[發明專利]一種可調諧襯底發射量子級聯激光器陣列器件有效

申請號：	201310705313.2	申請日：	2013-12-19
公開（公告）號：	CN103715607A	公開（公告）日：	2014-04-09
發明（設計）人：	閆方亮;張錦川;姚丹陽;卓寧;王利軍;劉峰奇;王占國	申請（專利權）人：	中國科學院半導體研究所
主分類號：	H01S5/42	分類號：	H01S5/42;H01S5/187
代理公司：	中科專利商標代理有限責任公司 11021	代理人：	宋焰琴
地址：	100083 ***	國省代碼：	北京;11
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摘要：
搜索關鍵詞：	一種調諧襯底發射量子級聯激光器陣列器件
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【說明書】：

技術領域

本發明涉及半導體光電器件技術領域，尤其涉及一種中紅外波長可調諧襯底發射量子級聯陣列器件，更具體而言，是基于取樣布拉格光柵技術制備的二級分布反饋量子級聯激光器陣列襯底發射器件。

背景技術

量子級聯激光器(QCL)是一種基于電子的共振隧穿及子帶躍遷的新型半導體激光器，其波長可以覆蓋3～24um的波段，這一波段覆蓋了諸如CO₂、CO、SO₂、N₂、NH₃等氣體的分子吸收峰，因此QCL在氣體探測和環境監測方面有著重要的應用前景。

要進行環境中多種氣體的同時探測，QCL需要滿足兩方面的特點：其一為單模；其二為波長可調諧；針對以上兩方面的需求，科學家給出了很多種解決方案：普通DFB激光器[C.Gmachl，A.Straub，R.Colombelli，F.Cappasso，et.al，IEEE?J.Quantum?Electron.38，569(2002)]能夠實現單模輸出，但調諧范圍有限；外腔量子級聯激光器[R.Maulini，M.Beck，J.Faist，and?E.Gini，Appl.Phys.Lett.84，1659(2004)]可以實現室溫脈沖寬調諧的目的，但是外腔QCL系統復雜，對于光學器件、準直光路有很高的要求，成本高，不利系統小型化和產業化；盡管常規邊發射DFB-QCL陣列器件[Benjamin?G.Lee，Mikhail?A.Belkin，ROss?Audet，et.al，Appl.Phys.Lett91，233301(2007)]可以單片集成多個不同光柵周期的DFB激光器，從而實現單模、寬調諧的目的，但其仍然存在光束質量不高，遠場發散角比較大的本征性缺點，從而極大影響了量子級聯激光器的實際應用。

面發射QCL陣列器件可以實現單片集成多個面發射分布反饋量子級聯激光器單元，其中每個單元的脊波導中具有不同取樣光柵周期，從而實現不同波長激光的單模激射，達到寬調諧的目的。面發射量子級聯激光器具有遠場發散角小和單模工作的優點，十分有利于將激光器耦合進光學系統等實際應用，而且襯底面發射器件能夠采用倒焊的方式，加強了激光器散熱能力，更有利于實現室溫連續工作。

發明內容

為解決現有技術中存在的上述一個問題或多個問題，本發明提供一種可調諧襯底發射量子級聯激光器陣列器件，可以實現單片集成多個不同波長的面發射DFB單元，同時采用陣列器件倒焊技術，不僅能夠實現QCL單模、可調諧的特點，而且能夠提供室溫連續工作的低發散角、高質量光束襯底發射QCL光源。

本發明提供一種可調諧襯底發射量子級聯激光器陣列器件，其特征在于，包括，

一襯底，其上依次生長有下波導層、下限制層、有源區、上限制層、上波導層、梯度摻雜蓋層和高摻層；

一陣列器件，其包含多個DFB激光器單元，每個DFB激光器單元具有脊型波導結構，脊兩側的雙溝腐蝕至有源區的下表面，脊上面的高摻層上刻蝕有二級布拉格取樣光柵結構，不同DFB激光器單元脊型波導結構上面的二級布拉格取樣光柵具有不同的取樣周期；

一二氧化硅層，其覆蓋了整個脊型波導結構的表面區域；

一正面電極層，其生長在二氧化硅層的上面及所述二級布拉格取樣光柵上面；

一電隔離溝，其位于陣列器件兩個相鄰的DFB激光器單元的脊型波導之間；

一背面金屬電極層，其生長在在襯底的下表面；

一出光窗口，其位于襯底下表面未被背面金屬電極層覆蓋的位置，每個DFB激光器單元的脊型波導均對應一個出光窗口；

其中，陣列器件前后腔面蒸鍍高反膜，形成完整的量子級聯激光器陣列器件。

本發明將能夠發射不同波長的單模面發射QCL陣列單元集成為一個器件，同時采用倒焊的工藝，不僅能夠保證器件的單模、可調諧及高質量的光束特點，而且還可以實現陣列器件的室溫連續工作，從而能夠為氣體探測的應用提供高質量的QCL光源。