[發明專利]紅外半導體激光器及其制備方法

在審

• 申請號: 202011463525.0
• 申請日: 2020-12-11
• 公開（公告）號: CN112582879A
• 公開（公告）日: 2021-03-30
• 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: H01S5/20
• 分類號: H01S5/20;H01S5/32;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

本申請實施例公開了一種紅外半導體激光器及其制備方法，包括多個級聯臺階、關于多個級聯臺階對稱設置的第一波導層和第二波導層以及關于多個級聯臺階對稱設置的第一外限制層和第二外限制層，其中，第一外限制層和第二外限制層均為n型重摻雜的InAs層，由于n型重摻雜的InAs層具有較低的折射率，增大了外限制層和級聯臺階的折射率差值，從而使級聯臺階中的光場限制因子增大，提高了紅外半導體激光器的光學增益，進而降低了紅外激光器的閾值電流和能耗。同時，由于n型重摻雜的InAs層具有較高的熱導率，避免了熱量積累，從而提高了紅外激光器的工作溫度。

技術領域

本申請涉及紅外半導體激光器技術領域，尤其涉及一種紅外半導體激光器及其制備方法。

背景技術

中紅外半導體激光器主要有量子級聯激光器(Quantum Cascade Laser，簡稱QCL)和帶間級聯激光器(Interband Cascade Lasers，簡稱ICL)，是一種有效的全固化中紅外光源，其廣泛應用于痕量氣體檢測技術，其中，痕量氣體檢測技術又在有毒和爆炸物氣體檢測，大氣監測，工業廢氣，疾病診斷和農業環境氣體檢測等諸多領域存在廣泛應用。

這是由于該中紅外3μm-12μm波段包含很多原子和氣體很強的吸收峰，例如甲烷的吸收峰為3.27μm，一氧化碳的吸收峰為4.67μm，二氧化氮的吸收峰為6.2μm。而且，在此中紅外波段內，分子譜線重合較少，交叉干擾更小，因此，該中紅外波段是檢測高靈敏度痕量氣體的理想波段。另外，由于中紅外半導體激光器具有探測精度高、響應速度快、選擇性好、輸出波長單一以及穩定性強等優勢，使得基于中紅外半導體激光器的痕量氣體檢測技術與其他類型的氣體檢測技術相比，也具有探測精度高，響應速度快，選擇性好，輸出波長單一以及能夠長光程開放測量(即指對在光源和接收器之間長的開放光程上的氣體進行測量，例如，在開放的大氣中進行測量)等優勢。

然而現有的中紅外半導體激光器的閾值電流較大，功耗較高。

發明內容

為解決上述技術問題，本申請實施例提供了一種紅外半導體激光器及其制備方法，以n型重摻雜的InAs層作為外限制層，能顯著降低紅外半導體激光器的閾值電流，從而降低紅外半導體激光器的功耗。

為解決上述問題，本申請實施例提供了如下技術方案：

一種紅外半導體激光器，包括：外延結構，所述外延結構包括：

襯底，所述襯底為n型襯底；

位于所述襯底表面的第一外限制層，所述第一外限制層為n型重摻雜的InAs層；

位于所述第一外限制層背離所述襯底一側的第一波導層；

位于所述第一波導層背離所述襯底一側的多個級聯臺階，所述級聯臺階包括電子注入結構、W型量子阱結構和空穴注入結構；

位于所述多個級聯臺階背離所述襯底一側的第二波導層，其中，所述第二波導層和所述第一波導層關于所述多個級聯臺階對稱設置；

位于所述第二波導層背離所述襯底一側的第二外限制層，其中，所述第二外限制層和所述第一外限制層關于所述多個級聯臺階對稱設置，所述第二外限制層為n型重摻雜的InAs層。

可選的，所述第一外限制層和所述第二外限制層的摻雜濃度的取值范圍均為1×10¹⁸cm^-3-1×10²⁰cm^-3，所述第一外限制層和所述第二外限制層的厚度的取值范圍均為0.5μm-3μm。

可選的，還包括：

位于所述第一外限制層和所述第一波導層之間的第一中間限制層；

位于所述第二外限制層和所述第二波導層之間的第二中間限制層，所述第二中間限制層和所述第一中間限制層關于所述多個級聯臺階對稱設置；