【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及半導體光電器件，尤其涉及一種具有低快軸發散角下波導層的氮化鎵半導體激光器元件。
技術介紹
1、激光器廣泛應用于激光顯示、激光電視、激光投影儀、通訊、醫療、武器、制導、測距、光譜分析、切割、精密焊接、高密度光存儲等領域。激光器的各類很多，分類方式也多樣，主要有固體、氣體、液體、半導體和染料等類型激光器；與其他類型激光器相比，全固態半導體紫外激光器具有體積小、效率高、重量輕、穩定性好、壽命長、結構簡單緊湊、小型化等優點。
2、激光器與氮化物半導體發光二極管存在較大的區別，1)激光是由載流子發生受激輻射產生，光譜半高寬較小，亮度很高，單顆激光器輸出功率可在w級，而氮化物半導體發光二極管則是自發輻射，單顆發光二極管的輸出功率在mw級；2)激光器的使用電流密度達ka/cm2，比氮化物發光二極管高2個數量級以上，從而引起更強的電子泄漏、更嚴重的俄歇復合、極化效應更強、電子空穴不匹配更嚴重，導致更嚴重的效率衰減droop效應；3)發光二極管自發躍遷輻射，無外界作用，從高能級躍遷到低能級的非相干光，而激光器為受激躍遷輻射，感應光子能量應等于電子躍遷的能級之差，產生光子與感應光子的全同相干光；4)原理不同：發光二極管為在外界電壓作用下，電子空穴躍遷到有源層或p-n結產生輻射復合發光，而激光器需要激射條件滿足才可激射，必須滿足有源區載流子反轉分布，受激輻射光在諧振腔內來回振蕩，在增益介質中的傳播使光放大，滿足閾值條件使增益大于損耗，并最終輸出激光。
3、氮化物半導體紫外激光器存在以下問題：激光器發射穩定激光飽和
技術實現思路
1、本專利技術提出一種具有低快軸發散角下波導層的氮化鎵半導體激光器元件，下波導層的空穴遷移率和電子遷移率變化角度和變化曲線，調控有源層和下波導層在激光激射后的空穴和電子的準費米能級釘扎程度，減少有源層及下波導層的遠離平衡態的對稱性破缺在閾值處出現的突變幾率，抑制iv曲線kink問題和快軸發散角上跳問題。
2、本專利技術提供的一種具有低快軸發散角下波導層的氮化鎵半導體激光器元件，從下至上依次包括襯底、下包覆層、下波導層，有源層、上波導層、電子阻擋層、上包覆層和接觸層，所述下波導層為低快軸發散角下波導層；所述低快軸發散角下波導層包括第一低快軸發散角下波導層和第二低快軸發散角下波導層；所述低快軸發散角下波導層為ingan、gan、inn、alingan、alinn、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超晶格的任意一種或任意組合，厚度為5～1000nm。
3、優選地，所述第一低快軸發散角下波導層的空穴遷移率的峰值位置往下包覆層方向的下降角度為α，所述第一低快軸發散角下波導層的電子遷移率的峰值位置往下包覆層方向的下降角度為β，所述第一低快軸發散角下波導層的共價鍵能的谷值位置往下包覆層方向的上升角度為γ，所述第一低快軸發散角下波導層的輕空穴有效質量的谷值位置往下包覆層方向的上升角度為θ，其中：45°≤γ≤θ≤α≤β≤90°；
4、優選地，所述第二低快軸發散角下波導層的空穴遷移率的峰值位置往下包覆層方向的下降角度為δ，所述第二低快軸發散角下波導層的電子遷移率的峰值位置往下包覆層方向的下降角度為σ，所述第二低快軸發散角下波導層的共價鍵能的谷值位置往下包覆層方向的上升角度為φ，所述第二低快軸發散角下波導層的輕空穴有效質量的谷值位置往下包覆層方向的上升角度為ψ，其中：50°≤ψ≤φ≤σ≤δ≤90°；
5、優選地，所述第二低快軸發散角下波導層的空穴遷移率的谷值位置往有源層方向的上升角度為ω，所述第二低快軸發散角下波導層的電子遷移率的谷值位置往有源層方向的上升角度為ε，所述第二低快軸發散角下波導層的共價鍵能的峰值位置往有源層方向的下降角度為η，所述第二低快軸發散角下波導層的輕空穴有效質量的峰值位置往有源層方向的下降角度為κ，其中：55°≤κ≤η≤ε≤ω≤90°。
6、優選地，所述第一低快軸發散角下波導層的空穴遷移率、電子遷移率的峰值位置往下包覆層方向的下降角度，所述第一低快軸發散角下波導層的共價鍵能、輕空穴有效質量的谷值位置往下包覆層方向的上升角度，所述第二低快軸發散角下波導層的空穴遷移率、電子遷移率的峰值位置往下包覆層方向的下降角度，所述第二低快軸發散角下波導層的共價鍵能、輕空穴有效質量的谷值位置往下包覆層方向的上升角度，所述第二低快軸發散角下波導層的空穴遷移率、電子遷移率的谷值位置往有源層方向的上升角度，所述第二低快軸發散角下波導層的共價鍵能、輕空穴有效質量的峰值位置往有源層方向的下降角度具有如下關系：45°≤γ≤ψ≤φ≤κ≤η≤θ≤α≤σ≤ε≤δ≤ω≤β≤90°。
7、優選地，所述第一低快軸發散角下波導層與下包覆層界面的空穴遷移率分布具有函數y＝d+e*sinx/x2第一象限曲線分布；所述第一低快軸發散角下波導層與下包覆層界面的電子遷移率分布具有函數y＝f+g*x-a(a＞1的奇數)第一象限曲線分布；所述第一低快軸發散角下波導層與下包覆層界面的共價鍵能分布具有函數y＝h+j*lnx+x曲線分布；所述第一低快軸發散角下波導層與下包覆層界面的輕空穴有效質量分布具有函數y＝k+l*lnx+ex曲線分布；其中：k≤h≤d≤f。
