【技术实现步骤摘要】
本申请涉及半导体光电器件领域，尤其涉及一种具有低载流子吸收损耗上波导层的氮化镓半导体激光器元件。
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。p>
7、半导体激光器存在以下问题：激光器光场有耗散，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，激光光斑发散角小，远场图像在激光器外延层的c轴方向上不满足高斯图样，光斑质量差，无法聚束，远场图像ffp质量差。激光器的折射率色散，高浓度载流子浓度起伏影响有源层的折射率，限制因子随波长增加而减少，导致激光器的模式增益降低。
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具有低载流子吸收损耗上波导层的氮化镓半导体激光器元件。
2、本专利技术实施例提供了一种具有低载流子吸收损耗上波导层的氮化镓半导体激光器元件，包括从下至上依次设置的衬底、下包覆层、下波导层、有源层、上波导层和上包覆层，所述下波导层为光场局域效应增强下波导层，所述光场局域效应增强下波导层具有轻空穴有效质量分布特性和体积弹性模量分布特性。
3、优选地，所述光场局域效应增强下波导层的轻空穴有效质量具有弧形分布。
4、优选地，所述光场局域效应增强下波导层的轻空穴有效质量具有函数y＝(ax+1)/(ax-1)(0＜a＜1)第二象限曲线分布，x为光场局域效应增强下波导层往下包覆层方向的深度。
5、优选地，所述光场局域效应增强下波导层的体积弹性模量具有弧形分布。
6、优选地，所述光场局域效应增强下波导层的体积弹性模量具有函数y＝(bx+1)/(bx-1)(0＜b＜1)第二象限曲线分布。
7、优选地，所述光场局域效应增强下波导层还具有横向声速分布特性、分离能分布特性和重空穴有效质量分布特性。
8、优选地，所述光场局域效应增强下波导层的横向声速具有函数y＝(cx+1)/(cx-1)(0＜c＜1)第二象限曲线分布；
9、所述光场局域效应增强下波导层的分离能具有函数y＝(dx+1)/(dx-1)(0＜d＜1)第二象限曲线分布；
10、所述光场局域效应增强下波导层的重空穴有效质量具有函数y＝ex+x曲线分布；
11、其中，0＜c≤a≤d≤b≤1。
12、优选地，所述光场局域效应增强下波导层为ingan、gan、inn、alingan的任意一种或任意组合。
13、优选地，所述有源层为阱层和垒层组成的周期结构，周期数为3≥m≥1，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150埃米，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。
14、优选地，所述下包覆层、上波导层和上包覆层为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的任意一种或任意组合；
15、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、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。
16、本专利技术的有益效果如下：本专利技术的具有低载流子吸收损耗上波导层的氮化镓半导体激光器元件的下波导层具有轻空穴有效质量分布特性和体积弹性模量分布特性，从而形成光场局域效应增强下波导层，抑制折射率色散，降低有效折射率差，实现高扭结水平和模式增益，并增强光场局域效应，获得大的水平扩展角，实现低纵横比的远场ffp图像和光斑质量，使远场图像在c轴方向满足高斯图样。
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1.一种具有低载流子吸收损耗上波导层的氮化镓半导体激光器元件，包括从下至上依次设置的衬底、下包覆层、下波导层、有源层、上波导层和上包覆层，其特征在于，所述下波导层为光场局域效应增强下波导层，所述光场局域效应增强下波导层具有轻空穴有效质量分布特性和体积弹性模量分布特性。
2.根据权利要求1所述的具有低载流子吸收损耗上波导层的氮化镓半导体激光器元件，其特征在于，所述光场局域效应增强下波导层的轻空穴有效质量具有弧形分布。
