一种可调谐衬底发射量子级联激光器阵列器件制造技术

本发明专利技术公开了一种可调谐衬底发射量子级联激光器阵列器件，包括：衬底；衬底上表面依次生长的下波导层、下限制层、有源区、上限制层、上波导层、盖层以及高掺层；阵列器件，其包含多个DFB激光器单元，每个DFB激光器单元具有脊型波导结构，脊上面的高掺层上具有二级取样布拉格光栅结构，不同布拉格光栅具有不同取样周期；二氧化硅层，覆盖整个脊型波导结构的表面区域；正面电极层，生长在二氧化硅层上面及布拉格光栅上面；电隔离沟，位于阵列器件中两个相邻的DFB激光器的脊型波导结构之间；背面金属电极层，生长在衬底的下表面；出光窗口，位于衬底的下表面，阵列器件中的每个DFB激光器单元的脊型波导均对应一个出光窗口。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种可调谐衬底发射量子级联激光器阵列器件，包括：衬底；衬底上表面依次生长的下波导层、下限制层、有源区、上限制层、上波导层、盖层以及高掺层；阵列器件，其包含多个DFB激光器单元，每个DFB激光器单元具有脊型波导结构，脊上面的高掺层上具有二级取样布拉格光栅结构，不同布拉格光栅具有不同取样周期；二氧化硅层，覆盖整个脊型波导结构的表面区域；正面电极层，生长在二氧化硅层上面及布拉格光栅上面；电隔离沟，位于阵列器件中两个相邻的DFB激光器的脊型波导结构之间；背面金属电极层，生长在衬底的下表面；出光窗口，位于衬底的下表面，阵列器件中的每个DFB激光器单元的脊型波导均对应一个出光窗口。【专利说明】一种可调谐衬底发射量子级联激光器阵列器件
本专利技术涉及半导体光电器件
，尤其涉及一种中红外波长可调谐衬底发射量子级联阵列器件，更具体而言，是基于取样布拉格光栅技术制备的二级分布反馈量子级联激光器阵列衬底发射器件。
技术介绍
量子级联激光器(QCL)是一种基于电子的共振隧穿及子带跃迁的新型半导体激光器，其波长可以覆盖3?24um的波段，这一波段覆盖了诸如CO2、CO、SO2、N2、NH3等气体的分子吸收峰，因此QCL在气体探测和环境监测方面有着重要的应用前景。要进行环境中多种气体的同时探测，QCL需要满足两方面的特点:其一为单模；其二为波长可调谐；针对以上两方面的需求，科学家给出了很多种解决方案:普通DFB激光器能够实现单模输出，但调谐范围有限；外腔量子级联激光器可以实现室温脉冲宽调谐的目的，但是外腔QCL系统复杂，对于光学器件、准直光路有很高的要求，成本高，不利系统小型化和产业化；尽管常规边发射DFB-QCL阵列器件可以单片集成多个不同光栅周期的DFB激光器，从而实现单模、宽调谐的目的，但其仍然存在光束质量不高，远场发散角比较大的本征性缺点，从而极大影响了量子级联激光器的实际应用。面发射QCL阵列器件可以实现单片集成多个面发射分布反馈量子级联激光器单元，其中每个单元的脊波导中具有不同取样光栅周期，从而实现不同波长激光的单模激射，达到宽调谐的目的。面发射量子级联激光器具有远场发散角小和单模工作的优点，十分有利于将激光器耦合进光学系统等实际应用，而且衬底面发射器件能够采用倒焊的方式，力口强了激光器散热能力，更有利于实现室温连续工作。
技术实现思路
为解决现有技术中存在的上述一个问题或多个问题，本专利技术提供一种可调谐衬底发射量子级联激光器阵列器件，可以实现单片集成多个不同波长的面发射DFB单元，同时采用阵列器件倒焊技术，不仅能够实现QCL单模、可调谐的特点，而且能够提供室温连续工作的低发散角、高质量光束衬底发射QCL光源。本专利技术提供一种可调谐衬底发射量子级联激光器阵列器件，其特征在于，包括，—衬底，其上依次生长有下波导层、下限制层、有源区、上限制层、上波导层、梯度掺杂盖层和高掺层；一阵列器件，其包含多个DFB激光器单元，每个DFB激光器单元具有脊型波导结构，脊两侧的双沟腐蚀至有源区的下表面，脊上面的高掺层上刻蚀有二级布拉格取样光栅结构，不同DFB激光器单元脊型波导结构上面的二级布拉格取样光栅具有不同的取样周期；一二氧化硅层，其覆盖了整个脊型波导结构的表面区域；一正面电极层，其生长在二氧化硅层的上面及所述二级布拉格取样光栅上面；一电隔离沟，其位于阵列器件两个相邻的DFB激光器单元的脊型波导之间；—背面金属电极层，其生长在在衬底的下表面；—出光窗口，其位于衬底下表面未被背面金属电极层覆盖的位置，每个DFB激光器单元的脊型波导均对应一个出光窗口 ；其中，阵列器件前后腔面蒸镀高反膜，形成完整的量子级联激光器阵列器件。本专利技术将能够发射不同波长的单模面发射QCL阵列单元集成为一个器件，同时采用倒焊的工艺，不仅能够保证器件的单模、可调谐及高质量的光束特点，而且还可以实现阵列器件的室温连续工作，从而能够为气体探测的应用提供高质量的QCL光源。