[发明专利]一种带间级联激光器及其制作方法

说明书

本发明提供了一种带间级联激光器及其制作方法，该带间级联激光器通过引入折射率小于中心有源区的n+型的InAsSb作为限制层，代替部分InAs/AlSb超晶格，且其晶格常数与GaSb衬底匹配，与传统的InAs/AlSb超晶格相比，n型重掺杂的InAsSb层具有较高的热导率，提高了红外半导体的工作温度；同时，由于n型重掺杂的InAsSb层具有较低的折射率，可以将光场更多地限制在有源区内，使光场限制因子增大，提高了激光器的光学增益，降低了红外半导体激光器的阈值电流和功耗。

技术领域

本发明涉及半导体激光器技术领域，更具体地说，涉及一种带间级联激光器及其制作方法。

背景技术

随着科学技术的不断发展，各种各样的半导体激光器已广泛应用于人们的生活中，基于工作在红外3μm-12μm的半导体激光器而言，主要应用于气体检测、军事上电子对抗、医学和通信等应用领域。

目前，工作在红外3μm-12μm波段的半导体激光器主要包括量子级联激光器(简称：QCL)，带间级联激光器(简称：ICL)，GaSb基量子阱激光器。特别是量子级联和带间级联激光器，通过改变有源区材料厚度，可大范围调节激射波长，克服传统量子阱结构中材料禁带范围有限的问题。进一步的，级联结构通过内部电子循环利用，一个电子产生多个激射光子，从而大幅度提高量子效率(超过100％)和材料增益。

即使，量子级联激光器和带间级联激光器都是基于级联结构，但是二者存在本质上区别。

对于量子级联激光器而言，光子产生于子带间跃迁，受限于快声子散射(皮秒或更短)；对于带间级联激光器，带间跃迁产生光子，载流子寿命由俄歇复合(纳秒)决定，远长于快速声子散射引起的子带间跃迁。

因此，带间级联激光器的阈值电流密度和功耗都比量子级联激光器低很多。例如，在室温脉冲工作时，带间级联激光器的阈值电流密度能低于100A/cm²，而量子级联激光器的阈值电流密度普遍高于1000A/cm²。

但是，目前带间级联激光器的阈值电流较大，功耗较高，特别是在波长较长时(大于6μm)。

发明内容

有鉴于此，为解决上述问题，本发明提供一种带间级联激光器及其制作方法，技术方案如下：

一种带间级联激光器，所述带间级联激光器包括：

衬底；

在所述衬底的一侧，沿第一方向依次设置的n+型的第一InAsSb外限制层、第一InAs/AlSb超晶格中间限制层、第一波导层、级联区、第二波导层、第二InAs/AlSb超晶格中间限制层和n+型的第二InAsSb外限制层；

其中，所述第一方向垂直于所述衬底，且由所述衬底指向所述第一InAsSb外限制层。

可选的，在上述带间级联激光器中，所述第一InAsSb外限制层的厚度为0.5μm-2μm，n型掺杂浓度为1×10¹⁸cm^-3-1×10²⁰cm^-3。

可选的，在上述带间级联激光器中，所述第一InAs/AlSb超晶格中间限制层的生长周期为100-300；

每一个生长周期中InAs层的厚度为2nm-3nm，AlSb层的厚度为2nm-3nm；

所述InAs层为n型掺杂，掺杂浓度为1×10¹⁶cm^-3-1×10¹⁸cm^-3；所述AlSb层为未掺杂AlSb层。