本發(fā)明涉及半導(dǎo)體光電器件，尤其涉及一種具有抑制空間燒孔下波導(dǎo)層的半導(dǎo)體激光芯片。

背景技術(shù)：

1、激光器廣泛應(yīng)用于激光顯示、激光電視、激光投影儀、通訊、醫(yī)療、武器、制導(dǎo)、測(cè)距、光譜分析、切割、精密焊接、高密度光存儲(chǔ)等領(lǐng)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(dǎo)體和染料等類型激光器；與其他類型激光器相比，全固態(tài)半導(dǎo)體紫外激光器具有體積小、效率高、重量輕、穩(wěn)定性好、壽命長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、小型化等優(yōu)點(diǎn)。

2、激光器與氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管存在較大的區(qū)別，

3、1)激光是由載流子發(fā)生受激輻射產(chǎn)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(jí)，而氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管則是自發(fā)輻射，單顆發(fā)光二極管的輸出功率在mw級(jí)；

4、2)激光器的使用電流密度達(dá)ka/cm2，比氮化物發(fā)光二極管高2個(gè)數(shù)量級(jí)以上，從而引起更強(qiáng)的電子泄漏、更嚴(yán)重的俄歇復(fù)合、極化效應(yīng)更強(qiáng)、電子空穴不匹配更嚴(yán)重，導(dǎo)致更嚴(yán)重的效率衰減droop效應(yīng)；

5、3)發(fā)光二極管自發(fā)躍遷輻射，無外界作用，從高能級(jí)躍遷到低能級(jí)的非相干光，而激光器為受激躍遷輻射，感應(yīng)光子能量應(yīng)等于電子躍遷的能級(jí)之差，產(chǎn)生光子與感應(yīng)光子的全同相干光；

6、4)原理不同：發(fā)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(jié)產(chǎn)生輻射復(fù)合發(fā)光，而激光器需要激射條件滿足才可激射，必須滿足有源區(qū)載流子反轉(zhuǎn)分布，受激輻射光在諧振腔內(nèi)來回振蕩，在增益介質(zhì)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。

7、氮化物半導(dǎo)體紫外激光器存在以下問題：空間燒孔效應(yīng)，載流子和激射模相互作用造成增益飽和效應(yīng)，載流子分布受場(chǎng)影響產(chǎn)生畸變，引起折射率波導(dǎo)變化產(chǎn)生光場(chǎng)收縮過程；頻率燒孔效應(yīng)，由于諧振腔與有源區(qū)材料相互作用而使駐波減少的效應(yīng)。有源層粒子數(shù)分布反轉(zhuǎn)在空間不均勻，輻射復(fù)合的載流子濃度空間分布不均勻，諧振腔內(nèi)激勵(lì)起的駐波干擾粒子數(shù)分布反轉(zhuǎn)，在局部增益譜上引起頻率燒孔產(chǎn)生空間燒孔效應(yīng)，使激光器的譜較寬，發(fā)射光波中包含若干個(gè)模；隨著電流上升，受激輻射增強(qiáng)，有源區(qū)中心載流子濃度降低，也會(huì)造成局部增益分布上的空間燒孔，降低增益導(dǎo)引波導(dǎo)效應(yīng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提出一種具有抑制空間燒孔下波導(dǎo)層的半導(dǎo)體激光芯片，通過設(shè)計(jì)第一抑制空間燒孔下波導(dǎo)層和第二抑制空間燒孔下波導(dǎo)層的體積彈性模量和密度變化角度及分布，降低有源層和波導(dǎo)層中的位錯(cuò)密度均勻性、層錯(cuò)均勻性等問題。

2、本發(fā)明提供的一種具有抑制空間燒孔下波導(dǎo)層的半導(dǎo)體激光芯片，從下至上依次包括襯底、下限制層、下波導(dǎo)層、有源層、上波導(dǎo)層、電子阻擋層、上限制層，所述下波導(dǎo)層為抑制空間燒孔下波導(dǎo)層；所述抑制空間燒孔下波導(dǎo)層包括第一抑制空間燒孔下波導(dǎo)層和第二抑制空間燒孔下波導(dǎo)層；

3、所述第一抑制空間燒孔下波導(dǎo)層的體積彈性模量的峰值位置往下限制層方向的下降角度為α,所述第二抑制空間燒孔下波導(dǎo)層的體積彈性模量的的谷值位置往下限制層方向的上升角度為β，所述第二抑制空間燒孔下波導(dǎo)層的體積彈性模量的峰值位置往有源層方向的下降角度為γ，其中：30°≤β≤γ≤α≤90°，角度為沿曲線的切線傾斜角；

