【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及半導體光電器件，尤其涉及一種具有限制因子增強層的gan基半導體激光器。
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、氮化物半導體激光器存在以下問題：激光器的折射率色散，高濃度載流子濃度起
技術實現思路
1、本專利技術提出一種具有限制因子增強層的gan基半導體激光器，設計第一限制因子增強層和第二限制因子增強層的折射率系數、電子遷移率、擊穿場強、電子親和能的變化角度和變化曲線，調控有效折射率差實現高扭結水平，實現低縱橫比的遠圖ffp圖像，降低水平發散角，減少雜散光和泄漏光，減少局部干擾的遠場ffp圖像，提升光學限制效應和光束質量因子。
2、本專利技術提供的一種具有限制因子增強層的gan基半導體激光器，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，所述電子阻擋層與上包覆層之間具有限制因子增強層，所述限制因子增強層包括第一限制因子增強層和第二限制因子增強層；所述限制因子增強層為algan、ingan、gan、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，所述第一限制因子增強層的折射率系數的谷值位置往上包覆層方向的上升角度為α，所述第二限制因子增強層的折射率系數的峰值位置往有源層方向的下降角度為β，所述第二限制因子增強層的折射率系數的峰值位置往上包覆層方向的下降角度為γ，其中：45°≤γ≤β≤α≤90°；
4、所述第一限制因子增強層的電子遷移率的谷值位置往上包覆層方向的上升角度為θ，所述第二限制因子增強層的電子遷移率的峰值位置往有源層方向的下降角度為δ，所述第二限制因子增強層的電子遷移率的峰值位置往上包覆層方向的下降角度為σ，其中：70°≤σ≤δ≤θ≤90°；
5、所述第一限制因子增強層的擊穿場強的谷值位置往上包覆層方向的上升角度為φ，所述第二限制因子增強層的擊穿場強的峰值位置往有源層方向的下降角度為ψ，所述第二限制因子增強層的擊穿場強的峰值位置往上包覆層方向的下降角度為μ，其中：60°≤μ≤ψ≤φ≤90°；
6、所述第一限制因子增強層的電子親和能的谷值位置往上包覆層方向的上升角度為υ，所述第二限制因子增強層的電子親和能的峰值位置往有源層方向的下降角度為ρ，所述第二限制因子增強層的電子親和能的峰值位置往上包覆層方向的下降角度為ω，其中：65°≤ω≤ρ≤υ≤90°。
7、優選地，所述第一限制因子增強層的菲利浦電離度的谷值位置往上包覆層方向的上升角度為ε，所述第二限制因子增強層的菲利浦電離度的峰值位置往有源層方向的下降角度為η，所述第二限制因子增強層的菲利浦電離度的峰值位置往上包覆層方向的下降角度為κ，其中：48°≤κ≤η≤ε≤90°；
8、所述第一限制因子增強層的自發極化系數的谷值位置往上包覆層方向的上升角度為ζ，所述第二限制因子增強層的自發極化系數的峰值位置往有源層方向的下降角度為χ，所述第二限制因子增強層的自發極化系數的峰值位置往上包覆層方向的下降角度為ν，其中：55°≤ν≤χ≤ζ≤90°；
9、所述第一限制因子增強層的壓電極化系數的峰值位置往上包覆層方向的下降角度為τ，所述第二限制因子增強層的壓電極化系數的谷值位置往有源層方向的上升角度為λ，所述第二限制因子增強層的壓電極化系數的谷值位置往上包覆層方向的上升角度為ξ，其中：50°≤ξ≤λ≤τ≤90°。
10、優選地，所述第一限制因子增強層的折射率系數、電子遷移率、擊穿場強、電子親和能、菲利浦電離度、自發極化系數的谷值位置往上包覆層方向的上升角度，所述第二限制因子增強層的折射率系數、電子遷移率、擊穿場強、電子親和能、菲利浦電離度、自發極化系數的峰值位置往有源層方向的下降角度，所述第二限制因子增強層的折射率系數、電子遷移率、擊穿場強、電子親和能、菲利浦電離度、自發極化系數的峰值位置往上包覆層方向的下降角度，所述第一限制因子增強層的壓電極化系數的峰值位置往上包覆層方向的下降角度，所述第二限制因子增強層的壓電極化系數的谷值位置往有源層方向的上升角度，所述第二限制因子增強層的壓電極化系數的谷值位置往上包覆層方向的上升角度具有如下關系：45°≤γ≤β≤α≤κ≤η≤ε≤ξ≤λ≤τ≤ν≤χ≤ζ≤μ≤ψ≤φ≤ω≤ρ≤υ≤σ≤δ≤θ≤90°。
11、優選地，所述第一限制因子增強層的折射率系數具有函數y＝x-a(a＞1奇數)第一象限曲線分布；所述第一限制因子增強層的電子遷移率具有函數y＝x-b(b＞1奇數)第一象限曲線分布；所述第一限制因子增強層的擊穿場強具有函數y＝x-c(c＞1奇數)第一象限曲線分布；所述第一限制因子增強層的電子親和能具有函數y＝x-d(d＞1奇數)第一象限曲線分布；所述第一限制因子增強層的菲利浦電離度具有函數y＝x-e(e＞1奇數)第一象限曲線分布；所述第一限制因子增強層的自發極化系數具有函數y＝x-f(f＞1奇數)第一象限曲線分布；其中：1＜b≤d≤c≤f≤e≤a；所述第一限制因子增強層的壓電極化系數具有函數y＝lnx/ex曲線分布。
