[發明專利]一種帶間級聯激光器及其制作方法

在審

• 申請號: 202011460100.4
• 申請日: 2020-12-11
• 公開（公告）號: CN112563885A
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發明（設計）人: 黃文祥
• 申請（專利權）人: 睿創微納（無錫）技術有限公司
• 主分類號: H01S5/343
• 分類號: H01S5/343
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 李曉光

本發明提供了一種帶間級聯激光器及其制作方法，該帶間級聯激光器通過引入折射率小于中心有源區的n+型的InAsSb作為限制層，代替部分InAs/AlSb超晶格，且其晶格常數與GaSb襯底匹配，與傳統的InAs/AlSb超晶格相比，n型重摻雜的InAsSb層具有較高的熱導率，提高了紅外半導體的工作溫度；同時，由于n型重摻雜的InAsSb層具有較低的折射率，可以將光場更多地限制在有源區內，使光場限制因子增大，提高了激光器的光學增益，降低了紅外半導體激光器的閾值電流和功耗。

技術領域

本發明涉及半導體激光器技術領域，更具體地說，涉及一種帶間級聯激光器及其制作方法。

背景技術

隨著科學技術的不斷發展，各種各樣的半導體激光器已廣泛應用于人們的生活中，基于工作在紅外3μm-12μm的半導體激光器而言，主要應用于氣體檢測、軍事上電子對抗、醫學和通信等應用領域。

目前，工作在紅外3μm-12μm波段的半導體激光器主要包括量子級聯激光器(簡稱：QCL)，帶間級聯激光器(簡稱：ICL)，GaSb基量子阱激光器。特別是量子級聯和帶間級聯激光器，通過改變有源區材料厚度，可大范圍調節激射波長，克服傳統量子阱結構中材料禁帶范圍有限的問題。進一步的，級聯結構通過內部電子循環利用，一個電子產生多個激射光子，從而大幅度提高量子效率(超過100％)和材料增益。

即使，量子級聯激光器和帶間級聯激光器都是基于級聯結構，但是二者存在本質上區別。

對于量子級聯激光器而言，光子產生于子帶間躍遷，受限于快聲子散射(皮秒或更短)；對于帶間級聯激光器，帶間躍遷產生光子，載流子壽命由俄歇復合(納秒)決定，遠長于快速聲子散射引起的子帶間躍遷。

因此，帶間級聯激光器的閾值電流密度和功耗都比量子級聯激光器低很多。例如，在室溫脈沖工作時，帶間級聯激光器的閾值電流密度能低于100A/cm²，而量子級聯激光器的閾值電流密度普遍高于1000A/cm²。

但是，目前帶間級聯激光器的閾值電流較大，功耗較高，特別是在波長較長時(大于6μm)。

發明內容

有鑒于此，為解決上述問題，本發明提供一種帶間級聯激光器及其制作方法，技術方案如下：

一種帶間級聯激光器，所述帶間級聯激光器包括：

襯底；

在所述襯底的一側，沿第一方向依次設置的n+型的第一InAsSb外限制層、第一InAs/AlSb超晶格中間限制層、第一波導層、級聯區、第二波導層、第二InAs/AlSb超晶格中間限制層和n+型的第二InAsSb外限制層；

其中，所述第一方向垂直于所述襯底，且由所述襯底指向所述第一InAsSb外限制層。

可選的，在上述帶間級聯激光器中，所述第一InAsSb外限制層的厚度為0.5μm-2μm，n型摻雜濃度為1×10¹⁸cm^-3-1×10²⁰cm^-3。

可選的，在上述帶間級聯激光器中，所述第一InAs/AlSb超晶格中間限制層的生長周期為100-300；

每一個生長周期中InAs層的厚度為2nm-3nm，AlSb層的厚度為2nm-3nm；

所述InAs層為n型摻雜，摻雜濃度為1×10¹⁶cm^-3-1×10¹⁸cm^-3；所述AlSb層為未摻雜AlSb層。