4、所述第一抑制空間燒孔下波導(dǎo)層的密度的峰值位置往下限制層方向的下降角度為θ,所述第二抑制空間燒孔下波導(dǎo)層的密度的的峰值位置往下限制層方向的下降角度為δ，所述第二抑制空間燒孔下波導(dǎo)層的密度的谷值位置往有源層方向的上升角度為σ，其中：20°≤δ≤σ≤θ≤90°；

5、所述第一抑制空間燒孔下波導(dǎo)層的分離能的谷值位置往下限制層方向的上升角度為φ,所述第二抑制空間燒孔下波導(dǎo)層的分離能的的谷值位置往下限制層方向的上升角度為ψ，所述第二抑制空間燒孔下波導(dǎo)層的分離能的峰值位置往有源層方向的下降角度為μ，其中：25°≤ψ≤μ≤φ≤90°；

6、所述第一抑制空間燒孔下波導(dǎo)層的極化光學(xué)聲子能的谷值位置往下限制層方向的上升角度為ρ,所述第二抑制空間燒孔下波導(dǎo)層的極化光學(xué)聲子能的的谷值位置往下限制層方向的上升角度為ω，所述第二抑制空間燒孔下波導(dǎo)層的極化光學(xué)聲子能的峰值位置往有源層方向的下降角度為ε，其中：15°≤ω≤ε≤ρ≤90°。

7、優(yōu)選地，所述第一抑制空間燒孔下波導(dǎo)層的體積彈性模量、密度的峰值位置往下限制層方向的下降角度，所述第一抑制空間燒孔下波導(dǎo)層的分離能、極化光學(xué)聲子能的谷值位置往下限制層方向的上升角度具有如下關(guān)系：15°≤ρ≤θ≤φ≤α≤90°。

8、優(yōu)選地，所述第二抑制空間燒孔下波導(dǎo)層的體積彈性模量、分離能、極化光學(xué)聲子能的的谷值位置往下限制層方向的上升角度，所述第二抑制空間燒孔下波導(dǎo)層的密度的的峰值位置往下限制層方向的下降角度具有如下關(guān)系：5°≤ω≤δ≤ψ≤β≤90°。

9、優(yōu)選地，所述第二抑制空間燒孔下波導(dǎo)層的體積彈性模量、分離能、極化光學(xué)聲子能的峰值位置往有源層方向的下降角度，所述第二抑制空間燒孔下波導(dǎo)層的密度的谷值位置往有源層方向的上升角度具有如下關(guān)系：10°≤ε≤σ≤μ≤γ≤90°。

10、優(yōu)選地，所述第一抑制空間燒孔下波導(dǎo)層的體積彈性模量、密度的峰值位置往下限制層方向的下降角度，所述第一抑制空間燒孔下波導(dǎo)層的分離能、極化光學(xué)聲子能的谷值位置往下限制層方向的上升角度，所述第二抑制空間燒孔下波導(dǎo)層的體積彈性模量、分離能、極化光學(xué)聲子能的的谷值位置往下限制層方向的上升角度，所述第二抑制空間燒孔下波導(dǎo)層的密度的的峰值位置往下限制層方向的下降角度，所述第二抑制空間燒孔下波導(dǎo)層的體積彈性模量、分離能、極化光學(xué)聲子能的峰值位置往有源層方向的下降角度，所述第二抑制空間燒孔下波導(dǎo)層的密度的谷值位置往有源層方向的上升角度具有如下關(guān)系：5°≤ω≤δ≤ψ≤β≤ε≤σ≤μ≤γ≤ρ≤θ≤φ≤α≤90°。

11、優(yōu)選地，所述抑制空間燒孔下波導(dǎo)層為ingan、gan、inn、alingan、alinn、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超晶格的任意一種或任意組合，厚度為10～1000nm。

