本發(fā)明涉及半導(dǎo)體光電器件，尤其涉及一種半導(dǎo)體激光元件。

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)、測距、光譜分析、切割、精密焊接、高密度光存儲等領(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，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；

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，從高能級躍遷到低能級的非相干光，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：

8、1)激光模數(shù)越少，越有利于受激輻射，越有利于提高光子的簡并度，越有利于使受激輻射超過自發(fā)輻射；激光光波的型態(tài)可分為橫模和縱橫；垂直于光軸截面內(nèi)的橫模光強(qiáng)分布是由半導(dǎo)體激光器的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)決定，若橫模復(fù)雜不穩(wěn)定，輸出光的相干性差；縱模在諧振腔傳播方向上是駐波分布，很多縱模同時(shí)激射或存在模間變化，則不能獲得很高時(shí)間上的相干性，遠(yuǎn)場圖像ffp質(zhì)量差。

9、2)光場有耗散，光場模式泄漏到襯底形成駐波會導(dǎo)致襯底模式抑制效率低，遠(yuǎn)場圖像ffp質(zhì)量差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提出一種半導(dǎo)體激光元件，所述手性連續(xù)域束縛態(tài)層利用面外鏡面對稱與面內(nèi)鏡面非對稱形成三維手性結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)激光與特定自旋方向圓偏振光的手性相互作用，并增強(qiáng)電子與光子雙重三維強(qiáng)限制，實(shí)現(xiàn)近場耦合的光束偏折和聚焦，提升激光相干性、遠(yuǎn)場ffp質(zhì)量和光束質(zhì)量因子，減少聚焦光斑尺寸。

2、本發(fā)明提供的一種半導(dǎo)體激光元件，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、上限制層，所述上波導(dǎo)層與上限制層之間具有手性連續(xù)域束縛態(tài)層；所述手性連續(xù)域束縛態(tài)層的菲利浦電離度分布具有函數(shù)y＝ax3+bx2+cx+d(a＞0,△＝4(b2-3ac)＜0)曲線分布；所述上波導(dǎo)層的菲利浦電離度≥手性連續(xù)域束縛態(tài)層的菲利浦電離度≥上限制層的菲利浦電離度；所述手性連續(xù)域束縛態(tài)層的導(dǎo)帶有效態(tài)密度分布具有函數(shù)y＝a+b*x/lnx第四象限曲線分布，其中a、b為任意數(shù)值；所述上限制層的菲利浦電離度≥手性連續(xù)域束縛態(tài)層的菲利浦電離度≥上波導(dǎo)層的菲利浦電離度。

3、優(yōu)選地，所述手性連續(xù)域束縛態(tài)層的折射率系數(shù)分布具有函數(shù)y＝ex3+fx2+gx+h(e＞0,△＝4(f2-3eg)＜0曲線分布；所述上波導(dǎo)層的折射率系數(shù)≥手性連續(xù)域束縛態(tài)層的折射率系數(shù)≥上限制層的折射率系數(shù)。

4、優(yōu)選地，所述手性連續(xù)域束縛態(tài)層的介電常數(shù)分布具有函數(shù)y＝c+d*arthx曲線分布，其中c、d為任意數(shù)值；所述上波導(dǎo)層的介電常數(shù)≥手性連續(xù)域束縛態(tài)層的介電常數(shù)≥上限制層的介電常數(shù)。

5、優(yōu)選地，所述手性連續(xù)域束縛態(tài)層的菲利浦電離度分布、導(dǎo)帶有效態(tài)密度分布、折射率系數(shù)分布、介電常數(shù)分布具有如下關(guān)系：a≥c≥h≥d。

6、優(yōu)選地，所述手性連續(xù)域束縛態(tài)層的in/h元素比例分布具有函數(shù)y＝e+f*tanx曲線分布；所述手性連續(xù)域束縛態(tài)層的in/c元素比例分布具有函數(shù)y＝g+h*arthx曲線分布；所述手性連續(xù)域束縛態(tài)層的in/o元素比例分布具有函數(shù)y＝j(luò)+k*arcsinx曲線分布；其中e、g、j為任意數(shù)值，且j≥g≥e。

7、優(yōu)選地，所述手性連續(xù)域束縛態(tài)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。

8、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的任意一種或任意組合，厚度為10～200埃米。

9、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。

10、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、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。

11、相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明實(shí)施例提供的一種半導(dǎo)體激光元件，其有益效果在于：

12、所述手性連續(xù)域束縛態(tài)層利用面外鏡面對稱與面內(nèi)鏡面非對稱形成三維手性結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)激光與特定自旋方向圓偏振光的手性相互作用，并增強(qiáng)電子與光子雙重三維強(qiáng)限制，實(shí)現(xiàn)近場耦合的光束偏折和聚焦，提升激光相干性、遠(yuǎn)場ffp質(zhì)量和光束質(zhì)量因子，減少聚焦光斑尺寸；并產(chǎn)生拓?fù)涔饬Σ倏v有源層導(dǎo)帶和價(jià)帶的光力分布，產(chǎn)生斯格明子霍爾效應(yīng)，誘導(dǎo)調(diào)制反演對稱性破缺和準(zhǔn)費(fèi)米能級釘扎效應(yīng)，解決電容下沉和理想因子上跳問題，降低溫度淬滅比例。

13、同時(shí)，手性連續(xù)域束縛態(tài)層打破z軸對稱性和角向?qū)ΨQ性，使激光遠(yuǎn)場偏振態(tài)從線偏振渦旋變?yōu)闄E圓偏振渦旋，使本征電場束縛在激光的波導(dǎo)層與量子阱周圍，限制光在上波導(dǎo)層和下波導(dǎo)層傳播，提升激光的光場局域能力和品質(zhì)因素，并增強(qiáng)光與物質(zhì)相互作用的非線性諧波，降低力學(xué)損耗和光場耗散，抑制光場模式泄漏到襯底，進(jìn)一步提升遠(yuǎn)場圖像ffp質(zhì)量和限制因子，提升激光頻譜純度和光束質(zhì)量因子。