带间级联激光器及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种带间级联激光器及其制备方法。该带间级联激光器在有源区InGaSb中插入InAs层，形成一空穴势垒，使得空穴波函数向两侧拓展，从而增加了空穴于电子波函数的交叠，电子空穴波函数在无外场作用下的交叠程度为15.407％，比传统的InAs/InGaSb/InAs?W型量子阱无外场波函数交叠提高了5.03％，从而提高了有源区增益。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体激光器
，尤其涉及一种。
技术介绍
3-5 U m红外波段光发射器件可广泛应用于气体探测，红外对抗等众多方面。据2005年BAE世界范围内的飞行器战损统计，48 %战斗机、65 %直升机、62 %运输机的损失来自于红外制导的地空/空空导弹。美国等西方国家大量装备了 3?5 y m凝视成像制导的战术导弹、战略导弹，在战争中威胁极大。而对付其最有效的方法，就是3-5微米中红外激光对抗武器系统。带间级联激光器(Interband Cascade Lasers,简称ICL)作为一种新型的激光器，工作波长可覆盖3-5 Pm波段。带间级联激光器的有源区是把带间直接跃迁的II型量子阱与级联的电子、空穴注入区结合起来形成的。带间跃迁的II型量子阱即克服了传统II1-V族材料量子阱结构禁带范围有限的问题，可以通过调节InAs、InGaSb厚度，理论上可调节禁带宽度到零。然而，对于带间级联激光器而言，II型量子阱中电子与空穴分别限制在InAs与InGaSb阱中，导致有源区波函数交叠较小，从而降低了有源区增益。
技术实现思路
(一 )要解决的技术问题鉴于上述技术问题，本专利技术提供了一种，以增加有源区波函数的交叠，提高有源区增益。( 二 )技术方案根据本专利技术的一个方面，提供了一种带间级联激光器。该激光器包括=GaSb衬底10，以及形成于GaSb衬底上的InAs/AlSb超晶格下限制层20、GaSb下波导层30、W型有源区40 ;形成于W型有源区之上的脊波导结构，包括=GaSb上波导层50、InAs/AlSb超晶格上限制层60和InAs接触层70。其中，W型有源区40包括5?10个周期的AlSb/InAs/InGaSb超晶格结构，每个超晶格结构由InAs/AlSb电子注入区41、GaSb/AlSb空穴注入区42和InAs/InGaSb/InAs/InGaSb/InAs 的 W 型量子讲 43 组成,该 InAs/InGaSb/InAs/InGaSb/InAs 的 W型量子阱43两侧InAs层为电子限制层，中间InAs层为空穴势垒层。根据本专利技术的一个方面，提供了一种带间级联激光器的制备方法，该制备方法包括:步骤A，将GaSb衬底10放在分子束外延设备中；步骤B，在GaSb衬底10上依次外延生长出InAs/AlSb下限制层20、GaSb下波导层30、W型有源区40、GaSb上波导层50、InAs/AlSb上限制层60和InAs接触层70 ;以及步骤C，在制备好的外延片刻蚀出激光器脊条。其中，W型有源区40包括5?10个周期的AlSb/InAs/InGaSb超晶格结构，每个超晶格结构由 InAs/AlSb 电子注入区 41、GaSb/AlSb 空穴注入区 42 和 InAs/InGaSb/InAs/InGaSb/InAs的W型量子阱43组成，该InAs/InGaSb/InAs/InGaSb/InAs的W型量子阱43两侧InAs层为电子限制层，中间InAs层为空穴势垒层。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本专利技术的带间级联激光器，在有源区InGaSb中插入InAs层，形成一空穴势垒，使得空穴波函数向两侧拓展，从而增加了空穴于电子波函数的交叠，电子空穴波函数在无外场作用下的交叠程度为15.407%,比传统的InAs/InGaSb/InAsW型量子阱无外场波函数交叠提高了 5.03%，从而提高了有源区增益。【附图说明】图1为根据本专利技术实施例带间级联激光器的结构示意图；图2为图1所示带间级联激光器的能带模拟图；图3为传统的InAs/InGaSb/InAs W型量子阱波函数交叠模拟图；图4为图1所示带间级联激光器中W型有源区结构中InAs/InGaSb/InAs/InGaSb/InAs W型量子阱波函数交叠模拟图；图5为根据本专利技术实施例W型有源区结构的带间级联激光器制备方法的流程图。【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，对本专利技术进一步详细说明。需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。附图中未绘示或描述的实现方式，为所属
