[發明專利]一種具有雙激子量子限域層的半導體激光器

在審

• 申請號: 202310640455.9
• 申請日: 2023-06-01
• 公開（公告）號: CN116526297A
• 公開（公告）日: 2023-08-01
• 發明（設計）人: 李水清;王星河;張江勇;陳婉君;蔡鑫;請求不公布姓名
• 申請（專利權）人: 安徽格恩半導體有限公司
• 主分類號: H01S5/34
• 分類號: H01S5/34;H01S5/343
• 代理公司: 北京文慧專利代理事務所(特殊普通合伙) 11955
• 代理人: 戴麗偉

本發明提出了一種具有雙激子量子限域層的半導體激光器，包括從下至上依次設置的襯底、下限制層、下波導層、有源層、上波導層、電子阻擋層和上限制層，所述下波導層、有源層和上波導層組成雙激子量子限域層，有源層的阱層的厚度大于所述壘層的厚度，雙激子量子限域層的Si摻雜濃度和In含量均在所述有源層達到峰值。本發明能夠降低有源層In偏析，改善In組分漲落，降低激光器價帶帶接，增強空穴注入和空穴輸運效率，使有源層的電子波函數振幅小于波爾激子半徑，限低折射率色散，產生量子限域效應和雙激子光學增益，增強量子態分裂以及抑制俄歇衰減，增強雙激子發射效率，從而降低激光器的閾值，延長激光器的增益壽命，提升激光功率。

技術領域

本申請涉及半導體光電器件領域，尤其涉及一種具有雙激子量子限域層的半導體激光器。

背景技術

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。

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，電子空穴躍遷到量子阱或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。

氮化物半導體激光器存在以下問題：

1)內部晶格失配大、應變大引起極化效應強，QCSE量子限制Stark效應強限制激光器電激射增益的提高；

2)電子泄漏，空穴注入效率低，載流子去局域化，量子阱發光效率低；

3)量子阱In組分增加會產生In組分漲落和應變，In容易產生偏析，激光器增益譜變寬，峰值增益下降；

4)激光器價帶帶階差增加，空穴在量子阱中輸運更困難，載流子注入不均勻，增益不均勻；

5)激光器的折射率色散，限制因子隨波長增加而減少，導致激光器的模式增益降低。

發明內容

為解決上述技術問題之一，本發明提供了一種具有雙激子量子限域層的半導體激光器。

本發明實施例提供了一種具有雙激子量子限域層的半導體激光器，包括從下至上依次設置的襯底、下限制層、下波導層、有源層、上波導層、電子阻擋層和上限制層，所述下波導層、有源層和上波導層組成雙激子量子限域層，所述雙激子量子限域層的有源層為由阱層和壘層組成的周期性結構，且所述阱層的厚度大于所述壘層的厚度，所述雙激子量子限域層的Si摻雜濃度和In含量均在所述有源層達到峰值。

優選地，所述雙激子量子限域層的有源層的阱層厚度大于或等于壘層厚度的2倍。

優選地，所述雙激子量子限域層的有源層的阱層厚度為a:40≤a≤80埃米，壘層厚度為b:10≤b≤40埃米。