[发明专利]一种半导体激光器

说明书

本发明涉及半导体光电器件的技术领域，特别是涉及一种半导体激光器，具有限制因子增强结构；上波导层从上到下至少具有2层In组分梯度层In_xGa_1‑xN/In_yGa_1‑yN，下波导层从上到下至少具有2层In组分梯度层In_zGa_1‑zN/In_aGa_1‑aN，有源层为In_bGa_1‑bN/In_cAl_dGa_1‑c‑dN，上波导层、下波导层和有源层的In组分形成In组分梯度：a＜x＜y≤z＜b；改善有源区的载流子分布反转，使有源区的受激辐射在上波导层和下波导层多次反馈形成震荡；In组分梯度还提升有源层的激子结合能和振子强度，提升有源层载流子的限制效应，降低上波导层和下波导层的折射率色散。

技术领域

本发明涉及半导体光电器件的技术领域，特别是涉及一种半导体激光器。

背景技术

激光器件广泛应用于显示、通讯、医疗、武器、制导、测距、切割、焊接等领域。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，半导体激光器具有体积小、重量轻、寿命长、结构简单等优点。激光器与氮化物半导体发光二极管存在较大的区别，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；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，产生光子与感应光子的全同相干光；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。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)内部缺陷密度高、晶体质量不理想；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；4)电子泄漏；5)空穴注入效率低；6)载流子去局域化；7)俄歇复合强；8)光波导吸收损耗高；9)量子阱发光效率低；10)p型电阻及欧姆接触差等；传统氮化物半导体激光器制作存在以下难点：1)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；2)量子阱In组分增加，热稳定性变差；3)In容易产生偏析；4)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；5)激光器的折射率色散，限制因子随波长增加而减少，导致激光器的模式增益降低；6)激光器激射后，多量子阱有源区载流子浓度饱和，双极性电导效应减弱，激光器的串联电阻增加，导致激光器电压上升；7)高位错密度会降低激光器的寿命；8)固有碳杂质在p型半导体中会补偿受主、破坏p型等。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种半导体激光器，具有限制因子增强结构，改善有源区的载流子分布反转，使有源区的受激辐射在上波导层和下波导层多次反馈形成震荡；In组分梯度还提升有源层的激子结合能和振子强度，提升有源层载流子的限制效应，降低上波导层和下波导层的折射率色散。

为实现上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：