一种半导体激光器的制作方法

本技术涉及半导体光电器件领域，尤其涉及一种半导体激光器。

背景技术：

1、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。

2、激光器与氮化物半导体发光二极管存在较大的区别：

3、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；

4、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；

5、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；

6、4)原理不同：发光二极管为在外界电压作用下，电子空穴跃迁到有源层或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。

7、氮化物半导体激光器存在以下问题：激光模数越少，越有利于受激辐射，越有利于提高光子的简并度，越有利于使受激辐射超过自发辐射，利用法布里-珀罗光学谐振腔可减少激光模数。沿腔的轴向的一种驻波就称为一个纵模；横模为光场在腔向的横向分布，光在两镜面间来回反射，光波的等相位面与镜面的曲率半径相等时，形成光场横向不变的横模。激光光波的型态可分为横模和纵横；垂直于光轴截面内的横模光强分布是由半导体激光器的波导结构决定，若横模复杂不稳定，输出光的相干性差；纵模在谐振腔传播方向上是驻波分布，很多纵模同时激射或存在模间变化，则不能获得很高时间上的相干性，远场图像ffp质量差。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题之一，本发明提供了一种半导体激光器。

2、本发明实施例提供了一种半导体激光器，包括从下至上依次设置的衬底、下限制层、下波导层、有源层、上波导层、电子阻挡层和上限制层，所述有源层为由阱层和垒层组成的周期结构，所述有源层阱层的折射率系数大于或等于垒层的折射率系数，所述有源层阱层的介电常数大于或等于垒层的介电常数，所述有源层阱层的压电极化系数大于或等于垒层的压电极化系数。

3、优选地，所述有源层的周期为m:1≤m≤3，所述有源层的阱层为gan、ingan、inn、alinn、alingan、algan的任意一种或任意组合，厚度为p:5≤p≤100埃米，发光波长为200nm至600nm，所述有源层的垒层为gan、ingan、inn、alinn、alingan、aln的任意一种或任意组合，厚度为q:10≤q≤200埃米。

4、优选地，所述有源层的周期为s:1≤s≤10，所述有源层的阱层为gaas、gap、inp、algaas、alingaas、algainp、ingaas、alinas、alinp、algap、ingap、sic、ga2o3、bn的任意一种或任意组合，厚度为t:5≤t≤100埃米，发光波长为500nm至2000nm，所述有源层的垒层为gaas、gap、inp、algaas、alingaas、algainp、ingaas、alinas、alinp、algap、ingap sic、ga2o3、bn的任意一种或任意组合，厚度为u:10≤u≤200埃米。

5、优选地，所述有源层包括第一子有源层和第二子有源层，所述第一子有源层的in/o元素分布呈w型分布，所述第二子有源层的in/o元素分布呈m型分布；所述第一子有源层的折射率系数呈w型分布，所述第二子有源层的折射率系数呈m型分布；所述第一子有源层的介电常数呈w型分布，所述第二子有源层的介电常数呈m型分布；所述第一子有源层的压电极化系数呈w型分布，所述第二子有源层的压电极化系数呈m型分布。

6、优选地，所述第一子有源层和第二子有源层的折射率系数关系如下：

7、2.0≤第一子有源层垒层的折射率系数b≤第二子有源层垒层的折射率系数d≤第一子有源层阱层的折射率系数a≤第二子有源层阱层的折射率系数c≤3.0。

8、优选地，所述第一子有源层和第二子有源层的介电常数关系如下：

9、8≤第一子有源层垒层的介电常数f≤第二子有源层垒层的介电常数h≤第一子有源层阱层的介电常数e≤第二子有源层阱层的介电常数g≤12。

10、优选地，所述第一子有源层和第二子有源层的压电极化系数关系如下：

11、0.7≤第一子有源层垒层的压电极化系数j≤第二子有源层垒层的压电极化系数l≤第一子有源层阱层的压电极化系数i≤第二子有源层阱层的压电极化系数k≤1.0。

12、优选地，所述下波导层为gan、ingan、inn、alinn、alingan、aln的任意一种或任意组合，厚度为x:10≤x≤9000埃米；所述上波导层为gan、ingan、inn、alinn、alingan、aln的任意一种或任意组合，厚度为y:10≤y≤9000埃米；所述下限制层为alingan、alinn、algan、inn、ingan和gan的任意一种或任意组合，厚度为z:10≤z≤90000埃米；所述上限制层和电子阻挡层为alingan、alinn、algan、ingan和gan的任意一种或任意组合，厚度为n:10≤n≤80000埃米。

13、优选地，所述下波导层为gaas、gap、inp、algaas、alingaas、algainp、ingaas、alinas、alinp、algap、ingap、sic、ga2o3、bn的任意一种或任意组合，厚度为v:10≤v≤9000埃米；所述上波导层为gaas、gap、inp、algaas、alingaas、algainp、ingaas、alinas、alinp、algap、ingap、sic、ga2o3、bn的任意一种或任意组合，厚度为w:10≤w≤9000埃米；所述下限制层为gaas、gap、inp、algaas、alingaas、algainp、ingaas、alinas、alinp、algap、ingap、sic、ga2o3、bn的任意一种或任意组合，厚度为r:10≤r≤90000埃米；所述上限制层和电子阻挡层为gaas、gap、inp、algaas、alingaas、algainp、ingaas、alinas、alinp、algap、ingap、sic、ga2o3、bn的任意一种或任意组合，厚度为g:10≤g≤80000埃米。

14、优选地，所述衬底包括蓝宝石、硅、ge、sic、aln、gan、gaas、inp、蓝宝石/sio2复合衬底、蓝宝石/aln复合衬底、蓝宝石/sinx、镁铝尖晶石mgal2o4、mgo、zno、mgo、尖晶石、zrb2、lialo2和ligao2复合衬底的任意一种。

15、本发明的有益效果如下：本发明在传统的半导体激光器基础上，对有源层中阱层和垒层的折射率系数、介电常数以及压电极化系数进行差异化设计，从而提升光子简并度，使激光器受激辐射大于自发辐射，提升横模的相干性、限制因子和斜率效率，并减少纵模数量和模间变化，提升纵模时间相干性和远场ffp图像质量、光束质量因子和聚焦光斑分辨率。