【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及半导体光电器件，尤其涉及一种具有谐振等离子热电层的半导体激光元件。
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。
7、而
8、1)热效应：激光器介质中的热效应主要来源于量子缺陷相关的发热，即泵浦光与振荡光之间的光子能量差形成的斯托克斯频移损耗转换为热量，以及量子效率损耗相关的发热，即泵浦能级到激光上能级的耦合率不为1的能量损失转换为热量；以上两者共同产生大量废热，使激光器温度分布不均匀，引起热膨胀和热应力分布不均匀；当热失配足够大时，会产生温度淬灭、激光器断裂问题；传统激光器泵浦光吸收系数衰减也会导致纵向温度分布不均匀，产生热透镜效应和应力双折射效应，引起激光光束去极化和失真。
9、2)激光器使用电流大，电流密度大产生热量大，且器件的散热不佳，温度特性差，会加剧半导体外延层间的热失配，导致阈值电流上升、输出光功率和斜率效率下降等问题。
技术实现思路
1、本专利技术提出一种具有谐振等离子热电层的半导体激光元件，所述谐振等离子热电层产生极大的纳米尺度光限域和选择吸收谐振光谱，诱发形成局域温度梯度，提升激光器的温度分布均匀性，降低热失配和热应力，提升激光器的散热功能，改善应力双折射问题和激光光束失真问题；同时，产生较大的激子能量转移和局域激子发射，增强电子多重散射和调控声子散射和声子传输，降低斯托克斯频移的热损耗，进一步降低激光器非辐射复合产生的废热，从而降低激光器的阈值和提升光功率与斜率效率。
2、本专利技术提供的一种具有谐振等离子热电层的半导体激光元件，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、电子阻挡层、上限制层，上波导层与电子阻挡层之间具有谐振等离子热电层，所述谐振等离子热电层的厚度为5～5000埃米，所述谐振等离子热电层产生纳米尺度光限域和选择吸收谐振光谱，诱发形成局域温度梯度；同时产生电子多重散射和调控声子散射和声子传输，降低斯托克斯频移的热损耗。
3、优选地，所述谐振等离子热电层为sb2te3@bisbse3、ptse2@mosi2n4、naco2o4@pbtio3、bi2te3@bivo4、niznfe2o4@bi2se3中的任意一种或几种任意组合的三维高阶范德华异质结构。
4、优选地，所述谐振等离子热电层的任意组合包括以下二元组合的三维高阶范德华异质结构：
5、sb2te3@bisbse3/ptse2@mosi2n4,
6、sb2te3@bisbse3/naco2o4@pbtio3,
7、sb2te3@bisbse3/bi2te3@bivo4,
8、sb2te3@bisbse3/niznfe2o4@bi2se3,
9、ptse2@mosi2n4/naco2o4@pbtio3,
10、ptse2@mosi2n4/bi2te3@bivo4,
11、ptse2@mosi2n4/niznfe2o4@bi2se3,
12、naco2o4@pbtio3/bi2te3@bivo4,
13、naco2o4@pbtio3/niznfe2o4@bi2se3,
14、bi2te3@bivo4/niznfe2o4@bi2se3。
15、优选地，所述谐振等离子热电层的任意组合包括以下三元组合的三维高阶范德华异质结构：
16、sb2te3@bisbse3/ptse2@mosi2n4/naco2o4@pbtio3,
17、sb2te3@bisbse3/ptse2@mosi2n4/bi2te3@bivo4,
18、sb2te3@bisbse3/ptse2@mosi2n4/niznfe2o4@bi2se3,
19、sb2te3@bisbse3/naco2o4@pbtio3/bi2te3@bivo4,
20、sb2te3@bisbse3/naco2o4@pbtio3/niznfe2o4@bi2se3,
21、sb2te3@bisbse3/bi2te3@bivo4/niznfe2o4@bi2se3,
22、ptse2@mosi2n4/naco2o4@pbtio3/bi2te3@bivo4,
23、ptse2@mosi2n4/naco2o4@pbtio3/niznfe2o4@bi2se3,
24、naco2o4@pbtio3/bi2te3@bivo4/niznfe2o4@bi2se3。
25、优选地，所述谐振等离子热电层的任意组合包括以下四元组合的三维高阶范德华异质结构：
26、sb2te3@bisbse3/ptse2@mosi2n4/naco2o4@pbtio3/bi2te3@bivo4,
27、sb2te3@bisbse3/ptse2@mosi2n4/naco2o4@pbtio3/niznfe2o4@bi2se3,
28、sb2te3@bisbse3/ptse2@mosi2n4/bi2te3@bivo4/niznfe2o4@bi2se3,
29、sb2te3@bisbse3/naco2o4@pbtio3/bi2te3@bivo4/niznfe2o4@bi2se3,
30、ptse2@mosi2n4/naco2o4@pbtio3/bi2te3@bivo4/niznfe2o4@bi2se3。
