量子级联激光器制造技术

本发明专利技术涉及一种量子级联激光器，其具有核心区，该核心区包括第一注入层、有源区和第二注入层。有源区包括第一阱层、第二阱层、第三阱层、第一势垒层和第二势垒层。第一势垒层被设置在第一阱层和第二阱层之间，并将第一阱层与第二阱层分离。第二势垒层被设置在第二阱层和第三阱层之间，并将第二阱层与第三阱层分离。第一势垒层具有1.2nm或更小的厚度，并且第二势垒层具有1.2nm或更小的厚度。

【技术实现步骤摘要】
量子级联激光器
本专利技术涉及量子级联激光器。
技术介绍
日本未经审查的专利申请公开No.2012-186362(专利文献1)公开一种量子级联激光器。专利文献1中的量子级联激光器具有有源区，该有源区包括具有相似厚度的三个阱层；和势垒层，该势垒层被设置在这些阱层的上游和下游并且使阱层相互分离。从上水平和下水平的波函数的形状的观点出发，专利文献1聚焦于上游势垒层的厚度。根据专利技术人进行的研究，在专利文献1中公开的有源区的能带图中，电子(载流子)的概率密度(波函数的平方)在下游阱层中较低。期望增加有源区中的多个阱层中的辐射跃迁的可能性。
技术实现思路
本专利技术的一个方面的目的是提供一种具有量子阱结构的量子级联激光器，该量子级联激光器允许载流子在有源区中的多个阱层上广泛分布。根据本专利技术的一个方面的量子级联激光器包括核心区，该核心区包括第一阱层、第二阱层、第三阱层、第一势垒层和第二势垒层。核心区具有第一注入层、有源区和第二注入层。第一注入层、有源区和第二注入层在第一轴的方向上依次布置。有源区包括第一阱层、第二阱层、第三阱层、第一势垒层和第二势垒层。第一势垒层被设置在第一阱层和第二阱层之间，并将第一阱层与第二阱层分离。第二势垒层被设置在第二阱层和第三阱层之间，并将第二阱层与第三阱层分离。第一势垒层具有1.2nm或更小的厚度。第二势垒层具有1.2nm或更小的厚度。通过以下结合附图对本专利技术的优选实施例的详细描述，本专利技术的上述和其他目的、特征和优点将变得更加显而易见。附图说明图1示意性地示出根据实施例的量子级联激光器。图2示意性地示出根据实施例的量子级联激光器中的有源区的导带图。图3示意性地示出核心区中的有源区和注入层的布置。图4A示出用于实验示例的与辐射跃迁相关联的三个能级的波函数和导带图。图4B示出用于实验示例的与辐射跃迁相关联的三个能级的波函数和导带图。具体实施方式现在将描述一些具体示例。量子级联激光器的具体示例包括核心区，该核心区包括第一注入层、有源区和第二注入层。第一注入层、有源区和第二注入层在第一轴的方向上依次被布置。有源区包括第一阱层、第二阱层、第三阱层、第一势垒层和第二势垒层。第一势垒层被设置在第一阱层和第二阱层之间，并将第一阱层与第二阱层分离。第二势垒层被设置在第二阱层和第三阱层之间，并将第二阱层与第三阱层分离。第一势垒层具有1.2nm或更小的厚度。第二势垒层具有1.2nm或更小的厚度。在量子级联激光器中，有源区被设置有包括第一势垒层和第二势垒层的量子阱结构，第一势垒层和第二势垒层中的每一个具有1.2nm或更小的厚度。该量子阱结构形成不会导致禁止的辐射跃迁的上能级和下能级，并且第一势垒层和第二势垒层允许在上下能级处的载流子扩展和分布在第一阱层、第二阱层和第三阱层上，第一势垒层和第二势垒层每个都具有1.2nm或更小的厚度。由于第一和第二势垒层的薄，载流子的概率密度可以在有源区中广泛扩展。有源区中的概率密度的扩展可以增加有源区中的多个阱层中的辐射跃迁的概率。在量子级联激光器的特定示例中，核心区还包括第三势垒层和第四势垒层，第三势垒层将第一阱层与第一注入层的阱层分离，第四势垒层将第三阱层与第二注入层的阱层分离。第三势垒层和第四势垒层每个都比第一势垒层和第二势垒层厚。通过第三势垒层将第一阱层与第一注入层的阱层分离。通过第四势垒层将第三阱层与第二注入层的阱层分离。在量子级联激光器中，厚的第三势垒层可以通过共振隧穿从上游注入层的阱层接受载流子，并且由于其厚度可以将载流子限制在有源区的第一阱层内。厚的第四势垒层可以将载流子限制在第三阱层内，其中由于存在薄的第二势垒层载流子的概率密度很高，并且可以通过共振隧穿将载流子提供给下游注入层的阱层。量子级联激光器的具体示例还包括具有支撑核心区的主表面的衬底。衬底的主表面包含InP。第一阱层、第二阱层和第三阱层每个都包含GaInAs。第一势垒层和第二势垒层每个都包含AlInAs。核心区被应变补偿。在量子级联激光器中，第一势垒层和第二势垒层经受拉伸应变，而第一阱层、第二阱层和第三阱层经受压缩应变。应变补偿的核心区具有比晶格匹配的核心区更大的能带偏移。