[发明专利]一种设有俄歇辅助光发射层的半导体激光元件

说明书

本发明提供了一种设有俄歇辅助光发射层的半导体激光元件，涉及半导体光电器件技术领域，从下至上依次包括衬底、下限制层、下波层，有源层、上波导层、电子阻挡层、上限制层，有源层与上波导层之间和有源层与下波导层之间设有俄歇辅助光发射层；俄歇辅助光发射层在具有自旋交换俄歇式激发转移发射机制，自旋交换转移速率超过带内能量损失和带内冷却速度，降低泵浦光与振荡光之间光子能量差的斯托克斯频移损耗，提升泵浦能级到激光能级的耦合几率，辅助增强激光元件的受激辐射，降低激光元件的激发阈值，降低热损耗，降低激光元件的能量损失和废热量，改善温度分布不均匀问题，提升激光元件的激射功率、斜率效率和改善激光光束去极化。

技术领域

本发明涉及半导体光电器件技术领域，具体而言，涉及一种设有俄歇辅助光发射层的半导体激光元件。

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：泵浦光与振荡光之间的光子能量差形成的斯托克斯频移损耗转换为热量，以及泵浦能级到激光上能级的耦合率不为1的能量损失转换为热量而产生热损耗，两者共同产生大量废热，使激光器温度分布不均匀，引起热膨胀和热应力分布不均匀，产生温度淬灭、激光器断裂、热透镜效应和应力双折射效应；热透镜在空间中产生类似透镜现象，而应力双折射效应改变入射光的偏振状态，使激光光束去极化和失真。

发明内容

本发明的目的在于提供一种设有俄歇辅助光发射层的半导体激光元件，解决了现有技术中存在的的问题。

一种设有俄歇辅助光发射层的半导体激光元件，从下至上依次包括衬底、下限制层、下波层，有源层、上波导层、电子阻挡层、上限制层，有源层与上波导层之间和有源层与下波导层之间设有俄歇辅助光发射层。

作为本发明优选的技术方案，所述俄歇辅助光发射层在具有自旋交换俄歇式激发转移发射机制，自旋交换转移速率超过带内能量损失和带内冷却速度，降低泵浦光与振荡光之间光子能量差的斯托克斯频移损耗，提升泵浦能级到激光能级的耦合几率，辅助增强激光元件的受激辐射，降低激光元件的激发阈值，降低激光元件的能量损失和废热量，改善温度分布不均匀问题，降低热损耗，缓解热膨胀和热应力分布不均匀，改善温度淬灭、激光元件断裂、热透镜效应和应力双折射效应，提升激光元件的激射功率、斜率效率和改善激光光束去极化。

作为本发明优选的技术方案，所述俄歇辅助光发射层为CdSe:Mn、SnS₂:Mn、CuSnS₂:Mn、CoSnS₂:Mn、RMnO₅(R为稀土元素)、WS₂:Mn的任意一种或任意组合。

作为本发明优选的技术方案，所述俄歇辅助光发射层的任意组合包括以下二元组合的异质结、超晶格、量子阱、核壳结构、量子点等结构但不限于以下结构：