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。

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、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題：熱損耗：泵浦光與振蕩光之間的光子能量差形成的斯托克斯頻移損耗轉(zhuǎn)換為熱量，以及泵浦能級(jí)到激光上能級(jí)的耦合率不為1的能量損失轉(zhuǎn)換為熱量，兩者共同產(chǎn)生大量廢熱，使激光器溫度分布不均勻，引起熱膨脹和熱應(yīng)力分布不均勻，產(chǎn)生溫度淬滅、激光器斷裂、熱透鏡效應(yīng)和應(yīng)力雙折射效應(yīng)；熱透鏡在空間中產(chǎn)生類似透鏡現(xiàn)象，而應(yīng)力雙折射效應(yīng)改變?nèi)肷涔獾钠駹顟B(tài)，使激光光束去極化和失真。激光器芯片有源區(qū)內(nèi)存在非輻射復(fù)合損耗和自由載流子吸收產(chǎn)生大量熱量，同時(shí)，外延和芯片材料存在電阻在電流注入下會(huì)產(chǎn)生焦耳熱損耗和載流子吸收損耗，且芯片材料熱導(dǎo)率低，散熱性能差，導(dǎo)致有源層溫度升高，出現(xiàn)激射波長紅移、量子效率下降、功率降低、閾值電流增大、壽命變短和可靠性變差等問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決上述技術(shù)問題之一，本發(fā)明提供了一種氮化鎵基半導(dǎo)體激光器。

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，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，所述下限制層包括從下至上依次設(shè)置的第一下限制層、第二下限制層和第三下限制層，所述氮化鎵基半導(dǎo)體激光器還包括多重空位電子聲子調(diào)控層，所述多重空位電子聲子調(diào)控層包括第一多重空位電子聲子調(diào)控層、第二多重空位電子聲子調(diào)控層和第三多重空位電子聲子調(diào)控層，所述第一多重空位電子聲子調(diào)控層設(shè)置在所述第一下限值層與第二下限制層之間，所述第二多重空位電子聲子調(diào)控層設(shè)置在所述第二下限制層與第三下限制層之間，所述第三多重空位電子聲子調(diào)控層設(shè)置在所述第三下限制層與下波導(dǎo)層之間，所述第一多重空位電子聲子調(diào)控層、第二多重空位電子聲子調(diào)控層和第三多重空位電子聲子調(diào)控層均具有電子親和能分布特性和極化光學(xué)聲子能量分布特性；

3、所述第一多重空位電子聲子調(diào)控層的電子親和能具有函數(shù)y1＝a+b*ex1/x1第三象限曲線分布；所述第二多重空位電子聲子調(diào)控層的電子親和能具有函數(shù)y2＝c+d*lnx2/x2曲線分布；所述第三多重空位電子聲子調(diào)控層的電子親和能具有函數(shù)y3＝e+f*x3/lnx3第一象限曲線分布；

4、所述第一多重空位電子聲子調(diào)控層的極化光學(xué)聲子能量具有函數(shù)y4＝m+n*lnx1/ex1曲線分布；所述第二多重空位電子聲子調(diào)控層的極化光學(xué)聲子能量具有函數(shù)y5＝o+p*ex2/x2第三象限曲線分布；所述第三多重空位電子聲子調(diào)控層的極化光學(xué)聲子能量具有函數(shù)y6＝q+r*x3/ex3曲線分布；

5、其中，x1為第一多重空位電子聲子調(diào)控層往第二下限制層方向的深度，x2為第二多重空位電子聲子調(diào)控層往第三下限制層方向的深度，x3為第三多重空位電子聲子調(diào)控層往下波導(dǎo)層方向的深度。

6、優(yōu)選地，所述第一多重空位電子聲子調(diào)控層的電子親和能為d，第二多重空位電子聲子調(diào)控層的電子親和能為e，第三多重空位電子聲子調(diào)控層的電子親和能為f，其中：0.1＜f＜e＜d＜10。

7、優(yōu)選地，所述第一多重空位電子聲子調(diào)控層的極化光學(xué)聲子能量為j，第二多重空位電子聲子調(diào)控層的極化光學(xué)聲子能量為k，第三多重空位電子聲子調(diào)控層的極化光學(xué)聲子能量為l，其中：30(mev)＜j＜l＜k＜800(mev)。

8、優(yōu)選地，所述第一多重空位電子聲子調(diào)控層、第二多重空位電子聲子調(diào)控層和第三多重空位電子聲子調(diào)控層還具有電子有效質(zhì)量分布特性和介電常數(shù)分布特性；

9、所述第一多重空位電子聲子調(diào)控層的電子有效質(zhì)量具有函數(shù)y7＝g+h*lnx1/x1曲線分布；所述第二多重空位電子聲子調(diào)控層的電子有效質(zhì)量具有函數(shù)y8＝i+j*x2/lnx2第三象限曲線分布；所述第三多重空位電子聲子調(diào)控層的電子有效質(zhì)量具有函數(shù)y9＝k+l*lnx3/x3曲線分布；

10、所述第一多重空位電子聲子調(diào)控層的介電常數(shù)具有函數(shù)y10＝s+t*cosx1/x1第二四象限曲線分布；所述第二多重空位電子聲子調(diào)控層的介電常數(shù)具有函數(shù)y11＝u+v*x2/ex2曲線分布；所述第三多重空位電子聲子調(diào)控層的介電常數(shù)具有函數(shù)y12＝w+z*sinx3/x32第一象限曲線分布。

11、優(yōu)選地，所述第一多重空位電子聲子調(diào)控層的電子有效質(zhì)量為g，第二多重空位電子聲子調(diào)控層的電子有效質(zhì)量為h，第三多重空位電子聲子調(diào)控層的電子有效質(zhì)量為i，其中：0.01＜g＜i＜h＜5。

12、優(yōu)選地，所述第一多重空位電子聲子調(diào)控層的介電常數(shù)為m，第二多重空位電子聲子調(diào)控層的介電常數(shù)為n，第三多重空位電子聲子調(diào)控層的介電常數(shù)為p，其中：2＜n＜p＜m＜20。

13、優(yōu)選地，所述多重空位電子聲子調(diào)控層為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。

14、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；

15、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的任意一種或任意組合，厚度為10埃米至100埃米；

16、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的任意一種或任意組合，厚度為10埃米至200埃米。

17、優(yōu)選地，所述下限制層、下波導(dǎo)層、上波導(dǎo)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的任意一種或任意組合的任意一種或任意組合。

18、優(yōu)選地，所述襯底包括藍(lán)寶石、硅、cuw、mo、tiw、cu、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。

19、本發(fā)明的有益效果如下：本發(fā)明在半導(dǎo)體激光元件中設(shè)置多層結(jié)構(gòu)的多重空位電子聲子調(diào)控層，并將多層多重空位電子聲子調(diào)控層分別穿插設(shè)置在多層下限制層中，同時(shí)限定每層多重空位電子聲子調(diào)控層的電子親和能分布特性以及極化光學(xué)聲子能量分布特性，以形成單空位、空位集團(tuán)與多空位調(diào)控電子聲子結(jié)構(gòu)，將電子聲子局域在下限制層與下波導(dǎo)層之間，降低泵浦光與振蕩光之間的光子能量差形成的斯托克斯頻移，降低聲子振動(dòng)和聲子輸運(yùn)的熱損耗，提升激光元件的散熱性和改善外延層間熱失配，抑制激光器的熱透鏡效應(yīng)和應(yīng)力雙折射效應(yīng)，改善激光光束失真和去極化問題，提升激光光束質(zhì)量因子。