一种具有光学极化子层的半导体激光元件制造技术

技术编号:38566146 阅读:9 留言:0更新日期:2023-08-22 21:04
本发明专利技术公开了一种具有光学极化子层的半导体激光元件,涉及半导体光电器件技术领域;为了解决现有技术中氮化物半导体激光器缺陷问题;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、电子阻挡层和上限制层,所述下波导层和有源层之间,以及上波导层和有源层之间均设置有光学极化子层;所述光学极化子层为Co3O4、Mn3O4、LaBr2。本发明专利技术可提升上波导层和下波导层的光学波导效果,抑制衬底模式泄漏,提升远场图像质量,降低内部光损耗,并极有极高的量子限制效应,降低电子泄漏,提升载流子局域化,提升空穴输运效率,降低激光元件的激发阈值,增强限制因子和峰值增益,提升激光元件的光功率和斜率效率。元件的光功率和斜率效率。元件的光功率和斜率效率。

【技术实现步骤摘要】
一种具有光学极化子层的半导体激光元件


[0001]本专利技术涉及半导体光电器件
,尤其涉及一种具有光学极化子层的半导体激光元件。

技术介绍

[0002]激光器有固体、气体、液体、半导体和染料等类型,其中,全固态半导体激光器如氮化物半导体激光器虽然因其体积小、效率高、重量轻、稳定性好、寿命长等优点被广泛应用,但其存在以下问题:1)内部晶格失配大、应变大引起极化效应强,QCSE量子限制Stark效应强限制激光器电激射增益的提高;2)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、破坏p型等,p型掺杂的离化率低,大量未电离的Mg受主杂质会导致内部光学损耗上升;3)下限制层的厚度增加,可降低限制层的折射率,但下限制层的厚度增加又会导致组分调控范围受限制,易产生开裂、弯曲和质量下降等问题;同时,光场模式泄漏到衬底形成驻波会导致衬底模式抑制效率低,远场图像FFP质量差。3)p型半导体的Mg受主激活能大、离化效率低,空穴浓度远低于电子浓度、空穴迁移率远小于电子迁移率,导致量子阱中的电子空穴严重不对称不匹配,电子泄漏和载流子去局域化,空穴在量子阱中输运更困难,载流子注入不均匀,增益不均匀,激光器增益谱变宽,峰值增益下降。为解决上述问题,我们提出了一种具有光学极化子层的半导体激光元件。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是为了解决现有技术中存在的缺点,而提出的一种具有光学极化子层的半导体激光元件。
[0004]为了实现上述目的,本专利技术采用了如下技术方案:
[0005]一种具有光学极化子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、电子阻挡层和上限制层,所述下波导层和有源层之间,以及上波导层和有源层之间均设置有光学极化子层;
[0006]所述光学极化子层为Co3O4、Mn3O4、LaBr2、La2Br5、Sc7Cl
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、Bi2LiN中的一种,或者为包括异质结、超晶格、量子阱、核壳结构、量子点、二维莫尔超晶格结构的二元组合、三元组合、四元组合、五元组合和六元组合中的一种;
[0007]所述光学极化子层的厚度为0.5~500nm。
[0008]优选地:所述光学极化子层的二元组合,包括以下结构:Co3O4/Mn3O4、Co3O4/LaBr2、Co3O4/La2Br5、Co3O4/Sc7Cl
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、Co3O4/Bi2LiN、Mn3O4/LaBr2、Mn3O4/La2Br5、Mn3O4/Sc7Cl
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、Mn3O4/Bi2LiN、LaBr2/La2Br5、LaBr2/Sc7Cl
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、LaBr2/Bi2LiN、La2Br5/Sc7Cl
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、La2Br5/Bi2LiN、Sc7Cl
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/Bi2LiN。
[0009]优选地:所述光学极化子层的三元组合,包括以下结构:Co3O4/Mn3O4/LaBr2、Co3O4/Mn3O4/La2Br5、Co3O4/Mn3O4/Sc7Cl
10
、Co3O4/Mn3O4/Bi2LiN、Co3O4/LaBr2/La2Br5、Co3O4/LaBr2/Sc7Cl
10
、Co3O4/LaBr2/Bi2LiN、Co3O4/La2Br5/Sc7Cl
10
、Co3O4/La2Br5/Bi2LiN、Co3O4/Sc7Cl
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/
Bi2LiN、Mn3O4/LaBr2/La2Br5、Mn3O4/LaBr2/Sc7Cl
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、Mn3O4/LaBr2/Bi2LiN、Mn3O4/La2Br5/Sc7Cl
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、Mn3O4/La2Br5/Bi2LiN、Mn3O4/Sc7Cl
10
/Bi2LiN、LaBr2/La2Br5/Sc7Cl
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、LaBr2/La2Br5/Bi2LiN、LaBr2/Sc7Cl
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/Bi2LiN、La2Br5/Sc7Cl
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/Bi2LiN。
[0010]优选地:所述光学极化子层的四元组合,包括以下结构:Co3O4/Mn3O4/LaBr2/La2Br5、Co3O4/Mn3O4/LaBr2/Sc7Cl
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、Co3O4/Mn3O4/LaBr2/Bi2LiN、Co3O4/LaBr2/La2Br5/Sc7Cl
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、Co3O4/LaBr2/La2Br5/Bi2LiN、Co3O4/La2Br5/Sc7Cl
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/Bi2LiN、Mn3O4/LaBr2/La2Br5/Sc7Cl
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、Mn3O4/LaBr2/La2Br5/Bi2LiN、Mn3O4/La2Br5/Sc7Cl
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/Bi2LiN、LaBr2/La2Br5/Sc7Cl
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/Bi2LiN。
