【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及半导体光电器件，尤其涉及一种氮化物半导体激光器元件。
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，1)光与增益介质二能级原子共振作用时，有吸收、自发辐射和受激辐射三种过程；自发辐射相位是混乱和无规则的，自发跃迁是随机的，偏离轴向的自发辐射逸出腔外，沿轴向特定频率、特定方向和横向分布的光子引起雪崩式的受激放大而产生激光。激光是由载流子发生受激辐射产生，必须满足受激辐射大于吸收，并实现粒子数反转，增益大于损耗，实现光的放大；激光光谱半高宽较小，单色性和方向性很好，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，不需要粒子数反转和受激动辐射大于吸收条件；发光二极管光谱半宽大，不具有单色性，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
3、氮化物半导体激光器存在以下问题：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)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。3)激光器价带带阶差增加，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。
技术实现思路
1、本专利技术提出一种氮化物半导体激光器元件，所述自束缚激子极化激元层具有拓扑单斜相周期性铁电畴，形成强平面外自发极化诱导自束缚激子极化激元，将自由激子束缚能从10mev以下提升至20mev以上，降低激光的激子辐射的温度阈值，在室温或更高温度下可实现激子光辐射。
2、本专利技术提供的一种氮化物半导体激光器元件，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、上限制层，所述下波导层与下限制层之间具有自束缚激子极化激元层，述自束缚激子极化激元层包括第一自束缚激子极化激元层和第二自束缚激子极化激元层；所述自束缚激子极化激元层为gan、ingan、inn、alinn、algan、alingan、aln、ingan/gan超晶格、ingan/algan超晶格、ingan/alingan超晶格、ingan/alinn超晶格、gan/algan超晶格、gan/alingan超晶格、gan/aln超晶格、gaas、gap、inp、algaas、alingaas、algainp、ingaas、ingaasn、alinas、alinp、algap、ingap、gasb、insb、inas、inassb、algasb、alsb、ingasb、algaassb、ingaassb、sic、ga2o3、bn的任意一种或任意组合的任意一种或任意组合。
3、优选地，所述第一自束缚激子极化激元层的热膨胀系数分布具有函数y＝a+b*ex/x2曲线分布；所述第二自束缚激子极化激元层的热膨胀系数分布具有函数y＝c+d*x2+e*sinx曲线分布；下限制层的热膨胀系数≥第一自束缚激子极化激元层的热膨胀系数≥第二自束缚激子极化激元层的热膨胀系数≥下波导层的热膨胀系数。
4、优选地，所述第一自束缚激子极化激元层的介电常数分布具有函数y＝f+g*x-a(a＞1奇数)曲线分布；所述第二自束缚激子极化激元层的介电常数分布具有倒v型曲线分布；下限制层的介电常数≤第一自束缚激子极化激元层的介电常数≤第二自束缚激子极化激元层的介电常数≤下波导层的介电常数。
5、所述第一自束缚激子极化激元层的禁带宽度分布具有函数y＝h+j*ax(a＞1)曲线分布；所述第二自束缚激子极化激元层的禁带宽度分布具有v型曲线分布；下限制层的禁带宽度≥第一自束缚激子极化激元层的禁带宽度≥第二自束缚激子极化激元层的禁带宽度≥下波导层的禁带宽度。
6、所述第一自束缚激子极化激元层的电子亲和能分布具有函数y＝k+l*ax(a＞1)曲线分布；所述第二自束缚激子极化激元层的电子亲和能分布具有v型曲线分布；下限制层的电子亲和能≤第一自束缚激子极化激元层的电子亲和能≤第二自束缚激子极化激元层的电子亲和能≤下波导层的电子亲和能。
7、所述第一自束缚激子极化激元层的热膨胀系数分布、介电常数分布、禁带宽度分布、电子亲和能分布具有如下关系：h≤c≤a≤k≤f。
8、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的任意一种或任意组合，厚度为10～80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的任意一种或任意组合，厚度为10～120埃米。
9、优选地，所述下限制层、下波导层、上波导层、上限制层为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本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种氮化物半导体激光器元件，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)、上限制层(105)，其特征在于，所述下波导层(102)与下限制层(101)之间具有自束缚激子极化激元层(106)，述自束缚激子极化激元层(106)包括第一自束缚激子极化激元层(106a)和第二自束缚激子极化激元层(106b)；所述自束缚激子极化激元层(106)为GaN、InGaN、InN、AlInN、AlGaN、AlInGaN、AlN、InGaN/GaN超晶格、InGaN/AlGaN超晶格、InGaN/AlInGaN超晶格、InGaN/AlInN超晶格、GaN/AlGaN超晶格、GaN/AlInGaN超晶格、GaN/AlN超晶格、GaAs、GaP、InP、AlGaAs、AlInGaAs、AlGaInP、InGaAs、InGaAsN、AlInAs、AlInP、AlGaP、InGaP、GaSb、InSb、InAs、InAsSb、AlGaSb、AlSb、InGaSb、AlGaAsSb、InGaAsSb、SiC、Ga2O3、BN的任意一种或任意组合