12、優(yōu)選地，所述第一抑制空間燒孔下波導(dǎo)層的體積彈性模量分布呈線性函數(shù)分布，第二抑制空間燒孔下波導(dǎo)層的體積彈性模量分布具有函數(shù)y＝a+b*ax(a＞1)曲線分布；所述第一抑制空間燒孔下波導(dǎo)層的密度分布呈線性函數(shù)分布，第二抑制空間燒孔下波導(dǎo)層的密度分布具有函數(shù)y＝c+d*x-b(b＞1奇數(shù))第三象限曲線分布；所述第一抑制空間燒孔下波導(dǎo)層的分離能分布呈線性函數(shù)分布，第二抑制空間燒孔下波導(dǎo)層的分離能分布具有函數(shù)y＝e+f*cx(c＞1)曲線分布；所述第一抑制空間燒孔下波導(dǎo)層的極化光學(xué)聲子能分布呈線數(shù)函數(shù)分布，第二抑制空間燒孔下波導(dǎo)層的極化光學(xué)聲子能分布具有函數(shù)y＝g+h*dx(d＞1)曲線分布；所述第二抑制空間燒孔下波導(dǎo)層的體積彈性模量分布、密度分布、分離能分布、極化光學(xué)聲子能分布具有如下關(guān)系：d≤b≤c≤a,且c≤e≤g≤a。

13、優(yōu)選地，所述有源層為阱層和壘層組成的周期結(jié)構(gòu)，周期數(shù)為3≥m≥1，阱層為gan、ingan、inn、alinn、algan、alingan、aln、gaas、gap、inp、algaas、alingaas、algainp、ingaas、ingaasn、alinas、alinp、algap、ingap、gasb、insb、inas、inassb、algasb、alsb、ingasb、algaassb、ingaassb、sic、ga2o3、bn、金剛石的任意一種或任意組合，厚度為10～100埃米，壘層為gan、ingan、inn、alinn、algan、alingan、aln、gaas、gap、inp、algaas、alingaas、algainp、ingaas、ingaasn、alinas、alinp、algap、ingap、gasb、insb、inas、inassb、algasb、alsb、ingasb、algaassb、ingaassb、sic、ga2o3、bn、金剛石的任意一種或任意組合，厚度為10～200埃米。

14、優(yōu)選地，所述下限制層、下波導(dǎo)層、電子阻擋層、上限制層為gan、ingan、inn、alinn、algan、alingan、aln、gaas、gap、inp、algaas、alingaas、algainp、ingaas、ingaasn、alinas、alinp、algap、ingap、gasb、insb、inas、inassb、algasb、alsb、ingasb、algaassb、ingaassb、sic、ga2o3、bn、金剛石的任意一種或任意組合。

15、優(yōu)選地，所述襯底包括藍(lán)寶石、硅、ge、sic、aln、gan、gaas、inp、inas、gasb、藍(lán)寶石/sio2復(fù)合襯底、mo、tiw、cuw、cu、藍(lán)寶石/aln復(fù)合襯底、金剛石、石墨烯、藍(lán)寶石/sinx、藍(lán)寶石/sio2/sinx復(fù)合襯底、藍(lán)寶石/sinx/sio2復(fù)合襯底、鎂鋁尖晶石mgal2o4、mgo、zno、zrb2、lialo2和ligao2復(fù)合襯底的任意一種。

16、相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明實(shí)施例提供的一種具有抑制空間燒孔下波導(dǎo)層的半導(dǎo)體激光芯片，其有益效果在于：通過設(shè)計(jì)第一抑制空間燒孔下波導(dǎo)層和第二抑制空間燒孔下波導(dǎo)層的體積彈性模量和密度變化角度及分布，降低有源層和波導(dǎo)層中的位錯(cuò)密度均勻性、層錯(cuò)均勻性等問題，降低下波導(dǎo)光場(chǎng)與諧振腔相互作用引起駐波減少的頻率燒孔，抑制光場(chǎng)收縮效應(yīng)，抑制空間燒孔和跳模問題。

17、同時(shí)，設(shè)計(jì)第一抑制空間燒孔下波導(dǎo)層和第二抑制空間燒孔下波導(dǎo)層的分離能和極化光學(xué)聲子能的變化角度及分布，降低下波導(dǎo)層與有源層的聲子誘導(dǎo)界面態(tài)密度，降低載流子分布受場(chǎng)的畸變，提升粒子數(shù)分布反轉(zhuǎn)的空間均勻性，增強(qiáng)激光輻射復(fù)合的載流子濃度空間分布均勻性，抑制激光局部增益譜引起的頻率燒孔和空間燒孔問題，并提升載流子的注入與輸運(yùn)效率，進(jìn)一步提升激射光功率和改善老化光衰，降低激光器的閾值電流密度。