[发明专利]边发射二维光子晶体分布反馈量子级联激光器及制备方法

权利要求书

1.一种边发射二维光子晶体分布反馈量子级联激光器，其特征在于，包括：

一掺杂浓度为3×10¹⁷cm^-3的n型InP衬底；

一掺杂浓度为4×10¹⁶cm^-3的InGaAs下波导层，该InGaAs下波导层为n型掺杂，该InGaAs下波导层生长在n型InP衬底的中间部位，厚度0.4μm，在InGaAs下波导层上依次生长有InGaAs/InAlAs有源层、InGaAs上波导层和InGaAs盖层；所述InGaAs/InAlAs有源层注入区的掺杂浓度为3×10¹⁷cm^-3，厚度2.45μm，所述的InGaAs/InAlAs有源层为35个周期的InGaAs/InAlAs组成；所述InGaAs上波导层为n型掺杂，掺杂浓度为4×10¹⁶cm^-3，厚度0.5μm；所述InGaAs盖层为n型掺杂，掺杂浓度为2×10¹⁸cm^-3，厚度0.4μm；

一InGaAs高掺杂层，该InGaAs高掺杂层为n型掺杂，掺杂浓度为9×10¹⁸cm^-3，厚度为0.2μm，该InGaAs高掺杂层生长在InGaAs盖层的上面，该InGaAs高掺杂层为二维正方圆孔点阵结构，该点阵结构具有沿ГX方向的(0，1)级耦合机制；

一二氧化硅层，该二氧化硅层生长在衬底上表面两侧的上面和InGaAs下波导层、InGaAs/InAlAs有源层、InGaAs上波导层和InGaAs盖层的两侧，及InGaAs高掺杂层两侧和InGaAs高掺杂层上面的边缘部分；

一正面金属电极层，该正面金属电极层生长在二氧化硅层的上面及InGaAs高掺杂层的二维正方圆孔点阵结构的上面；

一背面金属电极层生长在n型InP衬底的下面，形成波长为7.8μm、边模抑制比为20dB的边发射二维光子晶体分布反馈量子级联激光器，该边模抑制比为20dB是温度为80K时的值。

2.一种边发射二维光子晶体分布反馈量子级联激光器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：在衬底上依序生长有下波导层、有源层、上波导层、盖层和高掺杂层；

步骤2：通过双光束全息曝光法和湿法腐蚀的方法在高掺杂层的上面腐蚀出二维正方圆孔点阵结构；

步骤3：通过光刻和湿法腐蚀的方法，将衬底上的下波导层、有源层、上波导层、盖层和高掺杂层的两侧腐蚀，形成条形结构；

步骤4：在衬底上表面两侧的上面及条形结构的上面及两侧，采用化学汽相沉积的方法，生长一层二氧化硅层；

步骤5：将二维正方圆孔点阵结构上面的二氧化硅层刻蚀掉；

步骤6：在二氧化硅层的上面及高掺杂层的二维正方圆孔点阵结构的上面，采用热蒸发的方法，生长正面金属电极层；

步骤7：将衬底减薄、抛光；

步骤8：在减薄后的衬底的背面蒸发背面金属电极层，完成器件的制作。

3.按权利要求2所述的边发射二维光子晶体分布反馈量子级联激光器的制备方法，其特征在于，其中在高掺杂层的上面腐蚀出二维正方圆孔点阵结构，是采用体积比为HBr∶HNO₃∶H₂O＝1∶1∶10的腐蚀液，腐蚀温度为室温。

4.按权利要求2所述的边发射二维光子晶体分布反馈量子级联激光器的制备方法，其特征在于，其中所述的双光束全息曝光法是采用SPR6809光刻胶和稀释剂乳酸乙酯以1∶2的体积比配制而成的光刻胶旋涂在高掺杂层的上面，对样品进行垂直90°的两次交叉曝光形成正方圆孔点阵；ГX方向沿着解理边方向。

5.按权利要求2所述的边发射二维光子晶体分布反馈量子级联激光器的制备方法，其特征在于，其中所述的高掺杂层材料为InGaAs，该高掺杂层为n型掺杂，掺杂浓度为9×10¹⁸cm^-3，该高掺杂层的厚度为0.2-0.3μm。

6.按权利要求2所述的边发射二维光子晶体分布反馈量子级联激光器的制备方法，其特征在于，其中所述的有源层为35个周期的InGaAs/InAlAs组成，该有源层的厚度为2.25μm。