本技術(shù)涉及半導(dǎo)體光電器件領(lǐng)域，尤其涉及一種氮化鎵基半導(dǎo)體激光器的外延結(jié)構(gòu)。

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(wú)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，電子空穴躍遷到量子阱或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(lái)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)體激光器存在以下問(wèn)題：p型半導(dǎo)體的mg受主激活能大、離化效率低，空穴濃度遠(yuǎn)低于電子濃度、空穴遷移率遠(yuǎn)小于電子遷移率，且量子阱極化電場(chǎng)提升空穴注入勢(shì)壘、空穴溢出有源層等問(wèn)題，空穴注入不均勻和效率偏低，導(dǎo)致量子阱中的電子空穴嚴(yán)重不對(duì)稱不匹配，電子泄漏和載流子去局域化，空穴在量子阱中輸運(yùn)更困難，載流子注入不均勻，增益不均勻，同時(shí)，激光器增益譜變寬，峰值增益下降，導(dǎo)致激光器閾值電流增大且斜率效率降低。激光器價(jià)帶帶階差增加，空穴在量子阱中輸運(yùn)更困難，載流子注入不均勻，增益不均勻。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決上述技術(shù)問(wèn)題之一，本發(fā)明提供了一種氮化鎵基半導(dǎo)體激光器的外延結(jié)構(gòu)。

2、本發(fā)明實(shí)施例提供了一種氮化鎵基半導(dǎo)體激光器的外延結(jié)構(gòu)，包括從下至上依次設(shè)置的襯底、下限制層、下波導(dǎo)層、有源層、上波導(dǎo)層和上限制層，所述下波導(dǎo)層與下限制層之間設(shè)置有第一狄拉克量子隧道層，所述第一狄拉克量子隧道層具有熱膨脹系數(shù)分布特性、si/mg元素比例分布特性和in/si元素比例分布特性；

3、所述第一狄拉克量子隧道層的熱膨脹系數(shù)具有函數(shù)y1＝a+b*x1ex1曲線分布；

4、所述第一狄拉克量子隧道層的si/mg元素比例具有函數(shù)y2＝c+d*lnx1/x1曲線分布；

5、所述第一狄拉克量子隧道層的in/si元素比例具有函數(shù)y3＝e+f*cosx1/x1第二三象限曲線分布；

6、其中，x1為第一狄拉克量子隧道層往下波導(dǎo)層方向的深度。

7、優(yōu)選地，所述第一狄拉克量子隧道層還具有彈性系數(shù)分布特性、折射率系數(shù)分布特性和自發(fā)極化系數(shù)分布特征；

8、所述第一狄拉克量子隧道層的彈性系數(shù)具有函數(shù)y4＝g+h*ex1/x12第二象限曲線分布；

9、所述第一狄拉克量子隧道層的折射率系數(shù)具有函數(shù)y5＝i+j*x12ex1曲線分布；

10、所述第一狄拉克量子隧道層的自發(fā)極化系數(shù)具有函數(shù)y6＝k+l*x1ex1曲線分布。

11、優(yōu)選地，所述第一狄拉克量子隧道層為ingan、gan、algan、alinn、alingan、aln、inn、bn、ga2o3的任意一種或任意組合，所述第一狄拉克量子隧道層的厚度為5埃米至5000埃米。

12、優(yōu)選地，所述上波導(dǎo)層與上限制層之間設(shè)置有第二狄拉克量子隧道層，所述第二狄拉克量子隧道層具有熱膨脹系數(shù)分布特性、mg/si元素比例分布特性和in/si元素比例分布特性；

13、所述第二狄拉克量子隧道層的熱膨脹系數(shù)具有函數(shù)y7＝m+n*x22sinx2第一、四象限曲線分布；

14、所述第二狄拉克量子隧道層的mg/si元素比例具有函數(shù)y8＝o+p*ex2sinx2曲線分布；

15、所述第二狄拉克量子隧道層的in/si元素比例具有函數(shù)y9＝ax23+bx22+cx2+d(a＞0,△＝4(b2-3ac)≤0)曲線分布；

16、其中，x2為第二狄拉克量子隧道層往上限制層方向的深度。

17、優(yōu)選地，所述第二狄拉克量子隧道層還具有彈性系數(shù)分布特性、折射率系數(shù)分布特性和自發(fā)極化系數(shù)分布特征；

18、所述第二狄拉克量子隧道層的彈性系數(shù)具有函數(shù)y10＝q+r*ex2-t*sinx2曲線分布；

19、所述第二狄拉克量子隧道層的折射率系數(shù)具有函數(shù)y11＝s+u*ex2+v*sinx2曲線分布；

20、所述第二狄拉克量子隧道層的自發(fā)極化系數(shù)具有函數(shù)y12＝w+ex2+z*cosx2曲線分布。

21、優(yōu)選地，所述第二狄拉克量子隧道層為ingan、gan、algan、alinn、alingan、aln、inn、bn、ga2o3的任意一種或任意組合，所述第一狄拉克量子隧道層的厚度為5埃米至5000埃米。

22、優(yōu)選地，所述下限制層和上限制層為gan、algan、ingan、alingan、aln、inn、alinn的任意一種或任意組合，厚度為10埃米至80000埃米。

23、優(yōu)選地，所述下波導(dǎo)層和上波導(dǎo)層為gan、ingan、alingan、alinn、inn的任意一種或任意組合，厚度為5埃米至20000埃米。

24、優(yōu)選地，所述有源層的發(fā)光波長(zhǎng)為200nm至420nm，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ingan、inn、alinn、gan、algan、alingan、aln的任意一種或任意組合，厚度為10埃米至100埃米，壘層為gan、algan、alingan、aln、alinn的任意一種或任意組合，厚度為10埃米至200埃米。

25、優(yōu)選地，所述襯底包括藍(lán)寶石、硅、ge、sic、aln、gan、gaas、inp、藍(lán)寶石/sio2復(fù)合襯底、藍(lán)寶石/aln復(fù)合襯底、藍(lán)寶石/sinx、藍(lán)寶石/sio2/sinx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。

26、本發(fā)明的有益效果如下：本發(fā)明在氮化鎵基半導(dǎo)體激光器的外延結(jié)構(gòu)的下波導(dǎo)層與下限制層之間設(shè)置有第一狄拉克量子隧道層，并設(shè)計(jì)該第一狄拉克量子隧道層的熱膨脹系數(shù)分布特性、si/mg元素比例分布特性和in/si元素比例分布特性，能夠增強(qiáng)有源層的空穴通過(guò)狄拉克量子隧道層進(jìn)行躍遷和輻射復(fù)合，提升有源層的量子限制效應(yīng)，降低第一狄拉克量子隧道層和有源層的空穴泄漏和空穴溢流效應(yīng)。