[发明专利]一种表面发射太赫兹量子级联激光器及其制作方法

权利要求书

1.一种表面发射太赫兹量子级联激光器，其特征在于：所述表面发射太赫兹量子级联激光器包括单模产生区波导、锥形耦合区波导和表面发射区波导；单模产生区波导和锥形耦合区波导采用一阶光栅结构，表面发射区波导采用二阶光栅结构；单模产生区波导内部产生单模太赫兹种子光，锥形耦合区波导将所述太赫兹种子光放大并耦合到表面发射区波导，表面发射区波导使太赫兹激光垂直衬底表面出射。

2.根据权利要求1所述的表面发射太赫兹量子级联激光器，其特征在于：所述单模产生区波导为窄条宽的脊形波导，窄条宽的脊形波导的表面刻蚀一阶光栅，光栅为周期排列的平行狭缝，狭缝的长度小于脊形波导的条宽；所述单模产生区波导的结构为：在垂直方向从下至上依次为重掺杂n型GaAs衬底、下金属层、下接触层、有源区、上接触层、上金属层；其中所述一阶光栅的狭缝将所述上金属层和上接触层均刻通，或者一阶光栅的狭缝将所述上金属层、上接触层和有源区均刻通。

3.根据权利要求1所述的表面发射太赫兹量子级联激光器，其特征在于：所述单模产生区波导远离锥形耦合区波导的端面镀有高反射膜。

4.根据权利要求1所述的表面发射太赫兹量子级联激光器，其特征在于：所述锥形耦合区波导的结构为：在垂直方向从下至上依次为重掺杂n型GaAs衬底、下金属层、下接触层、有源区、上接触层、上金属层；其中所述一阶光栅的狭缝将所述上金属层和上接触层均刻通，或者一阶光栅的狭缝将所述上金属层、上接触层和有源区均刻通；所述一阶光栅的狭缝长度不到锥形耦合区波导的两边。

5.根据权利要求1所述的表面发射太赫兹量子级联激光器，其特征在于：所述表面发射区波导为宽脊形波导；表面发射区波导的结构为：在垂直方向从下至上依次为重掺杂n型GaAs衬底、下金属层、下接触层、有源区、上接触层、上金属层；其中所述二阶光栅的狭缝将所述上金属层和上接触层均刻通，或者二阶光栅的狭缝将所述上金属层、上接触层和有源区均刻通；所述二阶光栅的狭缝长度不到表面发射区波导的两边。

6.根据权利要求1至5任意一项所述的表面发射太赫兹量子级联激光器，其特征在于：所述表面发射太赫兹量子级联激光器为双对称结构，中间为表面发射区波导，表面发射区波导的两边对称分布锥形耦合区波导和单模产生区波导。

7.根据权利要求1至5任意一项所述的表面发射太赫兹量子级联激光器，其特征在于：所述表面发射太赫兹量子级联激光器为单排阵列结构，中间为表面发射区波导，表面发射区波导的一边并行排列分布锥形耦合区波导和单模产生区波导。

8.根据权利要求1至5任意一项所述的表面发射太赫兹量子级联激光器，其特征在于：所述表面发射太赫兹量子级联激光器为十字阵列结构，中间为矩形表面发射区波导，矩形表面发射区波导刻蚀有同心矩形二阶光栅，矩形表面发射区波导的四边分别分布连接锥形耦合区波导和单模产生区波导。

9.根据权利要求1至5任意一项所述的表面发射太赫兹量子级联激光器，其特征在于：所述表面发射太赫兹量子级联激光器为环形阵列结构，中间为圆形表面发射区波导，圆形表面发射区波导刻蚀有同心圆形二阶光栅，圆形表面发射区波导的周围分布连接单模产生区波导。

10.一种权利要求1所述的表面发射太赫兹量子级联激光器的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，以半绝缘GaAs为衬底，外延生长一刻蚀阻挡层；在所述刻蚀阻挡层上外延生长一上接触层；在所述上接触层上外延生长一有源区；在所述有源区上外延生长一下接触层，然后在下接触层上电子束蒸发一下金属层；至此形成一片衬底；

步骤二，在另一重掺杂n型GaAs衬底表面电子束蒸发Pd/Ge/Pd/In薄膜形成另一片衬底；

步骤三，将两片衬底的金属面相对，热压键合在一起；

步骤四，对所述半绝缘GaAs衬底进行抛光，直到离刻蚀阻挡层预设距离，然后采用湿法腐蚀，腐蚀到刻蚀阻挡层，再用HF酸去除刻蚀阻挡层；再用湿法腐蚀减薄上接触层至设定厚度；采用剥离技术在所述半绝缘GaAs衬底上蒸发一上金属层；以上金属层为模版，自对准刻蚀出单模产生区波导、锥形耦合区波导和表面发射区波导；再在单模产生区波导和锥形耦合区波导上光刻出一阶光栅，在表面发射区波导上光刻出二阶光栅，将上金属层和上接触层刻通。