[发明专利]通过生长不同的有源芯层和无源芯层的多波长量子级联激光器

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2012年11月30日提交的、遵照美国35U.S.C.§119的、序号为61/732,289的美国临时申请的优先权，该临时申请的内容是本文的基础，并且全部通过引用并入本文。

技术领域

本说明书总地涉及基于半导体的激光器，更具体地讲，涉及特别适用于诸如下列应用的基于半导体的激光器：气体感测、医疗诊断、以及需要大量不同波长或宽范围波长调谐的其他应用。还公开了制作这样的器件的方法。

背景技术

从量子级联激光器产生中红外(MIR)中的多个波长已经通过如下的方式得以实现，即，设计能够同时发射两个波长的一个单一芯层(参见“Bidirectionalsemiconductorlaser”,C.Gmachl等人,Nature387,777(1999)：一个芯层被设计为相反的偏压导致两个不同波长的发射)，或者将具有不同周期的光栅添加到具有足够宽的增益带宽的一个单一芯层。参见，例如，“High-performance,homogeneousbroad-gainQCLsbasedondual-upper-statedesign”,K.Fujita等人,ApplPhysLett96,241107(2010)、以及同一组人在ApplPhysLett98,231102(2011)中的进一步的著作：一个芯层，该芯层具有宽增益带宽，并且可以被调谐为在宽波长范围上发射(在第一著作中，调谐范围为330cm^-1，在第二著作中，调谐范围为600cm-l)。还参见“BroadbandDistributed-FeedbackQuantumCascadeLaserArrayOperatingFrom8.0to9.8μm”,B.G.Lee等人：一个宽增益芯层，其精确波长由光栅控制的平行器件的阵列。在这些情况下，波长覆盖范围仅为中心波长的大约15-20％。

另一种技术在于将不同的芯层彼此堆叠，每个芯层以不同的波长发射。参见C.Gmachl、D.L.Sivco、R.Colombelli、F.Capasso和A.Y.Cho,“Ultra-broadbandsemiconductorlaser”,Nature,415,883—887,(2002)、以及C.Gmachl、D.L.Sivco、J.N.,Baillargeon、A.L.Hutchinson,F.Capasso和A.Y.Cho,“Quantumcascadelaserswithaheterogeneouscascade:two-wavelengthoperation”,Appl.Phys.Lett.,vol.79,572-574,2001。这里再次，不同周期的光栅可以添加在芯层的上方以使得选择精确的波长，这次由于芯层不同，稍微宽一些的范围(中心波长的30-40％)内的波长。

发明内容

根据本公开的一个方面，一种形成能够生成中红外激光辐射的激光源的方法包括：在基板上生长第一芯层结构；蚀刻掉一个或多个位置上的第一芯层结构；并且在基板上生长第二芯层结构。芯层结构中的至少一个包括以3-14μm的范围内的频率发射的量子级联增益介质。

根据另一个方面，一种能够生成中红外激光辐射的激光源包括：量子级联芯层，其定位在基板上，用于在3-14μm的范围内发射；以及第二芯层，其在基板上，在平面内相对于第一芯层定位。第二芯层是下列之一：a)无源波导芯层；b)被构造为以与第一芯层的频率不同的频率发射的第二量子级联芯层；以及c)半导体有源芯层区域。

对于本领域的技术人员，这些特征和优点以及其他特征和优点从说明书和附图将是清楚的。

附图说明

图1A和1B：根据本发明的多芯层器件的一个实施例的平面示意图和截面示意图；

图2：根据本发明的一个实施例的方法中的某些处理步骤的示意图；

图3A和3B：根据本发明的多芯层器件的一个替代实施例的平面示意图和截面示意图；

图4：根据本发明的器件的某些实施例的一个替代方面的示意性截面图；

图5：根据本发明的器件的某些实施例的另一替代方面的示意性截面图。

具体实施方式