2.根据权利要求1所述的一种氮化物半导体激光器元件，其特征在于，所述第一自束缚激子极化激元层(106a)的热膨胀系数分布具有函数y＝A+B*ex/x2曲线分布；所述第二自束缚激子极化激元层(106b)的热膨胀系数分布具有函数y＝C+D*x2+E*sinx曲线分布；下限制层(101)的热膨胀系数≥第一自束缚激子极化激元层(106a)的热膨胀系数≥第二自束缚激子极化激元层(106b)的热膨胀系数≥下波导层(102)的热膨胀系数。
3.根据权利要求1所述的一种氮化物半导体激光器元件，其特征在于，所述第一自束缚激子极化激元层(106a)的介电常数分布具有函数y＝F+G*x-a(a＞1奇数)曲线分布；所述第二自束缚激子极化激元层(106b)的介电常数分布具有倒V型曲线分布；下限制层(101)的介电常数≤第一自束缚激子极化激元层(106a)的介电常数≤第二自束缚激子极化激元层(106b)的介电常数≤下波导层(102)的介电常数。
4.根据权利要求1所述的一种氮化物半导体激光器元件，其特征在于，所述第一自束缚激子极化激元层(106a)的禁带宽度分布具有函数y＝H+J*ax(a＞1)曲线分布；所述第二自束缚激子极化激元层(106b)的禁带宽度分布具有V型曲线分布；下限制层(101)的禁带宽度≥第一自束缚激子极化激元层(106a)的禁带宽度≥第二自束缚激子极化激元层(106b)的禁带宽度≥下波导层(102)的禁带宽度。
5.根据权利要求1所述的一种氮化物半导体激光器元件，其特征在于，所述第一自束缚激子极化激元层(106a)的电子亲和能分布具有函数y＝K+L*ax(a＞1)曲线分布；所述第二自束缚激子极化激元层(106b)的电子亲和能分布具有V型曲线分布；下限制层(101)的电子亲和能≤第一自束缚激子极化激元层(106a)的电子亲和能≤第二自束缚激子极化激元层(106b)的电子亲和能≤下波导层(102)的电子亲和能。
6.根据权利要求2-5所述的一种氮化物半导体激光器元件，其特征在于，所述第一自束缚激子极化激元层(106a)的热膨胀系数分布、介电常数分布、禁带宽度分布、电子亲和能分布具有如下关系：H≤C≤A≤K≤F。
7.根据权利要求1所述的一种氮化物半导体激光器元件，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的任意一种或任意组合，厚度为10～80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的任意一种或任意组合，厚度为10～120埃米。
8.根据权利要求1所述的一种氮化物半导体激光器元件，其特征在于，所述下限制层(10...
【技术特征摘要】
1.一种氮化物半导体激光器元件，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)、上限制层(105)，其特征在于，所述下波导层(102)与下限制层(101)之间具有自束缚激子极化激元层(106)，述自束缚激子极化激元层(106)包括第一自束缚激子极化激元层(106a)和第二自束缚激子极化激元层(106b)；所述自束缚激子极化激元层(106)为gan、ingan、inn、alinn、algan、alingan、aln、ingan/gan超晶格、ingan/algan超晶格、ingan/alingan超晶格、ingan/alinn超晶格、gan/algan超晶格、gan/alingan超晶格、gan/aln超晶格、gaas、gap、inp、algaas、alingaas、algainp、ingaas、ingaasn、alinas、alinp、algap、ingap、gasb、insb、inas、inassb、algasb、alsb、ingasb、algaassb、ingaassb、sic、ga2o3、bn的任意一种或任意组合的任意一种或任意组合。
2.根据权利要求1所述的一种氮化物半导体激光器元件，其特征在于，所述第一自束缚激子极化激元层(106a)的热膨胀系数分布具有函数y＝a+b*ex/x2曲线分布；所述第二自束缚激子极化激元层(106b)的热膨胀系数分布具有函数y＝c+d*x2+e*sinx曲线分布；下限制层(101)的热膨胀系数≥第一自束缚激子极化激元层(106a)的热膨胀系数≥第二自束缚激子极化激元层(106b)的热膨胀系数≥下波导层(102)的热膨胀系数。
3.根据权利要求1所述的一种氮化物半导体激光器元件，其特征在于，所述第一自束缚激子极化激元层(106a)的介电常数分布具有函数y＝f+g*x-a(a＞1奇数)曲线分布；所述第二自束缚激子极化激元层(106b)的介电常数分布具有倒v型曲线分布；下限制层(101)的介电常数≤第一自束缚激子极化激元层(106a)的介电常数≤第二自束缚激子极化激元层(106b)的介电常数≤下波导层(102)的介电常数。
4.根据权利要求1所述的一种氮化物半导体激光器元件，其特征在于，所述第一自束缚激子极化激元层(106a)的禁带宽度分布具有函数y＝h+j*ax(a＞1)曲线分布；所述第二自束缚激子极化激元层(106b)的禁带宽度分布具有v型曲线分布；下限制层(101)的禁带宽度≥第一自束缚激子极化激元层(106a)的禁带宽度≥第二自束缚激子极化激元层(106b)的禁带宽度≥下波导层(102)的禁带宽度。
5.根据权利要求1所述的一种氮化物半导体激光器元件，其特征在于，所述第一自束缚激子极化激元层(106a)的电子亲和能分布具有函数y＝k+l*...
【专利技术属性】
技术研发人员：寻飞林，郑锦坚，蓝家彬，刘紫涵，蔡鑫，张会康，邓和清，李水清，
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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