8、優選地，所述第二低快軸發散角下波導層與第一低快軸發散角下波導層的空穴遷移率分布具有函數y＝m+q*ex/lnx第四象限曲線分布；所述第二低快軸發散角下波導層與第一低快軸發散角下波導層的電子遷移率分布具有函數y＝n+r*x/lnx第四象限曲線分布；所述第二低快軸發散角下波導層與第一低快軸發散角下波導層的共價鍵能分布具有函數y＝p+x+s*lnx曲線分布；所述第二低快軸發散角下波導層與第一低快軸發散角下波導層的輕空穴有效質量分布具有函數y＝t+u*exlnx曲線分布；其中，t≤p≤m≤n。
9、優選地，所述上波導層為ingan、gan、inn、alingan、alinn、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超晶格的任意一種或任意組合，厚度為5～1000nm。
10、優選地，所述有源層的阱層為gan、ingan、inn、alinn、algan、alingan、aln、gaas、gap、inp、algaas、alingaas、algainp、ingaas、ingaas本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種具有低快軸發散角下波導層的氮化鎵半導體激光器元件，從下至上依次包括襯底(100)、下包覆層(101)、下波導層(102)，有源層(103)、上波導層(104)、電子阻擋層(105)、上包覆層(106)和接觸層(107)，其特征在于，所述下波導層(102)為低快軸發散角下波導層；所述低快軸發散角下波導層包括第一低快軸發散角下波導層(102a)和第二低快軸發散角下波導層(102b)；所述低快軸發散角下波導層為InGaN、GaN、InN、AlInGaN、AlInN、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超晶格的任意一種或任意組合，厚度為5～1000nm。
2.根據權利要求1所述的一種具有低快軸發散角下波導層的氮化鎵半導體激光器元件，其特征在于，所述第一低快軸發散角下波導層(102a)的空穴遷移率的峰值位置往下包覆層(101)方向的下降角度為α，所述第一低快軸發散角下波導層(102a)的電子遷移率的峰值位置往下
3.根據權利要求2所述的一種具有低快軸發散角下波導層的氮化鎵半導體激光器元件，其特征在于，所述第一低快軸發散角下波導層(102a)的空穴遷移率、電子遷移率的峰值位置往下包覆層(101)方向的下降角度，所述第一低快軸發散角下波導層(102a)的共價鍵能、輕空穴有效質量的谷值位置往下包覆層(101)方向的上升角度，所述第二低快軸發散角下波導層(102b)的空穴遷移率、電子遷移率的峰值位置往下包覆層(101)方向的下降角度，所述第二低快軸發散角下波導層(102b)的共價鍵能、輕空穴有效質量的谷值位置往下包覆層(101)方向的上升角度，所述第二低快軸發散角下波導層(102b)的空穴遷移率、電子遷移率的谷值位置往有源層(103)方向的上升角度，所述第二低快軸發散角下波導層(102b)的共價鍵能、輕空穴有效質量的峰值位置往有源層(103)方向的下降角度具有如下關系：45°≤γ≤ψ≤φ≤κ≤η≤θ≤α≤σ≤ε≤δ≤ω≤β≤90°。
4.根據權利要求1所述的一種具有低快軸發散角下波導層的氮化鎵半導體激光器元件，其特征在于，所述第一低快軸發散角下波導層(102a)與下包覆層(101)界面的空穴遷移率分布具有函數y＝D+E*sinx/x2第一象限曲線分布；所述第一低快軸發散角下波導層(102a)與下包覆層(101)界面的電子遷移率分布具有函數y＝F+G*x-A(A＞1的奇數)第一象限曲線分布；所述第一低快軸發散角下波導層(102a)與下包覆層(101)界面的共價鍵能分布具有函數y＝H+J*lnx+x曲線分布；所述第一低快軸發散角下波導層(102a)與下包覆層(101)界面的輕空穴有效質量分布具有函數y＝K+L*lnx+ex曲線分布；其中：K≤H≤D≤F。
5.根據權利要求1所述的一種具有低快軸發散角下波導層的氮化鎵半導體激光器元件，其特征在于，所述第二低快軸發散角下波導層(102b)與第一低快軸發散角下波導層(102a)的空穴遷移率分布具有函數y＝M+Q*ex/lnx第四象限曲線分布；所述第二低快軸發散角下波導層(102b)與第一低快軸發散角下波導層(102a)的電子遷移率分布具有函數y＝N+R*x/lnx第四象限曲線分布；所述第二低快軸發散角下波導層(102b)與第一低快軸發散角下波導層(102a)的共價鍵能分布具有函數y＝P+x+S*lnx曲線分布；所述第二低快軸發散角下波導層(102b)與第一低快軸發散角下波導層(102a)的輕空穴有效質量分布具有函數y＝T+U*exlnx曲線分布；其中，T≤P≤M≤N。
6.根據權利要求1所述的一種具有低快軸發散角下波導層的氮化鎵半導體激光器元件，其特征在于，所述上波導層(104)為InGaN、GaN、InN、AlInGaN、AlInN、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超晶格的任意一種或任意組合，厚度為5～1000nm。
7.根據權利要求1所述的一種具有低快軸發散角下波導層的氮化鎵半導體激光器元件，其特征在于，所述有源層(10...
