[发明专利]一种具有InN相分离抑制层的半导体激光器

说明书

本发明公开了一种具有InN相分离抑制层的半导体激光器，从下至上依次包括衬底、下限制层、下波导层，有源层、上波导层、电子阻挡层、上限制层，所述有源层与下波导层间具有InN相分离抑制层。通过设计上波导层、有源层、InN相分离抑制层和下波导层组成In/Al元素强度比例梯度，设计上波导层、有源层、InN相分离抑制层和下波导层组成Si/Mg浓度比例梯度和Si浓度下降角度，进一步抑制有源层的In偏析，降低非辐射复合，提升斜率效率和外量子效率以及光束质量因子。

技术领域

本发明涉及半导体光电子技术领域，尤其涉及一种具有InN相分离抑制层的半导体激光器。

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：量子阱In组分增加会产生In组分涨落和应变，激光器增益谱变宽，峰值增益下降；量子阱In组分增加，热稳定性变差，高温p型半导体和限制层生长会使有源层产生热退化，降低有源层的质量和界面质量；有源层内部缺陷密度高、InN与GaN互溶隙较大、InN相分离偏析、热退化、晶体质量不理想，导致量子阱质量和界面质量不理想，增加非辐射复合中心或光学灾变。

发明内容

本发明提供了一种具有InN相分离抑制层的半导体激光器，以解决现有氮化物半导体激光器因量子阱In组分增加会产生In组分涨落和应变，激光器增益谱变宽，峰值增益下降；量子阱In组分增加，热稳定性变差，高温p型半导体和限制层生长会使有源层产生热退化，降低有源层的质量和界面质量；有源层内部缺陷密度高、InN与GaN互溶隙较大、InN相分离偏析、热退化、晶体质量不理想，导致量子阱质量和界面质量不理想，增加非辐射复合中心或光学灾变的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了半导体激光器，包括从下到上依次层叠设置的衬底、下限制层、下波导层、有源层、上波导层、电子阻挡层上限制层，所述有源层与下波导层层间具有InN相分离抑制层。

进一步的，所述有源层由阱层和垒层组成周期结构，周期为m:1≤m≤3，阱层为In_xGa_1-xN(103a)，垒层为GaN(103b)，阱层(103a)厚度为10～100埃米，垒层(103b)厚度为10～150埃米。

进一步的，所述I nN相分离抑制层由I n_yGa_1-yN(107a)和GaN(107b)组成，I nN相分离抑制层的I n_yGa_1-yN厚度(107a)小于等于有源层的I n_xGa_1-xN阱层(103a)厚度，I n组分y＜x，I nN相分离抑制层的GaN(107b)厚度大于有源层的垒层GaN(103b)厚度。