[发明专利]单片集成多波长量子级联激光器阵列结构及其制作方法

权利要求书

1.一种单片集成多波长量子级联激光器阵列结构，其中，包括形成于衬底上，脊型的阵列直条区、分布布拉格反射区和光束组合区；

阵列直条区，形成呈阵列结构的多个解离腔；

分布布拉格反射区，与所述阵列直条区结合形成呈阵列结构的多个完整谐振腔，其中，所述分布布拉格反射区包括多个呈阵列结构的分布布拉格反射单元，各个所述分布布拉格反射单元的二级光栅的周期不同；

光束组合区，用于将所述呈阵列结构的多个完整谐振腔耦合集成，实现光束多波长连续同轴输出；

其中，所述阵列直条区、分布布拉格反射区和光束组合区由下至上依次包括：下波导层、下限制层、有源层、上限制层、上波导层和欧姆接触层；

在所述上限制层对应所述分布布拉格反射区刻蚀形成二级光栅。

2.根据权利要求1所述的单片集成多波长量子级联激光器阵列结构，其中，在所述欧姆接触层的阵列直条区与分布布拉格反射区之间，以及分布布拉格反射区与光束组合区之间的区域形成电隔离沟，用于各区间的电隔离。

3.根据权利要求1所述的单片集成多波长量子级联激光器阵列结构，其中，所述衬底的材料为InP，掺杂浓度为1×10¹⁷~3×10¹⁷ cm^-3；

所述下波导层的材料为n型掺杂的InP，掺杂浓度为2×10¹⁶~4×10¹⁶ cm^-3，厚度为1~3μm；

所述下限制层为n型掺杂的InGaAs，掺杂浓度为2×10¹⁶cm^-3，厚度为200nm。

4.根据权利要求1所述的单片集成多波长量子级联激光器阵列结构，其中，所述有源层由20~60个周期的InGaAs/InAlAs叠层依次堆叠构成，所述有源层对应的光波长为4~12μm。

5.根据权利要求1所述的单片集成多波长量子级联激光器阵列结构，其中，所述上限制层为n型掺杂的InGaAs，掺杂浓度为2×10¹⁶cm^-3，厚度为300nm。

6.根据权利要求1所述的单片集成多波长量子级联激光器阵列结构，其中，所述上限制层对应所述分布布拉格反射区的区域，二级光栅刻蚀深度为120~150nm，二级光栅占空比不等于50%。

7.根据权利要求1所述的单片集成多波长量子级联激光器阵列结构，其中，所述上波导层为n型掺杂的InP，所述上波导层在靠近所述上限制层的3.4μm厚度的上波导层的掺杂浓度为1~3×10¹⁶cm^-3，靠近所述欧姆接触层的0.2μm厚度的上波导层的掺杂浓度线性渐变，整体厚度为3.6μm。

8.根据权利要求1所述的单片集成多波长量子级联激光器阵列结构，其中，所述欧姆接触层为n型掺杂的InP，掺杂浓度为5×10¹⁸cm^-3，厚度为0.5μm。

9.一种单片集成多波长量子级联激光器阵列结构的制作方法，其中，包括以下步骤：

在衬底上依序生长下波导层、下限制层、有源层、上限制层、预备上波导层和预备欧姆接触层；

腐蚀掉所述预备欧姆接触层和预备上波导层，并在所述上限制层上生长掩膜层；

通过光刻和湿法腐蚀形成图案化的掩膜层，以所述图案化的掩膜层作掩膜，在所述上限制层的裸露区域制作二级光栅；

除去所述图案化的掩膜层，二次外延生长上波导层和欧姆接触层；

通过光刻和湿法腐蚀，制作脊型结构，其中腐蚀深度超过所述有源层；

通过光刻和湿法腐蚀，在所述脊型结构上对应所述二级光栅的两侧制作电隔离沟，其中腐蚀深度超过所述欧姆接触层；形成脊型的阵列直条区、分布布拉格反射区和光束组合区，完成制作，其中，所述分布布拉格反射区包括多个呈阵列结构的分布布拉格反射单元，各个所述分布布拉格反射单元的二级光栅的周期不同。