中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。本专利技术提供了一种。该W型有源区结构的带间级联激光器在有源区InGaSb中插入空穴势垒InAs层，通过增加有源区内电子、空穴波函数交叠，从而提高有源区增益和激光器性能。在本专利技术的一个示例性实施例中，提供了一种带间级联激光器。请参照图1，该带间级联激光器包括=GaSb衬底10以及依次沉积于该GaSb衬底上的InAs/AlSb超晶格下限制层20、GaSb下波导层30、W型有源区40、GaSb上波导层50、InAs/AlSb超晶格上限制层60和InAs接触层70。其中，GaSb上波导层50、InAs/AlSb超晶格上限制层60和InAs接触层70形成脊波导结构。W型有源区40包括5?10个周期AlSb/InAs/InGaSb超晶格结构。每个超晶格结构由InAs/AlSb电子注入区41、GaSb/AlSb空穴注入区42和InAs/InGaSb/InAs/InGaSb/InAs的W型量子阱43组成。InAs/AlSb电子注入区41由6对InAs/AlSb超晶格组成，各层厚度分别为42/12/32/12/25/12/20/12/17/12/17/25人，中间4个超晶格中InAs层中为Si掺杂，掺杂浓度为5X1018cm_3。本领域技术人员应当清楚，InAs/AlSb电子注入区41中InAs/AlSb超晶格的数目可以为4?8对，各层的厚度可以在上述厚度上-10%至+10%范围内调整，中间若干个超晶格中InAs层中Si掺杂的浓度只要为IO18CnT3量级即可。GaSb/AlSb空穴注入区42由2对GaSb/AlSb超晶格组成，厚度分别为30/10/45/25 A。本领域技术人员应当清楚，GaSb/AlSb空穴注入区42中GaSb/AlSb超晶格的数目可以为2?4对，各层的厚度可以在上述厚度上-10%至+10%范围内调整。InAs/InGaSb/InAs/InGaSb/InAs的W型量子阱43中各层厚度分别为17/10/2/10/14人。本领域技术人员应当清楚，两侧InAs层的厚度根据激光器的激射波长确定，一般介于12?30 A之间。例如在2?5微米的激射波段,所选择的两侧InAs的厚度12?20人。中间InAs层的厚度一般介于2?4 A之间。本实施例中，GaSb衬底10为n掺杂，掺杂浓度为IO1Vcm3量级，其厚度为500 y m。InAs/AlSb超晶格下限制层20为n掺杂，掺杂浓度为IO18CnT3量级，其厚度为3.2 y m。GaSb下波导层30为不掺杂，其厚度为0.2 ii m。GaSb上波导层50为不掺杂，其厚度为0.2 y m。InAs/AlSb超晶格上限制层60为n掺杂，掺杂浓度为IO18CnT3量级，其厚度为2 u m。InAs接触层70为n掺杂，掺杂浓度为IO18CnT3量级，厚度为20nm。本领域技术人员应当清楚，GaSb衬底本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带间级联激光器，其特征在于，包括：GaSb衬底(10)，以及形成于所述GaSb衬底上的InAs/AlSb超晶格下限制层(20)、GaSb下波导层(30)、W型有源区(40)；以及形成于所述W型有源区之上的脊波导结构，包括：GaSb上波导层(50)、InAs/AlSb超晶格上限制层(60)和InAs接触层(70)；其中，所述W型有源区(40)包括5～10个周期的AlSb/InAs/InGaSb超晶格结构，每个超晶格结构由InAs/AlSb电子注入区(41)、GaSb/AlSb空穴注入区(42)和InAs/InGaSb/InAs/InGaSb/InAs的W型量子阱(43)组成，该InAs/InGaSb/InAs/InGaSb/InAs的W型量子阱(43)中，两侧InAs层为电子限制层，中间InAs层为空穴势垒层。

【技术特征摘要】
1.一种带间级联激光器，其特征在于，包括: GaSb衬底(10)，以及 形成于所述GaSb衬底上的InAs/AlSb超晶格下限制层(20)、GaSb下波导层(30)、W型有源区(40);以及 形成于所述W型有源区之上的脊波导结构，包括=GaSb上波导层(50)、InAs/AlSb超晶格上限制层(60)和InAs接触层(70)； 其中，所述W型有源区(40)包括5~10个周期的AlSb/InAs/InGaSb超晶格结构，每个超晶格结构由InAs/AlSb电子注入区(41)、GaSb/AlSb空穴注入区(42)和InAs/InGaSb/InAs/InGaSb/InAs 的 W 型量子讲(43)组成，该 InAs/InGaSb/InAs/InGaSb/InAs 的 W 型量子阱(43)中，两侧InAs层为电子限制层，中间InAs层为空穴势垒层。2.根据权利要求1所述的带间级联激光器，其特征在于，所述InAs/InGaSb/InAs/InGaSb/InAs的W型量子阱(43)中，所述电子限制层InAs层的厚度介于12~30人之间，所述空穴势垒层InAs层厚度介于2~4 A之间。3.根据权利要求2所述的带间级联激光器,其特征在于，所述InAs/InGaSb/InAs/InGaSb/InAs的W型量子阱(43)中，各层的厚度分别为17/10/2/10/14人。4.根据权利要求1所述的带间级联激光器，其特征在于，所述InAs/AlSb电子注入区(41)由4~8对的InAs/AlSb超晶格组成，中间若干个InAs/AlSb超晶格中InAs层中Si掺杂的浓度满足IO18CnT3量级。5.根据权利要求4所述的带间级联激光器，其特征在于，所述InAs/AlSb电子注入区(41)I 由 6 对 InAs/AlSb 超晶格组成，各层厚度分别为 42/12/32/12/25/12/20/12/17/12/17/25人，中间4个超晶格中InAs层为Si掺杂，掺杂浓度为5 X IO18Cm'6.根据权利要求1所述的带间级联激光器，其特征在于，所述GaSb/AlSb空穴注...

【专利技术属性】
技术研发人员：邢军亮，张宇，徐应强，王国伟，王娟，向伟，任正伟，牛智川，
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：