[发明专利]一种具有声子散射调控层的半导体激光元件

说明书

本发明涉及半导体光电器件的技术领域，具体涉及一种具有声子散射调控层的半导体激光元件，结构上设置的声子散射调控层为Bisubgt;2/subgt;Tesubgt;3/subgt;:Ag、Mgsubgt;2/subgt;Sn‑Mgsubgt;3/subgt;Sbsubgt;2/subgt;:Ag、Bisubgt;2/subgt;SeSsubgt;2/subgt;:Ag、CuBiSesubgt;2/subgt;:Ag、PbNbsubgt;2/subgt;Osubgt;6/subgt;:Ag、Snsubgt;2/subgt;Psubgt;2/subgt;Ssubgt;6/subgt;:Ag中的一种或两种以上的组合形成的异质结、超晶格、量子阱、核壳、量子点中一种或两种以上结构；声子散射调控层通过降低激光元件的声子散射，增强晶格热导率，改善激光元件的热电性能，提升激光元件的散热性能，降低热失配导致的量子限制Stark效应，降低空穴注入势垒和提升空穴注入效率，提升有源层的电子空穴波函数的交叠几率，加强激光元件在大功率和大电流条件下的寿命和可靠性，降低激光元件的激发阈值，增强限制因子，提升激光元件的激射功率和斜率效率。

技术领域

本发明涉及半导体光电器件的技术领域，特别是涉及一种具有声子散射调控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：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)晶格失配和热失配引起的量子阱极化电场提升空穴注入势垒、空穴溢出有源层等问题，空穴注入不均匀和效率偏低，导致量子阱中的电子空穴严重不对称不匹配，电子泄漏和载流子去局域化，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，同时，激光器增益谱变宽，峰值增益下降，导致激光器阈值电流增大且斜率效率降低；3)激光器使用电流大，电流密度大产生热量大，且器件的散热不佳，会加剧半导体外延层间的热失配，导致阈值电流上升和斜率效率下降等问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有声子散射调控层的半导体激光元件，该半导体激光元件的声子散射调控层通过降低激光元件的声子散射，增强晶格热导率，改善激光元件的热电性能，提升激光元件的散热性能，降低热失配导致的量子限制Stark效应和极化电场，降低空穴注入势垒和提升空穴注入效率，提升有源层的电子空穴波函数的交叠几率和载流子注入均匀性，加强激光元件可在大功率和大电流条件下的寿命和可靠性，降低激光元件的激发阈值，提升峰值增益，增强限制因子，提升激光元件的激射功率和斜率效率。