量子级联激光器的具体示例还包括第一导电类型的接触层、光栅层、第一导电类型的第一包覆层、第一导电类型的第二包覆层和嵌入区。光栅层被设置在第一包覆层和第二包覆层之间。核心区被设置在接触层与第一包覆层和第二包覆层之间。在量子级联激光器中，核心区可以光学耦合到第一包覆层和第二包覆层之间的光栅层。通过下面参考附图的详细描述，可以容易地理解本专利技术的发现，该附图以示例的方式给出。接下来将参考附图描述根据一个实施例的量子级联激光器。在可能的情况下，相同的部件由相同的参考数字表示。图1示意性地示出根据实施例的量子级联激光器。图2示意性地示出根据实施例的量子级联激光器中的有源区的导带图。量子级联激光器11包括核心区13。核心区13包括交替布置的有源区17和注入层19。注入层19包括第一注入层15a和第二注入层15b。具体地，在核心区13中，第一注入层15a、有源区17和第二注入层15b在第一轴Ax1的方向上依次被布置。通过施加外部电场，第一注入层15a的微带MB可以耦合到有源区17的一个水平面，并且有源区17的另一水平面可以耦合到第二注入层15b的微带MB。核心区13包括第一阱层17a、第二阱层17b、第三阱层17c、第一势垒层17d和第二势垒层17e。第一势垒层17d被设置在第一阱层17a和第二阱层17b之间，并且将第一阱层17a与第二阱层17b分离。第一势垒层17d具有1.2nm或更小的厚度。第二势垒层17e被设置在第二阱层17b与第三阱层17c之间，并且将第二阱层17b与第三阱层17c分离。第二势垒层17e具有1.2nm或更小的厚度。每个有源区17包括第一阱层17a、第二阱层17b、第三阱层17c、第一势垒层17d和第二势垒层17e。有源区17在导带中具有带偏移DEC。如图2中所示，有源区17提供允许辐射跃迁的较高能级ELU和较低能级ELD。有源区17还提供稍低于较低能级ELD的弛豫能级ELR。处于较低能级ELD的载流子通过声子散射转变成弛豫能级ELR。在量子级联激光器11中，有源区17被设置有量子阱结构QW，该量子阱结构QW包括夹在第一势垒层17d和第二势垒层17e之间的第二阱层17b。势垒层17d和17e中的每一个具有1.2nm或更小的厚度。此量子阱结构QW具有I型结构，并且第一势垒层17d和第二势垒层17e允许处于上能级ELU和下能级ELD处的载流子(例如，电子)扩展在第一阱层17a、第二阱层17b和第三阱层17c上。载流子的扩散归因于第一和第二势垒层17d、17e的薄。核心区13还包括第三势垒层21和第四势垒层23。通过第三势垒层21将第一阱层17a与第一注入层15a中包括的阱层20a分离。通过第四势垒层23将第三势垒层17c与第二注入层1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种量子级联激光器，包括核心区，所述核心区包括第一注入层、有源区和第二注入层，所述第一注入层、所述有源区和所述第二注入层在第一轴的方向上被依次布置；/n其中，所述有源区包括第一阱层、第二阱层、第三阱层、第一势垒层和第二势垒层，/n所述第一势垒层被设置在所述第一阱层和所述第二阱层之间，并且将所述第一阱层与所述第二阱层分离，/n所述第二势垒层被设置在所述第二阱层和所述第三阱层之间，并且将所述第二阱层与所述第三阱层分离，/n所述第一势垒层具有1.2nm或更小的厚度，并且/n所述第二势垒层具有1.2nm或更小的厚度。/n

【技术特征摘要】
20190130 JP 2019-0143941.一种量子级联激光器，包括核心区，所述核心区包括第一注入层、有源区和第二注入层，所述第一注入层、所述有源区和所述第二注入层在第一轴的方向上被依次布置；
其中，所述有源区包括第一阱层、第二阱层、第三阱层、第一势垒层和第二势垒层，
所述第一势垒层被设置在所述第一阱层和所述第二阱层之间，并且将所述第一阱层与所述第二阱层分离，
所述第二势垒层被设置在所述第二阱层和所述第三阱层之间，并且将所述第二阱层与所述第三阱层分离，
所述第一势垒层具有1.2nm或更小的厚度，并且
所述第二势垒层具有1.2nm或更小的厚度。


2.根据权利要求1所述的量子级联激光器，其中，
所述核心区还包括第三势垒层和第四势垒层，所述第三势垒层将所述第一阱层与所述第一注入层的阱层分离，所述第四势垒层将所述第三阱层与所述第二注入层的阱层分离，
所述第三势垒层和所述第四势垒...

【专利技术属性】
技术研发人员：加藤隆志，
申请(专利权)人：住友电气工业株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP