[发明专利]锥形光子晶体量子级联激光器及其制作方法

权利要求书

1.一种近衍射极限光束输出的锥形光子晶体量子级联激光器，其特征在于，该结构包括：

一衬底；

一下波导层，该下波导层利用分子束外延方法生长在衬底之上；

一量子级联有源区，该有源区利用分子束外延方法生在下波导层之上；

一上波导层，该上波导层利用分子束外延方法生长在有源区之上；

一上包层，该上包层利用分子束外延方法生长在上波导层之上；

一上覆盖层，该上覆盖层利用分子束外延方法生长在上包层之上；

一欧姆接触层，该欧姆接触层利用分子束外延方法生长在上覆盖层之上；

一光子晶体波导结构，该光子晶体波导结构制作于上覆盖层和欧姆接触层之中；

一双沟脊型波导结构，通过湿法腐蚀或干法刻蚀工艺欧姆接触层而形成，该双沟脊型波导结构由两部分组成，一部分是均匀脊宽的主控振荡区，一部分是锥形增益放大区；

一电绝缘层，该电绝缘层沉积在欧姆接触层之上，覆盖整个双沟脊型波导结构，在覆盖有绝缘层的脊台中心部位留出电注入窗口；

一正面电极，制作于电绝缘层之上；

一背面电极，制作于衬底背面；

一锥形增益放大区前腔面蒸镀的介质增透膜；

一均匀脊后腔面蒸镀的金属高反膜。

2.根据权利要求1所述的近衍射极限光束输出的锥形光子晶体量子级联激光器，其特征在于，所述下波导层为低掺杂的InGaAs层，低掺杂的InGaAs下波导层具有较高的折射率，根据模式理论，高折射率材料能够对光起到更高的限制作用，提高有源区的光场限制因子。

3.根据权利要求1所述的近衍射极限光束输出的锥形光子晶体量子级联激光器，其特征在于，所述量子级联有源区包括由InGaAs/InAlAs材料组成的多耦合量子阱重复结构，每个周期都在结构上分为两部分，一部分是用以提供载流子注入的注入区，另一部分是用于实现载流子子带间跃迁光辐射的有源区，两部分结合在一起可以实现单极载流子的注入、子带间跃迁、辐射光子、激射波长在所设计的要求范围内。

4.根据权利要求1所述的近衍射极限光束输出的锥形光子晶体量子级联激光器，其特征在于，所述上波导层为低掺杂的InGaAs层。

5.根据权利要求1所述的近衍射极限光束输出的锥形光子晶体量子级联激光器，其特征在于，所述上包层为低掺杂的InP层。

6.根据权利要求1所述的近衍射极限光束输出的锥形光子晶体量子级联激光器，其特征在于，所述上覆盖层为高掺杂的InP层，用来提供载流子注入。

7.根据权利要求1所述的近衍射极限光束输出的锥形光子晶体量子级联激光器，其特征在于，所述欧姆接触层为高掺杂的InP层，用于与金属Ti/Au电极形成良好的欧姆接触，提供电注入。

8.根据权利要求1所述的近衍射极限光束输出的锥形光子晶体量子级联激光器，其特征在于，所述双沟脊型波导结构由两部分组成，一部分是具有均匀脊宽的主控振荡区，脊宽为10μm至20μm，长度为500μm至1000μm；一部分是具有一定发散角的锥形增益放大区，脊型台面的腐蚀深度到达有源区之下，为有源区提供侧壁陡直的横向波导结构，深度为7μm至8μm，锥形区域的长度为1000μm至1500μm，锥形发散角为1°至4°，双沟的宽度为50μm。

9.根据权利要求1所述的近衍射极限光束输出的锥形光子晶体量子级联激光器，其特征在于，所述光子晶体波导结构位于上覆盖层和欧姆接触层之中，该光子晶体波导结构为一维光子晶体，或者为二维光子晶体，一维光子晶体的情况即为光栅，光栅周期根据Bragg公式Λ＝λ/2n_eff来确定，其中，λ为激光器激射波长，n_eff为器件有效折射率；二维光子晶体为圆孔形点阵，圆孔直径为400至600nm，二维点阵为正方点阵，或者为六方点阵，光子晶体的深度为450nm至550nm。

10.根据权利要求1所述的近衍射极限光束输出的锥形光子晶体量子级联激光器，其特征在于，所述电绝缘层为二氧化硅或者氮化硅薄膜材料，电绝缘层覆盖整个双沟脊型波导结构表面，在双沟脊型波导结构的中间部位留出电注入窗口，窗口宽度根据脊宽而定，要比脊宽略窄。