[发明专利]一种具有热电优值控制层的半导体激光器

说明书

本发明提出了一种具有热电优值控制层的半导体激光器，包括从下至上依次设置的衬底、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，所述衬底和下限制层之间设置有热电优值控制层；所述热电优值控制层的Si掺杂浓度大于所述衬底和下限制层的Si掺杂浓度，所述热电优值控制层的C杂质浓度小于所述下限制层的C杂质浓度，所述热电优值控制层的H杂质浓度小于或等于所述下限制层的H杂质浓度。本发明提升激光器系统的模式增益、功率因子和斜率效率，斜率效率提升125％，光功率提升37％，限制因子提升50％。

技术领域

本申请涉及半导体光电器件领域，尤其涉及一种具有热电优值控制层的半导体激光器。

背景技术

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。

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，量子阱发光效率低；

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；

4)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。

发明内容

为解决上述技术问题之一，本发明提供了一种具有热电优值控制层的半导体激光器。

本发明实施例提供了一种具有热电优值控制层的半导体激光器，包括从下至上依次设置的衬底、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，所述衬底和下限制层之间设置有热电优值控制层；

所述热电优值控制层的Si掺杂浓度大于所述衬底和下限制层的Si掺杂浓度，所述热电优值控制层的C杂质浓度小于所述下限制层的C杂质浓度，所述热电优值控制层的H杂质浓度小于或等于所述下限制层的H杂质浓度。

优选地，所述热电优值控制层中，Si掺杂浓度≥H杂质浓度≥C杂质浓度。

优选地，所述热电优值控制层的Si掺杂浓度大于1E19cm^-3。

优选地，所述热电优值控制层的C杂质浓度为1E15cm^-3至1E17cm^-3。