本发明专利技术提出了一种集成光栅的楔形结构的边发射太赫兹量子级联激光器及其制作方法，集成光栅的楔形结构的边发射太赫兹量子级联激光器至少包括：依次相连接的DBR光栅波导、矩形直波导和楔形波导；所述楔形波导的一端为窄端面，另一端为宽端面，所述楔形波导的窄端面与所述矩形直波导相连接。本发明专利技术采用楔形波导结构增大激光器增益面积提高输出光功率，减小激光器远场光斑发散角，提高出射光束质量；采用一阶DBR光栅结构，实现单纵模激射，提供激射光的反射，替代传统端面镀膜工艺。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提出了一种集成光栅的楔形结构的边发射太赫兹量子级联激光器及其制作方法，集成光栅的楔形结构的边发射太赫兹量子级联激光器至少包括：依次相连接的DBR光栅波导、矩形直波导和楔形波导；所述楔形波导的一端为窄端面，另一端为宽端面，所述楔形波导的窄端面与所述矩形直波导相连接。本专利技术采用楔形波导结构增大激光器增益面积提高输出光功率，减小激光器远场光斑发散角，提高出射光束质量；采用一阶DBR光栅结构，实现单纵模激射，提供激射光的反射，替代传统端面镀膜工艺。【专利说明】集成光栅的楔形结构的边发射太赫兹量子级联激光器
本专利技术属于激光器半导体
，涉及一种太赫兹量子级联激光器，特别是涉及一种集成光栅的楔形结构的边发射太赫兹量子级联激光器。
技术介绍
太赫兹(以下简称THz，ITHz = 1012Hz)波段是指电磁波谱中频率从10GHz到ΙΟΤΗζ，对应的波长从3毫米到30微米，介于毫米波与红外光之间的电磁波谱区域。由于缺少有效的THz辐射产生和检测方法，导致THz波段的电磁波长期未得到充分地研究和应用，被称为电磁波谱中的“THz空隙”。THz辐射源是THz技术应用的关键器件。在众多THz辐射产生方式中，THz量子级联激光器(以下简称THz QCL)由于具有能量转换效率高、体积小、轻便和易集成等优点，成为THz辐射源研究领域的热点之一。THz QCL是一种电泵浦的单极器件，多采用GaAs/AlGaAs材料系统。THz QCL利用电子在量子阱子带间跃迁及共振隧穿来产生THz激光。THz QCL在安全检查、成像、气体检测、环境监测和自由空间通信等应用领域具有重要的应用价值。其中，能够单纵模和单横模激射、具有较小的空间发散角的THz QCL对提升THz通信、成像等系统性能具有重要作用。传统的矩形条结构的法布里-珀罗(F-P)腔THz QCL由于各纵模间的增益差小，纵模选择性弱，很难实现单纵模工作；而单横模激射的矩形条结构宽度窄，造成远场光斑发射角过大，降低了出射光束的质量。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种集成光栅的楔形结构的边发射太赫兹量子级联激光器及其制作方法，用于解决现有技术中的矩形条结构的法布里-珀罗腔太赫兹量子级联激光器由于各纵模间的增益差小，纵模选择性弱，很难实现单纵模工作的问题，以及单横模激射的矩形条结构宽度窄，造成远场光斑发射角过大，降低了出射光束的质量的问题。 为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种集成光栅的楔形结构的边发射太赫兹量子级联激光器，所述集成光栅的楔形结构的边发射太赫兹量子级联激光器至少包括:依次相连接的DBR光栅波导、矩形直波导和楔形波导；所述楔形波导的一端为窄端面，另一端为宽端面，所述楔形波导的窄端面与所述矩形直波导相连接。 优选地，所述楔形波导中包括连接所述窄端面与所述宽端面的侧面，所述侧面中连接所述窄端面与宽端面的侧边与垂直于所述窄端面与宽端面的垂线之间的夹角小于 6° ο 优选地，所述DBR光栅波导、所述矩形直波导与所述楔形波导均采用半绝缘等离子波导结构或双面金属波导结构。 优选地，所述DBR光栅波导、所述矩形直波导与所述楔形波导均自下至上依次包括半绝缘GaAs衬底、下金属层、下接触层、有源区、上接触层和上金属层。 优选地，所述DBR光栅波导、所述矩形直波导与所述楔形波导均自下至上依次包括GaAs接收衬底、接收金属层、下金属层、下接触层、有源区、上接触层和上金属层。 优选地，所述有源区包括束缚态到连续态跃迁结构、共振声子结构或啁啾晶格结构。 