一种半导体绿光激光器的制作方法

本技术涉及半导体光电器件领域，尤其涉及一种半导体绿光激光器。

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：

8、1)下限制层的厚度增加，可降低限制层的折射率，但下限制层的厚度增加又会导致组分调控范围受限制，易产生开裂、弯曲和质量下降等问题；同时，光场有耗散，光场模式泄漏到衬底形成驻波会导致衬底模式抑制效率低，远场图像ffp质量差；

9、2)激光器使用电流大，电流密度大产生热量大，且器件的散热不佳，温度特性差，会加剧半导体外延层间的热失配，导致阈值电流上升、输出光功率和斜率效率下降等问题；

10、3)热损耗：泵浦光与振荡光之间的光子能量差形成的斯托克斯频移损耗转换为热量，以及泵浦能级到激光上能级的耦合率不为1的能量损失转换为热量，两者共同产生大量废热，使激光器温度分布不均匀，引起热膨胀和热应力分布不均匀，产生温度淬灭、激光器断裂、热透镜效应和应力双折射效应；热透镜在空间中产生类似透镜现象，而应力双折射效应改变入射光的偏振状态，使激光光束去极化和失真。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题之一，本实用新型提供了一种半导体绿光激光器。

2、本实用新型实施例提供了一种半导体绿光激光器，包括从下至上依次设置的衬底、下限制层、下波导层、有源层、上波导层和上限制层，所述下限制层、下波导层、有源层、上波导层和上限制层之间具有热膨胀系数梯度、介电常数梯度和弹性系数c33梯度。

3、优选地，所述下限制层包括从下至上依次设置的第一子下限制层、第二子下限制层、第三子下限制层、第四子下限制层和第五子下限制层，所述第一子下限制层、第二子下限制层、第三子下限制层、第四子下限制层、第五子下限制层、下波导层、有源层、上波导层和上限制层之间具有热膨胀系数梯度、介电常数梯度和弹性系数c33梯度。

4、优选地，所述第一子下限制层、第二子下限制层、第三子下限制层、第四子下限制层、第五子下限制层、下波导层、有源层、上波导层和上限制层之间的热膨胀系数梯度为：2.5(10-6/k)≤c≤d≤a3≤b≤a5≤a1≤f≤a2≤a4≤6.5(10-6/k)，所述第一子下限制层的热膨胀系数为a1，第二子下限制层的热膨胀系数为a2，第三子下限制层的热膨胀系数为a3，第四子下限制层的热膨胀系数为a4，第五子下限制层的热膨胀系数为a5，所述下波导层的热膨胀系数为b，有源层的热膨胀系数为c，上波导层的热膨胀系数为d，上限制层的热膨胀系数为f。

5、优选地，所述第一子下限制层、第二子下限制层、第三子下限制层、第四子下限制层、第五子下限制层、下波导层、有源层、上波导层和上限制层之间的介电常数梯度为：8≤g4≤g2≤k≤g1≤g5≤h≤g3≤j≤i≤12，所述第一子下限制层的介电常数为g1，第二子下限制层的介电常数为g2，第三子下限制层的介电常数为g3，第四子下限制层的介电常数为g4，第五子下限制层的介电常数为g5，所述下波导层的介电常数为h，有源层的介电常数为i，上波导层的介电常数为j，上限制层的介电常数为k。

6、优选地，所述第一子下限制层、第二子下限制层、第三子下限制层、第四子下限制层、第五子下限制层、下波导层、有源层、上波导层和上限制层之间的弹性系数c33梯度为：200gpa≤u≤v≤s3≤t≤s4≤s2≤w≤s1≤s5≤450gpa，所述第一子下限制层的弹性系数c33为s1，第二子下限制层的弹性系数c33为s2，第三子下限制层的弹性系数c33为s3，第四子下限制层的弹性系数c33为s4，第五子下限制层的弹性系数c33为s5，所述下波导层的弹性系数c33为t，有源层的弹性系数c33为u，上波导层的弹性系数c33为v，上限制层的弹性系数c33为w。

7、优选地，所述下限制层为gan、algan、ingan、alingan、aln、inn、alinn、sic、ga2o3、bn、gaas、gap、inp、algaas、alingaas、algainp、ingaas、alinas、alinp、algap、ingap的任意一种或任意组合，所述第一子下限制层、第二子下限制层、第三子下限制层、第四子下限制层和第五子下限制层的厚度均为10埃米至90000埃米。

8、优选地，所述有源层为阱层和垒层组成的量子阱，量子阱周期为x:1≤x≤3；所述有源层的阱层为gan、algan、ingan、alingan、aln、inn、alinn、sic、ga2o3、bn、gaas、gap、inp、algaas、alingaas、algainp、ingaas、alinas、alinp、algap、ingap的任意一种或任意组合，所述有源层的阱层厚度为p:10≤p≤100埃米；所述有源层的垒层为gan、algan、ingan、alingan、aln、inn、alinn、sic、ga2o3、bn、gaas、gap、inp、algaas、alingaas、algainp、ingaas、alinas、alinp、algap、ingap的任意一种或任意组合，所述有源层的垒层厚度为q:10≤q≤200埃米。

9、优选地，所述下波导层和下波导层均为gan、algan、ingan、alingan、aln、inn、alinn、sic、ga2o3、bn、gaas、gap、inp、algaas、alingaas、algainp、ingaas、alinas、alinp、algap、ingap的任意一种或任意组合，厚度均为10埃米至9000埃米。

10、优选地，所述上限制层为gan、algan、ingan、alingan、aln、inn、alinn、sic、ga2o3、bn、gaas、gap、inp、algaas、alingaas、algainp、ingaas、alinas、alinp、algap、ingap的任意一种或任意组合，厚度为10埃米至90000埃米。

11、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、zrb2、lialo2和ligao2复合衬底的任意一种。

12、本实用新型的有益效果如下：本实用新型通过设计下限制层、下波导层、有源层、上波导层和上限制层之间的热膨胀系数梯度、介电常数梯度和弹性系数c33梯度。其中，热膨胀系数梯度和弹性系数梯度可提升激光器温度分布均匀性，降低热膨胀系数差异，提升热应力分布均匀性，降低热应力失配，抑制温度淬灭、激光器断裂、热透镜效应和应力双折射效应，改善激光光束去极化和失真，提升激光器光束质量因子和改善聚焦光斑分辨率。介电常数梯度和弹性系数梯度则可改善热失配，降低阈值电流，提升输出光功率和斜率效率，同时，改善光场耗散问题，抑制光场模式泄漏到衬底，提升远场ffp图像质量。