本专利技术提出的上述阵列器件，可以简化阵列器件的制备工艺，将全息曝光和光学曝光取样技术用于量子级联激光器阵列调谐器件中，可以实现器件的单模、宽调谐的目的。同时上述器件设计为衬底面发射，将倒装焊技术引入其中，可以获得室温连续工作的QCL阵列器件。【专利附图】【附图说明】图1为本专利技术中可调谐衬底发射量子级联激光器阵列器件的示意图；图2为本专利技术中为制备二级布拉格取样光栅结构所使用的取样光刻版示意图。图3为本专利技术中高掺层上二级布拉格取样光栅结构沿腔长方向的横截面示意图。【具体实施方式】为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术作进一步的详细说明。图1示出了本专利技术提供的可调谐衬底发射量子级联激光器阵列器件的结构示意图。图1所示为单片集成3阵列单元的示意图，A为垂直于激光器谐振腔的横截面示意图，B为其中一个阵列单元横截面的局部放大视图，C为单片集成3阵列单元器件的等轴侧视图。如图1所示，该激光器阵列器件包括:一衬底101，其上表面依次生长有下波导层102、下限制层103、有源区104、上限制层105、上波导层106、梯度惨杂盖层107、闻惨层108 ；一阵列器件，该阵列器件包含多个DFB激光器单元，每个DFB激光器单元具有一个脊型波导结构115，脊两侧的双沟118腐蚀至有源区104的下表面之下，脊上面的高掺层108上刻蚀有二级布拉格取样光栅结构，阵列器件中不同DFB激光器阵列单元的脊型波导上的二级布拉格取样光栅具有不同的取样周期。图2示出了本专利技术实施例中使用的取样光刻版掩模的形貌示意图。如图2所示，从右到左的取样周期依次为:Z1, 12, Z3，Z4，Z5。一二氧化硅层109，其覆盖了整个脊型波导结构的表面区域；一正面电极层110，其生长在二氧化硅层109的上表面及高掺层108上二级布拉格取样光栅的上面，正面电极层110上进行电镀金加厚，得到电镀金层111 ；—电隔离沟114，其位于阵列器件中两个相邻的DFB激光器单元的脊型波导之间，具体位于两脊波导结构之间的脊背上，其用于相邻DFB激光器单元之间的电隔离；—背面金属电极层112,其生长在衬底101的下表面；一出光窗口 113，其位于衬底101的下表面，阵列器件中每个DFB激光器单元的脊型波导均对应一个出光窗口，且出光窗口上没有金属电极层112覆盖，如图1中的C所示。其中，阵列器件前后腔面蒸镀高反膜，形成完整的量子级联激光器阵列器件。下面根据具体参数描述本专利技术其它实施例提出的可调谐分布反馈量子级联激光器阵列器件的结构。该实施例中提出了中心波长为7.55um可调谐分布反馈量子级联激光器阵列器件，其包括:一 InP衬底101 (n型掺杂，掺杂浓度为3 X IO17CnT3)；一 InP下波导层102 (n型掺杂，掺杂浓度为3 X 1016cm_3，掺杂厚度为1.34um)一 InGaAs下限制层103 (n型掺杂，掺杂浓度为4X IO16CnT3,掺杂厚度0.3um),下限制层103上依次生长有30级InGaAs/InAlAs有源区104 (注入区的掺杂浓度为1.3 X 1017cm_3，掺杂厚度为1.79um)、InGaAs上限制层105 (n型掺杂，掺杂浓度为4 X IO16CnT本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可调谐衬底发射量子级联激光器阵列器件，其特征在于，包括，一衬底，其上依次生长有下波导层、下限制层、有源区、上限制层、上波导层、梯度掺杂盖层和高掺层；一阵列器件，其包含多个DFB激光器单元，每个DFB激光器单元具有脊型波导结构，脊两侧的双沟腐蚀至有源区的下表面，脊上面的高掺层上刻蚀有二级布拉格取样光栅结构，不同DFB激光器单元脊型波导结构上面的二级布拉格取样光栅具有不同的取样周期；一二氧化硅层，其覆盖了整个脊型波导结构的表面区域；一正面电极层，其生长在二氧化硅层的上面及所述二级布拉格取样光栅上面；一电隔离沟，其位于阵列器件两个相邻的DFB激光器单元的脊型波导之间；一背面金属电极层，其生长在在衬底的下表面；一出光窗口，其位于衬底下表面未被背面金属电极层覆盖的位置，每个DFB激光器单元的脊型波导均对应一个出光窗口；其中，阵列器件前后腔面蒸镀高反膜，形成完整的量子级联激光器阵列器件。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：闫方亮，张锦川，姚丹阳，卓宁，王利军，刘峰奇，王占国，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11