12、優選地，所述第二限制因子增強層的折射率系數具有函數y＝gx2+hx+i(g＜0)曲線分布；所述第二限制因子增強層的電子遷移率本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種具有限制因子增強層的GaN基半導體激光器，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)，其特征在于，所述電子阻擋層(105)與上包覆層(106)之間具有限制因子增強層(107)，所述限制因子增強層(107)包括第一限制因子增強層和第二限制因子增強層；所述限制因子增強層(107)為AlGaN、InGaN、GaN、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所述的一種具有限制因子增強層的GaN基半導體激光器，其特征在于，所述第一限制因子增強層的折射率系數的谷值位置往上包覆層(106)方向的上升角度為α，所述第二限制因子增強層的折射率系數的峰值位置往有源層(103)方向的下降角度為β，所述第二限制因子增強層的折射
3.根據權利要求1所述的一種具有限制因子增強層的GaN基半導體激光器，其特征在于，所述第一限制因子增強層的菲利浦電離度的谷值位置往上包覆層(106)方向的上升角度為ε，所述第二限制因子增強層的菲利浦電離度的峰值位置往有源層(103)方向的下降角度為η，所述第二限制因子增強層的菲利浦電離度的峰值位置往上包覆層(106)方向的下降角度為κ，其中：48°≤κ≤η≤ε≤90°；
4.根據權利要求2-3任一項所述的一種具有限制因子增強層的GaN基半導體激光器，其特征在于，所述第一限制因子增強層的折射率系數、電子遷移率、擊穿場強、電子親和能、菲利浦電離度、自發極化系數的谷值位置往上包覆層(106)方向的上升角度，所述第二限制因子增強層的折射率系數、電子遷移率、擊穿場強、電子親和能、菲利浦電離度、自發極化系數的峰值位置往有源層(103)方向的下降角度，所述第二限制因子增強層的折射率系數、電子遷移率、擊穿場強、電子親和能、菲利浦電離度、自發極化系數的峰值位置往上包覆層(106)方向的下降角度，所述第一限制因子增強層的壓電極化系數的峰值位置往上包覆層(106)方向的下降角度，所述第二限制因子增強層的壓電極化系數的谷值位置往有源層(103)方向的上升角度，所述第二限制因子增強層的壓電極化系數的谷值位置往上包覆層方向的上升角度具有如下關系：45°≤γ≤β≤α≤κ≤η≤ε≤ξ≤λ≤τ≤ν≤χ≤ζ≤μ≤ψ≤φ≤ω≤ρ≤υ≤σ≤δ≤θ≤90°。
5.根據權利要求1所述的一種具有限制因子增強層的GaN基半導體激光器，其特征在于，所述第一限制因子增強層的折射率系數具有函數y＝x-A(A＞1奇數)第一象限曲線分布；所述第一限制因子增強層的電子遷移率具有函數y＝x-B(B＞1奇數)第一象限曲線分布；所述第一限制因子增強層的擊穿場強具有函數y＝x-C(C＞1奇數)第一象限曲線分布；所述第一限制因子增強層的電子親和能具有函數y＝x-D(D＞1奇數)第一象限曲線分布；所述第一限制因子增強層的菲利浦電離度具有函數y＝x-E(E＞1奇數)第一象限曲線分布；所述第一限制因子增強層的自發極化系數具有函數y＝x-F(F＞1奇數)第一象限曲線分布；其中：1＜B≤D≤C≤F≤E≤A；所述第一限制因子增強層的壓電極化系數具有函數y＝lnx/ex曲線分布。
6.根據權利要求1所述的一種具有限制因子增強層的GaN基半導體激光器，其特征在于，所述第二限制因子增強層的折射率系數具有函數y＝Gx2+Hx+I(G＜0)曲線分布；所述第二限制因子增強層的電子遷移率具有函數y＝Jx2+Kx+L(J＜0)曲線分布；所述第二限制因子增強層的擊穿場強具有函數y＝Mx2+Nx+O(M＜0)曲線分布；所述第二限制因子增強層的電子親和能具有函數y＝Px2+Qx+R(P＜0)曲線分布；所述第二限制因子增強層的菲利浦電離度具有函數y＝Sx2+Tx+U(S＜0)曲線分布；其中：G≤S≤M≤P≤J＜0；所述第二限制因子增強層的自發極化系數具有函數y＝x/sinx第四象限曲線分布；所述第二限制因子增強層的壓電極化系數具有函數y＝x2-sinx曲線分布。
7.根據權利要求1所述的一種具有限制因子增強層的GaN基半導體激光器，其特征在于，所述有源層(103)為阱層和壘層組成的周期結構，周期數為3≥m≥1，阱層為GaN、InGaN、InN、AlInN、AlGaN、AlInGaN、AlN、GaAs、...