3.根据权利要求2所述的具有低载流子吸收损耗上波导层的氮化镓半导体激光器元件，其特征在于，所述光场局域效应增强下波导层的轻空穴有效质量具有函数y＝(ax+1)/(ax-1)(0＜a＜1)第二象限曲线分布，x为光场局域效应增强下波导层往下包覆层方向的深度。
4.根据权利要求3所述的具有低载流子吸收损耗上波导层的氮化镓半导体激光器元件，其特征在于，所述光场局域效应增强下波导层的体积弹性模量具有弧形分布。
5.根据权利要求4所述的具有低载流子吸收损耗上波导层的氮化镓半导体激光器元件，其特征在于，所述光场局域效应增强下波导层的体
6.根据权利要求5所述的具有低载流子吸收损耗上波导层的氮化镓半导体激光器元件，其特征在于，所述光场局域效应增强下波导层还具有横向声速分布特性、分离能分布特性和重空穴有效质量分布特性。
7.根据权利要求6所述的具有低载流子吸收损耗上波导层的氮化镓半导体激光器元件，其特征在于，所述光场局域效应增强下波导层的横向声速具有函数y＝(cx+1)/(cx-1)(0＜c＜1)第二象限曲线分布；
8.根据权利要求1所述的具有低载流子吸收损耗上波导层的氮化镓半导体激光器元件，其特征在于，所述光场局域效应增强下波导层为InGaN、GaN、InN、AlInGaN的任意一种或任意组合。
9.根据权利要求1所述的具有低载流子吸收损耗上波导层的氮化镓半导体激光器元件，其特征在于，所述有源层为阱层和垒层组成的周期结构，周期数为3≥m≥1，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150埃米，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。
10.根据权利要求1所述的具有低载流子吸收损耗上波导层的氮化镓半导体激光器元件，其特征在于，所述下包覆层、上波导层和上包覆层为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的任意一种或任意组合；
...【技术特征摘要】
1.一种具有低载流子吸收损耗上波导层的氮化镓半导体激光器元件，包括从下至上依次设置的衬底、下包覆层、下波导层、有源层、上波导层和上包覆层，其特征在于，所述下波导层为光场局域效应增强下波导层，所述光场局域效应增强下波导层具有轻空穴有效质量分布特性和体积弹性模量分布特性。
2.根据权利要求1所述的具有低载流子吸收损耗上波导层的氮化镓半导体激光器元件，其特征在于，所述光场局域效应增强下波导层的轻空穴有效质量具有弧形分布。
3.根据权利要求2所述的具有低载流子吸收损耗上波导层的氮化镓半导体激光器元件，其特征在于，所述光场局域效应增强下波导层的轻空穴有效质量具有函数y＝(ax+1)/(ax-1)(0＜a＜1)第二象限曲线分布，x为光场局域效应增强下波导层往下包覆层方向的深度。
4.根据权利要求3所述的具有低载流子吸收损耗上波导层的氮化镓半导体激光器元件，其特征在于，所述光场局域效应增强下波导层的体积弹性模量具有弧形分布。
5.根据权利要求4所述的具有低载流子吸收损耗上波导层的氮化镓半导体激光器元件，其特征在于，所述光场局域效应增强下波导层的体积弹性模量具有函数y＝(bx+1)/(bx-1)(0＜b＜1)第二象限曲线分布。
6.根据权利要求5所述的具有低载流子吸收损耗上波导层的氮化镓半导体激光器元件，其特征在于，所述光场局域效应增强下波导层还具有横向声速分布特性、分离能分布特性和重空穴有效质量分布特性。
7.根据权利要求6所述的具有低载流子吸收损耗上波导层的氮化镓半导体激光器元件，其特征在于，所述光场局域效应增强下波导层的横向声速具有函数y＝(cx+1)/(cx-1)(0＜c＜1)第二象限曲线分布；
8.根据权利要求1所述的具有低载流子吸收损耗上波导层的氮化镓半导体激光器元件，其特征在于，所述光场局域效应增强下波导层为ingan、gan、i...
【专利技术属性】
技术研发人员：郑锦坚，李水清，寻飞林，邓和清，张江勇，蔡鑫，陈婉君，蓝家彬，黄军，
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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