[發(fā)明專利]一維光子晶體調(diào)制的量子級聯(lián)激光器管芯結(jié)構(gòu)及制造方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200610012127.0
• 申請日: 2006-06-07
• 公開（公告）號: CN101087057A
• 公開（公告）日: 2007-12-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 邵燁;劉峰奇;劉俊歧;李路
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所
• 主分類號: H01S5/00
• 分類號: H01S5/00;H01S5/10;H01S5/343;H01S5/40
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 湯保平

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，是一種將一維光子晶體結(jié)構(gòu)應(yīng)用于量子級聯(lián)激光器的管芯結(jié)構(gòu)，本方法的獨(dú)特之處在于利用一維光子晶體可以減小光的腔面損耗。本發(fā)明是涉及一維光子晶體調(diào)制的量子級聯(lián)激光器管芯結(jié)構(gòu)及制造方法。

背景技術(shù)

中紅外波段3～5μm和遠(yuǎn)紅外波段8～12μm是兩個非常重要的大氣窗口，工作于該波段的激光器和探測器在大氣環(huán)境監(jiān)測以及紅外對抗等領(lǐng)域具有十分廣闊的應(yīng)用前景。量子級聯(lián)激光器波長位于中遠(yuǎn)紅外，能夠覆蓋這兩個大氣窗口，是“能帶工程”設(shè)計與高精度的分子束外延材料生長技術(shù)相結(jié)合的新型器件。

量子級聯(lián)激光器作為一種基于子帶間電子躍遷的單極性光源與普通的半導(dǎo)體激光器相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：首先其激射波長與有源區(qū)材料的禁帶寬度無關(guān)，主要由有源區(qū)的量子阱厚度決定；人們可以選取研究得更加成熟和更加可靠的材料，通過調(diào)整量子阱的寬度，可以在很大的波長范圍內(nèi)改變激射波長；其次，單極載流子的躍遷產(chǎn)生的光具有單向偏振(TM波)性，并且這些躍遷態(tài)的聯(lián)合態(tài)密度類似于δ函數(shù)，對應(yīng)的增益譜很窄、對稱和具有較小的溫度敏感系數(shù)，因此可望得到很低的閾值電流和單縱模輸出；還有，其激發(fā)過程本質(zhì)上是一種載流子在導(dǎo)帶內(nèi)子帶間的躍遷，子帶間俄歇復(fù)合可以忽略，理論上量子級聯(lián)激光器具有較高的特征溫度。正是由于具有這些特點(diǎn)，量子級聯(lián)激光器成為國際上研究的一大熱點(diǎn)。

采用應(yīng)變補(bǔ)償技術(shù)的磷化銦基量子級聯(lián)激光器，由于InGaAs/InAlAs形成的導(dǎo)帶不連續(xù)能量差較大，使器件性能提高，是目前研究與應(yīng)用較為廣泛的一種材料結(jié)構(gòu)體系。

本發(fā)明是一種新型結(jié)構(gòu)，將一維光子晶體應(yīng)用于應(yīng)變補(bǔ)償?shù)牧谆熁孔蛹壜?lián)激光器。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于，提供一種一維光子晶體調(diào)制的量子級聯(lián)激光器管芯結(jié)構(gòu)及制造方法，其利用了一維光子晶體在其折射率周期變化的方向上存在光子帶隙，處于光子帶隙中光沿著光子晶體折射率周期變化的方向不能傳播的原理，將一維光子晶體作為激光器諧振腔的后腔面來增大諧振腔的后腔面反射率，以提高激光器性能。

本發(fā)明一種一維光子晶體調(diào)制的量子級聯(lián)激光器管芯結(jié)構(gòu)，其特征在于，該結(jié)構(gòu)包括：

一襯底；

一量子級聯(lián)激光器諧振腔，該量子級聯(lián)激光器諧振腔制作在襯底上；

一一維光子晶體結(jié)構(gòu)，該一維光子晶體結(jié)構(gòu)由深刻蝕形成的空氣介質(zhì)與激光器材料介質(zhì)交替重復(fù)多個周期組成，該一維光子晶體結(jié)構(gòu)位于量子級聯(lián)激光器諧振腔的后腔面，該一維光子晶體結(jié)構(gòu)制作在襯底上；

一下歐姆接觸層，該下歐姆接觸層蒸鍍在襯底背面。

其中襯底為磷化銦材料。

其中管芯結(jié)構(gòu)激光器諧振腔的斷面結(jié)構(gòu)包括：

一下覆蓋層，該下覆蓋層生長在襯底上；

一有源層，該有源層生長在下覆蓋層上；

一上覆蓋層，該上覆蓋層生長在有源層上；

一波導(dǎo)層，該波導(dǎo)層生長在上覆蓋層上；

一接觸層，該接觸層生長在波導(dǎo)層上；

一隔離層，該隔離層淀積在接觸層上和襯底上，并且覆蓋了下覆蓋層、有源層、上覆蓋層、波導(dǎo)層、接觸層的兩側(cè)側(cè)面；該隔離層的中間縱向開有一電流注入窗口；

一上歐姆接觸層，該上歐姆接觸層蒸鍍在隔離層上，并覆蓋住電流注入窗口。

其中管芯結(jié)構(gòu)一維光子晶體結(jié)構(gòu)的斷面結(jié)構(gòu)包括：

一下覆蓋層，該下覆蓋層生長在襯底上；

一有源層，該有源層生長在下覆蓋層上；

一上覆蓋層，該上覆蓋層生長在有源層上；

一波導(dǎo)層，該波導(dǎo)層生長在上覆蓋層上；

一接觸層，該接觸層生長在波導(dǎo)層上；

一隔離層，該隔離層淀積在接觸層上和襯底上，并且覆蓋了下覆蓋層、有源層、上覆蓋層、波導(dǎo)層、接觸層的兩側(cè)側(cè)面。

本發(fā)明一種一維光子晶體調(diào)制的量子級聯(lián)激光器管芯結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，該方法包括如下步驟：

1)在襯底上采用分子束外延的方法依次生長下覆蓋層、有源層、上覆蓋層、波導(dǎo)層、接觸層；

2)采用曝光和干法刻蝕技術(shù)，將襯底上生長的材料兩側(cè)刻蝕，形成斷面為倒T型的脊形結(jié)構(gòu)；同時在襯底上生長的材料所形成的脊形結(jié)構(gòu)的一端縱向刻蝕出空氣介質(zhì)與激光器材料介質(zhì)的多個重復(fù)周期的結(jié)構(gòu)，形成一維光子晶體結(jié)構(gòu)和量子級聯(lián)激光器諧振腔；

3)在襯底的上表面和襯底上生長的材料表面及兩側(cè)淀積一層隔離層；

4)采用光刻和化學(xué)腐蝕的方法，在量子級聯(lián)激光器諧振腔上的隔離層中間形成一電流注入窗口；