【技術特征摘要】
1.一種具有限制因子增強層的gan基半導體激光器，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)，其特征在于，所述電子阻擋層(105)與上包覆層(106)之間具有限制因子增強層(107)，所述限制因子增強層(107)包括第一限制因子增強層和第二限制因子增強層；所述限制因子增強層(107)為algan、ingan、gan、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所述的一種具有限制因子增強層的gan基半導體激光器，其特征在于，所述第一限制因子增強層的折射率系數的谷值位置往上包覆層(106)方向的上升角度為α，所述第二限制因子增強層的折射率系數的峰值位置往有源層(103)方向的下降角度為β，所述第二限制因子增強層的折射率系數的峰值位置往上包覆層(106)方向的下降角度為γ，其中：45°≤γ≤β≤α≤90°；
3.根據權利要求1所述的一種具有限制因子增強層的gan基半導體激光器，其特征在于，所述第一限制因子增強層的菲利浦電離度的谷值位置往上包覆層(106)方向的上升角度為ε，所述第二限制因子增強層的菲利浦電離度的峰值位置往有源層(103)方向的下降角度為η，所述第二限制因子增強層的菲利浦電離度的峰值位置往上包覆層(106)方向的下降角度為κ，其中：48°≤κ≤η≤ε≤90°；
4.根據權利要求2-3任一項所述的一種具有限制因子增強層的gan基半導體激光器，其特征在于，所述第一限制因子增強層的折射率系數、電子遷移率、擊穿場強、電子親和能、菲利浦電離度、自發極化系數的谷值位置往上包覆層(106)方向的上升角度，所述第二限制因子增強層的折射率系數、電子遷移率、擊穿場強、電子親和能、菲利浦電離度、自發極化系數的峰值位置往有源層(103)方向的下降角度，所述第二限制因子增強層的折射率系數、電子遷移率、擊穿場強、電子親和能、菲利浦電離度、自發極化系數的峰值位置往上包覆層(106)方向的下降角度，所述第一限制因子增強層的壓電極化系數的峰值位置往上包覆層(106)方向的下降角度，所述第二限制因子增強層的壓電極化系數的谷值位置往有源層(103)方向的上升角度，所述第二限制因子增強層的壓電極化系數的谷值位置往上包覆層方向的上升角度具有如下關系：45°≤γ≤β≤α≤κ≤η≤ε≤ξ≤λ≤τ≤ν≤χ≤ζ≤μ≤ψ≤φ≤ω≤ρ≤υ≤σ≤δ≤θ≤90°。
5.根據權利要求1所述的一種具有限制因子增強層的gan基半導體激光器，其特征在于，所述第一限制因子增強層的折射率系數具有函數y＝x-a(a＞1奇數)第一象限曲線分布；所述第一限制因子增強層的電子遷移率具有函數y＝x-b(b＞1奇數)第一象限曲線分布；所述第一限制因子增強層的擊穿場強具有函數y＝x-c(c＞1奇數)第一象限曲線分布；所述第一限制因子增強層的電子親和能具有函數y＝x-d(d＞1奇數)第一象限曲線分布；所述第一限制因子增強層的菲利浦電離度具有函數y＝x-e(e＞1奇數)第一象限曲線分布；所述第一限制因子增強層的自發極化系數具有函數y＝x-f(f＞1奇數)第一象限曲線分布；其中：1＜b≤d≤c≤f≤e≤a；所述第一限制因子增強層的壓電極化系數具有函數y＝lnx/ex曲線分布。
6.根據權利要求1所述的一種具有限制因子增強層的gan基半導體激...
【專利技術屬性】
技術研發人員：鄭錦堅，鄧和清，尋飛林，陳婉君，蔡鑫，胡志勇，李曉琴，曹軍，張江勇，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：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。