【技術特征摘要】
1.一種具有低快軸發散角下波導層的氮化鎵半導體激光器元件，從下至上依次包括襯底(100)、下包覆層(101)、下波導層(102)，有源層(103)、上波導層(104)、電子阻擋層(105)、上包覆層(106)和接觸層(107)，其特征在于，所述下波導層(102)為低快軸發散角下波導層；所述低快軸發散角下波導層包括第一低快軸發散角下波導層(102a)和第二低快軸發散角下波導層(102b)；所述低快軸發散角下波導層為ingan、gan、inn、alingan、alinn、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超晶格的任意一種或任意組合，厚度為5～1000nm。
2.根據權利要求1所述的一種具有低快軸發散角下波導層的氮化鎵半導體激光器元件，其特征在于，所述第一低快軸發散角下波導層(102a)的空穴遷移率的峰值位置往下包覆層(101)方向的下降角度為α，所述第一低快軸發散角下波導層(102a)的電子遷移率的峰值位置往下包覆層(101)方向的下降角度為β，所述第一低快軸發散角下波導層(102a)的共價鍵能的谷值位置往下包覆層(101)方向的上升角度為γ，所述第一低快軸發散角下波導層(102a)的輕空穴有效質量的谷值位置往下包覆層(101)方向的上升角度為θ，其中：45°≤γ≤θ≤α≤β≤90°；
3.根據權利要求2所述的一種具有低快軸發散角下波導層的氮化鎵半導體激光器元件，其特征在于，所述第一低快軸發散角下波導層(102a)的空穴遷移率、電子遷移率的峰值位置往下包覆層(101)方向的下降角度，所述第一低快軸發散角下波導層(102a)的共價鍵能、輕空穴有效質量的谷值位置往下包覆層(101)方向的上升角度，所述第二低快軸發散角下波導層(102b)的空穴遷移率、電子遷移率的峰值位置往下包覆層(101)方向的下降角度，所述第二低快軸發散角下波導層(102b)的共價鍵能、輕空穴有效質量的谷值位置往下包覆層(101)方向的上升角度，所述第二低快軸發散角下波導層(102b)的空穴遷移率、電子遷移率的谷值位置往有源層(103)方向的上升角度，所述第二低快軸發散角下波導層(102b)的共價鍵能、輕空穴有效質量的峰值位置往有源層(103)方向的下降角度具有如下關系：45°≤γ≤ψ≤φ≤κ≤η≤θ≤α≤σ≤ε≤δ≤ω≤β≤90°。
4.根據權利要求1所述的一種具有低快軸發散角下波導層的氮化鎵半導體激光器元件，其特征在于，所述第一低快軸發散角下波導層(102a)與下包覆層(101)界面的空穴遷移率分布具有函數y＝d+e*sinx/x2第一象限曲線分布；所述第一低快軸發散角下波導層(102a)與下包覆層(101)界面的電子遷移率分布具有函數y＝f+g*x-a(a＞1的奇數)第一象限曲線分布；所述第一低快軸發散角下波導層(102a)與下包覆層(101)界面的共價鍵能分布具有函數y＝h+j*lnx+x曲線分布；所述第一低快軸發散角下波導層(102a)與下包覆層(101)界面的輕空穴有效質量分布具有函數y＝k+l*lnx+ex曲線分布；其中：k≤h≤d≤f。
5.根據權利要求1所述的一種具有低快軸發散角下波導層的氮化鎵半導體激光器元件，其特征在于，所述第二低快軸發散角下波導層(102b)與第一低快軸發散角下波導層(102a)的空穴遷移率分布具有函數y＝m+...
【專利技術屬性】
技術研發人員：鄭錦堅，鄧和清，尋飛林，藍家彬，李曉琴，蔡鑫，黃軍，張會康，李水清，
申請(專利權)人：安徽格恩半導體有限公司，
類型：發明
國別省市：
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