[0011]优选地:所述光学极化子层的五元组合,包括以下结构:Co3O4/Mn3O4/LaBr2/La2Br5/Sc7Cl
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、Co3O4/Mn3O4/LaBr2/La2Br5/Bi2LiN、Co3O4/Mn3O4/LaBr2/Sc7Cl
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/Bi2LiN、Co3O4/Mn3O4/La2Br5/Sc7Cl
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/Bi2LiN、Co3O4/LaBr2/La2Br5/Sc7Cl
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/Bi2LiN、Mn3O4/LaBr2/La2Br5/Sc7Cl
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/Bi2LiN;
[0012]所述光学极化子层的六元组合,包括以下结构:Co3O4/Mn3O4/LaBr2/La2Br5/Sc7Cl
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/Bi2LiN。
[0013]优选地: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复合衬底中的一种。
[0014]优选地:所述下限制层为GaN、AlGaN、InGaN、AlInGaN、AlN、InN、AlInN中的一种或任意组合;
[0015]所述下限制层的厚度为5~5000nm,Si掺杂浓度为1E18~1E20cm
‑3。
[0016]优选地:所述下波导层和上波导层均为GaN、InGaN、AlInGaN中的一种或任意组合;
[0017]所述下波导层和上波导层的厚度均为5~1000nm,Si掺杂浓度为1E16~5E19cm
‑3。
[0018]优选地:所述电子阻挡层和上限制层均为GaN、AlGaN、AlInGaN、AlN、AlInN中的一种或任意组合;
[0019]所述电子阻挡层和上限制层的厚度均为2~1000nm,Mg掺本文档来自技高网
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有光学极化子层的半导体激光元件,从下至上依次包括衬底(1)、下限制层(2)、下波导层(3)、有源层(4)、上波导层(5)、电子阻挡层(6)和上限制层(7),其特征在于,所述下波导层(3)和有源层(4)之间,以及上波导层(5)和有源层(4)之间均设置有光学极化子层(8);所述光学极化子层(8)为Co3O4、Mn3O4、LaBr2、La2Br5、Sc7Cl
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、Bi2LiN中的一种,或者为包括异质结、超晶格、量子阱、核壳结构、量子点、二维莫尔超晶格结构的二元组合、三元组合、四元组合、五元组合和六元组合中的一种;所述光学极化子层(8)的厚度为0.5~500nm。2.根据权利要求1所述的一种具有光学极化子层的半导体激光元件,其特征在于,所述光学极化子层(8)的二元组合,包括以下结构:Co3O4/Mn3O4、Co3O4/LaBr2、Co3O4/La2Br5、Co3O4/Sc7Cl
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、Co3O4/Bi2LiN、Mn3O4/LaBr2、Mn3O4/La2Br5、Mn3O4/Sc7Cl
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、Mn3O4/Bi2LiN、LaBr2/La2Br5、LaBr2/Sc7Cl
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、LaBr2/Bi2LiN、La2Br5/Sc7Cl
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、La2Br5/Bi2LiN、Sc7Cl
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/Bi2LiN。3.根据权利要求2所述的一种具有光学极化子层的半导体激光元件,其特征在于,所述光学极化子层(8)的三元组合,包括以下结构:Co3O4/Mn3O4/LaBr2、Co3O4/Mn3O4/La2Br5、Co3O4/Mn3O4/Sc7Cl
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、Co3O4/Mn3O4/Bi2LiN、Co3O4/LaBr2/La2Br5、Co3O4/LaBr2/Sc7Cl
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、Co3O4/LaBr2/Bi2LiN、Co3O4/La2Br5/Sc7Cl
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、Co3O4/La2Br5/Bi2LiN、Co3O4/Sc7Cl
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/Bi2LiN、Mn3O4/LaBr2/La2Br5、Mn3O4/LaBr2/Sc7Cl
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、Mn3O4/LaBr2/Bi2LiN、Mn3O4/La2Br5/Sc7Cl
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、Mn3O4/La2Br5/Bi2LiN、Mn3O4/Sc7Cl
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/Bi2LiN、LaBr2/La2Br5/Sc7Cl
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、LaBr2/La2Br5/Bi2LiN、LaBr2/Sc7Cl
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/Bi2LiN、La2Br5/Sc7Cl
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/Bi2LiN。4.根据权利要求3所述的一种具有光学极化子层的半导体激光元件,其特征在于,所述光学极化子层(8)的四元组合,包括以下结构:Co3O4/Mn3O4/LaBr2/La2Br5、Co3O4/Mn3O4/LaBr2/Sc7Cl
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、Co3O4/Mn3O4/LaBr2/Bi2LiN、Co3O4/LaBr2/La2Br5/Sc...

【专利技术属性】
技术研发人员:李水清请求不公布姓名王星河黄军陈婉君张江勇刘紫涵蔡鑫陈三喜蒙磊季徐芳胡志勇
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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