优选地，所述DBR光栅波导包括至少一个光栅周期，所述光栅周期包括第一光栅部和第二光栅部，所述第二光栅部无所述上金属层。 优选地，所述DBR光栅波导的最佳尺寸通过有限元法、传输矩阵法或耦合模方法设计得到。 优选地，所述集成光栅的楔形结构的边发射太赫兹量子级联激光器的输出激光模式同时满足单纵模和单横模。 本专利技术还提供一种，至少包括以下步骤: 在半绝缘GaAs衬底上生长缓冲层、η型重掺杂下接触层、有源区、η型重掺杂上接触层； 通过光刻显影方法开槽，溅射上电极金属，带胶剥离形成楔形波导与矩形直波导的上电极以及DBR光栅波导结构； 刻蚀脊波导，利用下接触层为刻蚀停止层，形成楔形波导、矩形直波导和DBR光栅波导结构； 电子束蒸发下电极金属，带胶剥离形成下电极； 减薄衬底，焊线封装，完成器件制作。 如上所述，本专利技术的集成光栅的楔形结构的边发射太赫兹量子级联激光器及其制作方法，具有以下有益效果:(1)本专利技术的集成光栅的楔形结构的边发射太赫兹量子级联激光器采用楔形波导结构输出光，且楔形波导的角度小于6°，保证了较低的光传播损耗，同时抑制高阶横模的产生，保证单横模光输出；(2)相较于单横模输出光的矩形直波导结构太赫兹量子级联激光器，本专利技术的楔形波导结构由于输出端面宽度加宽，使得输出远场光斑发散角减小，提高了光束质量；(3)同样器件长度下,相较于单横模输出光的矩形直波导结构太赫兹量子级联激光器，本专利技术的楔形波导结构增益面积更大，具有更高的输出光效率；(4)本专利技术的集成光栅的楔形结构的边发射太赫兹量子级联激光器中与楔形波导相对的另一端采用一阶DBR光栅结构，通过光栅中各段波导等效折射率周期变化提供光的反馈和纵模选择，实现激光器单纵模激射；同时DBR光栅也起到光反射的作用，使得产生的太赫兹激光从楔形波导的一端输出，增加了输出光功率，也省去了镀反射膜的工艺；(5)本专利技术的集成光栅的楔形结构的边发射太赫兹量子级联激光器中的DBR光栅结构由激光器上电极剥离工艺制成，易于实现，不引入多余的工艺。 【专利附图】【附图说明】 图1显示为本专利技术的集成光栅的楔形结构的边发射太赫兹量子级联激光器的俯视结构示意图。 图2显示为本专利技术的集成光栅的楔形结构的边发射太赫兹量子级联激光器的三维结构示意图。 图3显示为图1所示结构的A-A向剖视图。 图4显示为中心波长在100 μ m的分布布拉格光栅反射谱。 图5显示为本专利技术的集成光栅的楔形结构的边发射太赫兹量子级联激光器制作方法的流程图。 元件标号说明 10DBR光栅波导 101第一光栅部 102第二光栅部 11矩形直波导 12楔形波导 121窄端面 122宽端面 123侧面 124侧边 13下金属层 14半绝缘GaAs衬底 15GaAs 缓冲层 16下接触层 17有源区 18上接触层 19上金属层 2太赫兹激光输出方向 【具体实施方式】 以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的【具体实施方式】加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。 请参阅图1至图5。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构想，虽图示中仅显示与本专利技术中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。 请参阅本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种集成光栅的楔形结构的边发射太赫兹量子级联激光器，其特征在于：包括：依次相连接的DBR光栅波导、矩形直波导和楔形波导；所述楔形波导的一端为窄端面，另一端为宽端面，所述楔形波导的窄端面与所述矩形直波导相连接。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：姚辰，曹俊诚，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31
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