31、优选地，所述谐振等本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种具有谐振等离子热电层的半导体激光元件，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)、电子阻挡层(105)、上限制层(106)，其特征在于，上波导层(104)与电子阻挡层(105)之间具有谐振等离子热电层(107)，所述谐振等离子热电层(107)的厚度为5～5000埃米，所述谐振等离子热电层(107)产生纳米尺度光限域和选择吸收谐振光谱，诱发形成局域温度梯度；同时产生电子多重散射和调控声子散射和声子传输，降低斯托克斯频移的热损耗。
2.根据权利要求1所述的一种具有谐振等离子热电层的半导体激光元件，其特征在于，所述谐振等离子热电层(107)为Sb2Te3@BiSbSe3、PtSe2@MoSi2N4、NaCo2O4@PbTiO3、Bi2Te3@BiVO4、NiZnFe2O4@Bi2Se3中的任意一种或几种任意组合的三维高阶范德华异质结构。
3.根据权利要求2所述的一种具有谐振等离子热电层的半导体激光元件，其特征在于，所述谐振等离子热电层(107)的任意组合包括以下二元组合的三维高阶范德华异质
4.根据权利要求2所述的一种具有谐振等离子热电层的半导体激光元件，其特征在于，所述谐振等离子热电层(107)的任意组合包括以下三元组合的三维高阶范德华异质结构：
5.根据权利要求2所述的一种具有谐振等离子热电层的半导体激光元件，其特征在于，所述谐振等离子热电层(107)的任意组合包括以下四元组合的三维高阶范德华异质结构：
6.根据权利要求2所述的一种具有谐振等离子热电层的半导体激光元件，其特征在于，所述谐振等离子热电层(107)的任意组合包括以下五元组合的三维高阶范德华异质结构：
7.根据权利要求1所述的一种具有谐振等离子热电层的半导体激光元件，其特征在于，所述下限制层(101)为GaN、AlGaN、InGaN、AlInGaN、AlN、InN、AlInN中的任意一种或几种任意组合，厚度为50～5000nm，所述电子阻挡层(105)和上限制层(106)为GaN、AlGaN、AlInGaN、AlN、AlInN中的任意一种或几种任意组合，厚度为20～1000nm。
8.根据权利要求1所述的一种具有谐振等离子热电层的半导体激光元件，其特征在于，所述下波导层(102)和上波导层(104)为GaN、InGaN、AlInGaN中的任意一种或几种任意组合，厚度为50～1000nm。
9.根据权利要求1所述的一种具有谐振等离子热电层的半导体激光元件，其特征在于，所述有源层(103)为阱层和垒层组成的周期结构，周期数为3≥m≥1，阱层为InGaN、InN、AlInN、GaN中的任意一种或几种任意组合，厚度为10～80埃米，垒层为GaN、AlGaN、AlInGaN、AlN、AlInN中的任意一种或几种任意组合，厚度为10～120埃米。
10.根据权利要求1所述的一种具有谐振等离子热电层的半导体激光元件，其特征在于，所述衬底(100)包括蓝宝石、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复合衬底中的任意一种。
...【技术特征摘要】
1.一种具有谐振等离子热电层的半导体激光元件，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)、电子阻挡层(105)、上限制层(106)，其特征在于，上波导层(104)与电子阻挡层(105)之间具有谐振等离子热电层(107)，所述谐振等离子热电层(107)的厚度为5～5000埃米，所述谐振等离子热电层(107)产生纳米尺度光限域和选择吸收谐振光谱，诱发形成局域温度梯度；同时产生电子多重散射和调控声子散射和声子传输，降低斯托克斯频移的热损耗。
2.根据权利要求1所述的一种具有谐振等离子热电层的半导体激光元件，其特征在于，所述谐振等离子热电层(107)为sb2te3@bisbse3、ptse2@mosi2n4、naco2o4@pbtio3、bi2te3@bivo4、niznfe2o4@bi2se3中的任意一种或几种任意组合的三维高阶范德华异质结构。
3.根据权利要求2所述的一种具有谐振等离子热电层的半导体激光元件，其特征在于，所述谐振等离子热电层(107)的任意组合包括以下二元组合的三维高阶范德华异质结构：
4.根据权利要求2所述的一种具有谐振等离子热电层的半导体激光元件，其特征在于，所述谐振等离子热电层(107)的任意组合包括以下三元组合的三维高阶范德华异质结构：
5.根据权利要求2所述的一种具有谐振等离子热电层的半导体激光元件，其特征在于，所述谐振等离子热电层(107)的任意组合包括以下四元组合的三维高阶范德华异质结构：
6.根据权利要求2所述的一种具有谐振等离子热电层的半导体激光元件，其特征在于，所述谐...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡志勇，郑锦坚，李水清，蔡鑫，李晓琴，黄军，蒙磊，
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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