[发明专利]中红外超晶格带间跃迁激光器及其制备方法

说明书

一种中红外超晶格带间跃迁激光器，包括：衬底，为N型镓锑材料；下限制层，制备于衬底上，为N型掺杂的AlGaAsSb；下波导层，制备于下限制层上，为非掺杂的AlGaInAsSb；有源区，制备于下波导层上，为超晶格带间跃迁有源区，所述有源区包括：输运电子的InAs/AlSb超晶格；以及输运空穴的InGaSb/AlSb超晶格；上波导层，制备于有源区上，为非掺杂的AlGaInAsSb；上限制层，制备于上波导层上，P型掺杂的AlGaAsSb；以及上接触层，制备于上限制层上，为P型掺杂的GaSb；所述激光器能够缓解量子阱激光器长波长波段容易受到俄歇复合的限制的问题，以及带间级联激光器由于采用W型有源区结构，导致其增益较小，并且其本身对于电子和空穴的限制作用不强导致其较难实现短波长工作等技术问题。

技术领域

本公开涉及中红外半导体激光器领域，尤其涉及一种中红外超晶格带间跃迁激光器及其制备方法。

背景技术

2-5μm波段包含非常重要的大气窗口，非对称原子和多原子分子气体在2-5um波段下存在强的吸收峰，比如水分子就在2.7um处有较强的吸收峰，甲烷CH₄在3.41um有吸收峰，氯化氢气体HCl在3.54um处有吸收峰，这种特性是具有红外活性物质本身固有的一种属性。比如在2-2.5μm的波段，水蒸气吸收特别弱，而一些污染气体，如C0，CH₄，NO₂，这些气体的吸收特别强，所以极为适合环境监测。中红外激光气体检测技术与其他气体检测技术相比，具有一系列优势：测量范围广，波长覆盖中红外波段；探测精度高；响应速度快，可实现实时在线测量；选择性好，输出波长单一，调谐精度高，不受背景气体干扰；可实现长光程开放式测量。基于中红外激光器的吸收光谱技术(TDLAS)和光声光谱技术(PAS)在工业气体在线分析、环境监测、呼吸检测等领域都存在广泛的应用前景。除此之外，在军事领域，目前的红外制导导弹已经从第一代的寻的制导向第四代2-5um波段中红外波段凝视成像制导发展，该技术大大提高了红外制导导弹的灵敏度和抗干扰能力，使其获得了更远的攻击距离，并使一些传统的红外对抗手段如闪光灯、红外干扰弹等效能大减，在战争中威胁极大。对付其最有效的方法，就是基于2-5μm中红外半导体激光对抗武器系统，可以使得制导系统中焦平面阵列探测器致盲失效，甚至完全物理摧毁。除此之外，这个波段的激光器还可以用在自由空间光通信中，自由空间光通信系统利用大气作为传输媒介进行光信号传输，具有高度定向性、高度隐形性、高度保密性。中远红外半导体激光器的激射射波长覆盖2-5μm和8-13μm这两个大气窗口，可作为光发射机进行通信，大大减小雾霾等恶劣天气的影响，提高稳定性。同时自由空间通讯无需铺设光纤网络，就可以长距离通讯，星地通讯。

目前可以实现中红外波段的激光器主要有GaSb基一类量子阱激光器，GaSb基一类量子阱级联激光器以及GaSb基带间级联激光器这三种，普通的一类量子阱激光器由于在长波长波段容易受到俄歇复合的限制，较难实现较长波段的激射，而带间级联激光器由于采用W型有源区结构，较难实现粒子数反转，并且其本身对于电子和空穴的限制作用不强导致其较难实现短波长的工作。

公开内容

(一)要解决的技术问题

本公开提供了一种中红外超晶格带间跃迁激光器及其制备方法，以缓解现有技术中量子阱激光器长波长波段容易受到俄歇复合的限制的问题，以及带间级联激光器由于采用W型有源区结构，导致其增益较小，并且其本身对于电子和空穴的限制作用不强导致其较难实现短波长工作等技术问题。

(二)技术方案