[发明专利]单模量子级联激光器线阵列结构

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别指一种单模量子级联激光器线阵列结构。

背景技术

3-5微米和8-14微米波段是非常重要的大气窗口，它涵盖了NO₂，CO₂、CO等气体的特征峰。这些光谱学特征可以应用于大气污染监测、工业灰尘分析、化学过程监测、痕量气体监测、分子光谱学研究、医学诊断、抗干扰雷达、以及红外光学无限通讯等。量子级联激光器发光波长位于中远红外波段，覆盖了这两个大气窗口，是能带工程设计与分子束外延技术相结合的完美产物。

量子级联激光器是一种基于同一能带内由于量子限制效应形成的子带间的电子跃迁的单极半导体光源。与普通的半导体激光器相比具有明显的特点：激射波长与所用材料的带隙无直接关系而是由导带中子能级的相对位置确定，这一相对位置可以通过调节有源区量子阱的厚度实现；量子级联激光器采用多级串联机制，电子跃迁发出一个光子后并没有被湮没，而是遂穿到下一周期，因此具有高的内量子效率；单极载流子跃迁的联合态密度类似于δ函数，因此增益谱线窄并且对称，可望实现低阈值电流密度和单纵模工作；辐射跃迁发生在同一带内，避免了带间跃迁的俄歇复合效应，提高了器件的温度特性和输出特性。正是由于量子级联激光器具有的这些优点，自1994年Bell实验室研究出第一只量子级联激光器以来，这一研究领域不断发展，1997年分布反馈量子级联激光器研制成功，可以提供连续可调谐的单纵模激光输出，使量子级联激光器向实际应用迈出了重要一步。

目前实现动态单模工作的量子级联激光器主要是分布反馈量子级联激光器，制作过程中要制备光栅，并进行二次外延生长，工艺十分复杂。对于F-P腔激光器，纵膜间距(其中λ₀是激光器的激射波长，n_e是有效折射率，L为激光器的腔长)，纵模间距随着器件腔长的缩小而增大，因此可以通过缩短器件腔长，增大纵模间距，使得在增益区中只出现一个主模，达到激光器的单模工作，但是利用这种方法制作的短腔长单模量子级联激光器由于损耗较大，输出功率很低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种单模量子级联激光器线阵列的结构，利用了F-P腔激光器的模式特征，即缩短器件的腔长可以增大纵模间距，使得在增益区中只出现一个主模，达到激光器的单模工作，具有制作工艺简单，输出功率高的特点。

本发明提供一种单模量子级联激光器线阵列结构，其特征在于，该结构包括：

一衬底；

多个脊形单元，该多个脊形单元依序纵向制作在衬底上，形成脊形结构列；

一隔离层，该隔离层制作在多个脊形单元和衬底的表面，该隔离层在该多个脊形单元的上表面为断开，形成电注入窗口；

一上欧姆接触层，该上欧姆接触层制作在隔离层以及电注入窗口上；

一下欧姆接触层，该下欧姆接触层制作在衬底的下表面。

其中衬底为磷化铟材料。

其中多个脊形单元的数量为2-40个。

其中多个脊形结构列中各脊形单元由依次外延生长在衬底上的InGaAs、InAlAs和InP量子级联结构构成。

其中各脊形单元是线阵列的发光区。

其中每个脊形单元的宽度为10-50μm。

其中脊形单元的周期为250μm。

其中脊形结构列的长度小于150μm。

其中隔离层的材料为SiO₂或者Si₃N₄。

其中在脊形结构列的一腔面制作高反膜。

附图说明

为进一步说明本发明的内容及特点，以下结合附图及实施例对本发明作一详细的描述，其中：

图1为本发明单模量子级联激光器线阵列的立体示意图；

图2为本发明的InGaAs、InAlAs和InP型量子级联结构示意图；

图3为本发明的一个具体实施例图。

具体实施方式

请参阅图1所示，本发明是一种单模量子级联激光器线阵列结构，该结构包括：

一衬底1，该衬底1为n型磷化铟材料；

多个脊形单元2，该脊形单元2是线阵列的发光区，该每个脊形单元2的宽度为10-50μm，该脊形单元2的周期S为250μm，该多个脊形单元2依序纵向制作在衬底1上，形成脊形结构列，该脊形结构列的长度L小于150μm，该多个脊形结构列中脊形单元2的数量为2-40个，该多个脊形结构列中各脊形单元2由外延生长在衬底1上的InGaAs、InAlAs和InP量子级联结构构成；