gan、ingan、inn、alinn、alingan、aln、gaas、gap、inp、algaas、alingaas、algainp、ingaas、alinas、alinp、algap、ingap、gasb、insb、inas、algasb、alsb、ingasb、algaassb、ingaassb、sic、ga2o3、bn的任意一种或任意组合，厚度为g:5≤g≤100埃米，发光波长为200nm至2000nm；
15、所述有源层的垒层为gan、ingan、inn、alinn、alingan、aln、gaas、gap、inp、algaas、alingaas、algainp、ingaas、alinas、alinp、algap、ingap、gasb、insb、inas、algasb、alsb、ingasb、algaassb、ingaassb、sic、ga2o3、bn的任意一种或任意组合，厚度为h:10埃米≤h≤200埃米。
16、优选地，所述下波导层为gan、ingan、inn、alinn、alingan、aln、gaas、gap、inp、algaas、alingaas、algainp、ingaas、alinas、alinp、algap、ingap、gasb、insb、inas、algasb、alsb、ingasb、algaassb、ingaassb、sic、ga2o3、bn的任意一种或任意组合，厚度为i:10埃米≤i≤9000埃米；
17、所述上波导层为gan、ingan、inn、alinn、alingan、aln、gaas、gap、inp、algaas、alingaas、algainp、ingaas、alinas、alinp、algap、ingap、gasb、insb、inas、algasb、alsb、ingasb、algaassb、ingaassb、sic、ga2o3、bn的任意一种或任意组合，厚度为j:10埃米≤j≤9000埃米；
18、所述下限制层为gan、ingan、inn、alinn、alingan、aln、gaas、gap、inp、algaas、alingaas、algai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器的外延结构，包括从下至上依次设置的衬底、下限制层、下波导层、有源层、上波导层和上限制层，其特征在于，所述有源层为阱层和垒层组成的周期性的具有富In团簇的量子阱结构，所述有源层具有热导率分布、菲利普电离度分布和导带有效态密度分布特性。
2.根据权利要求1所述的氮化镓基半导体激光器的外延结构，其特征在于，所述有源层的周期数为m:1≤m≤5，所述有源层的富In团簇密度小于等于5E8cm-2。
3.根据权利要求1所述的氮化镓基半导体激光器的外延结构，其特征在于，所述有源层的热导率分布具有函数y＝Acos(Bx+C)曲线分布；
4.根据权利要求1所述的氮化镓基半导体激光器的外延结构，其特征在于，所述有源层的阱层的热导率a小于等于垒层的热导率b；
5.根据权利要求4所述的氮化镓基半导体激光器的外延结构，其特征在于，所述上波导层的热导率为n，下波导层的热导率为p，上限制层的热导率为q，所述有源层、上波导层、下波导层和上限制层的热导率具有如下关系：q≤p≤n≤b≤a。
6.根据权利要求4所述的氮化镓基半导体激
7.根据权利要求4所述的氮化镓基半导体激光器的外延结构，其特征在于，所述上波导层的导带有效态密度为u，下波导层的导带有效态密度为v，上限制层的导带有效态密度为w，所述有源层、上波导层、下波导层和上限制层的导带有效态密度具有如下关系：e≤u≤v≤w≤f。
8.根据权利要求1所述的氮化镓基半导体激光器的外延结构，其特征在于，所述有源层的阱层为GaN、InGaN、InN、AlInN、AlInGaN、AlN、GaAs、GaP、InP、AlGaAs、AlInGaAs、AlGaInP、InGaAs、AlInAs、AlInP、AlGaP、InGaP、GaSb、InSb、InAs、AlGaSb、AlSb、InGaSb、AlGaAsSb、InGaAsSb、SiC、Ga2O3、BN的任意一种或任意组合，厚度为g:5≤g≤100埃米，发光波长为200nm至2000nm；
9.根据权利要求1所述的氮化镓基半导体激光器的外延结构，其特征在于，所述下波导层为GaN、InGaN、InN、AlInN、AlInGaN、AlN、GaAs、GaP、InP、AlGaAs、AlInGaAs、AlGaInP、InGaAs、AlInAs、AlInP、AlGaP、InGaP、GaSb、InSb、InAs、AlGaSb、AlSb、InGaSb、AlGaAsSb、InGaAsSb、SiC、Ga2O3、BN的任意一种或任意组合，厚度为i:10埃米≤i≤9000埃米；
10.根据权利要求1所述的氮化镓基半导体激光器的外延结构，其特征在于，所述衬底包括蓝宝石、硅、Ge、SiC、AlN、GaN、GaAs、GaSb、InSb、InP、蓝宝石/SiO2复合衬底、蓝宝石/AlN复合衬底、蓝宝石/SiNx、镁铝尖晶石MgAl2O4、MgO、ZnO、MgO、尖晶石、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器的外延结构，包括从下至上依次设置的衬底、下限制层、下波导层、有源层、上波导层和上限制层，其特征在于，所述有源层为阱层和垒层组成的周期性的具有富in团簇的量子阱结构，所述有源层具有热导率分布、菲利普电离度分布和导带有效态密度分布特性。
2.根据权利要求1所述的氮化镓基半导体激光器的外延结构，其特征在于，所述有源层的周期数为m:1≤m≤5，所述有源层的富in团簇密度小于等于5e8cm-2。
3.根据权利要求1所述的氮化镓基半导体激光器的外延结构，其特征在于，所述有源层的热导率分布具有函数y＝acos(bx+c)曲线分布；
4.根据权利要求1所述的氮化镓基半导体激光器的外延结构，其特征在于，所述有源层的阱层的热导率a小于等于垒层的热导率b；
5.根据权利要求4所述的氮化镓基半导体激光器的外延结构，其特征在于，所述上波导层的热导率为n，下波导层的热导率为p，上限制层的热导率为q，所述有源层、上波导层、下波导层和上限制层的热导率具有如下关系：q≤p≤n≤b≤a。
6.根据权利要求4所述的氮化镓基半导体激光器的外延结构，其特征在于，所述上波导层的菲利浦电离度为r，下波导层的菲利浦电离度为s，下限制层的菲利浦电离度为t，所述有源层、上波导层、下波导层和下限制层的菲利浦电离度具有如下关系：t≤d≤r≤s≤c。
7.根据权利要求4所述的氮化镓基半导体激光器的外延结构，其特征在于，所述上波导层的导带有效态密度为u，下波导层的导带有效态密度为v，上限制层的导带有效态密度为w，所述有源层、上波导层、下波导层和上限制层...
【专利技术属性】
技术研发人员：郑锦坚，李水清，张江勇，胡志勇，张钰，陈婉君，蔡鑫，张会康，
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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