[发明专利]与半导体量子级联激光器的端面相邻的P-型隔离区

说明书

相关申请的交叉引用

本申请根据35U.S.C.§120要求2011年3月17日申请的、美国申请序列号No.13/050,058的优先权，且本申请涉及2011年3月17日申请的、美国专利申请序列号No.13/050,026、名为P-Type Isolation Between QCL Regions（QCL区之间的P-型隔离），这些专利的内容通过参考并入此处。

背景技术

技术领域

量子级联激光器（QCL）是易于被设计为发射各种波长的单极半导体器件，所述各种波长包括但不限于电磁谱的中红外和太赫兹部分。器件生长和处理可基于已建立的技术和普遍可用的材料，诸如InP和GaAs、以及其他III-V半导体材料。本公开涉及量子级联半导体激光器（QCL），且更特定地，涉及制造QCL和相应QCL结构的方法。

背景技术

本发明的发明人已经认识到，在利用带间激射跃迁的半导体激光器中，构成有源区的量子阱和阻挡层可经常被夹在位于有源区的相对侧上的n-型和p-型层之间，其中p-型层一般位于有源区上。这些p-型层一般并非导电良好。因此，中断位于p-掺杂层（多个）顶部的电接触层或金属一般在激光器结构的不同区之间提供足够的电隔离。反之，本发明的发明人已认识到，QCL是一种单极设备，其中位于有源芯之下和之上的层都是相同导电率类型（一般是n-型且这些n-型层是高导电的）。因此，仅仅简单地通过将需要电隔离的n-型层的各段之间的电接触层或金属中断，无法防止有源芯上从一个区域到相邻区域的电子扩散。

尽管本公开的方法应用于各种半导体激光器配置，本发明的发明人已经认识到，在包括有源区、波长选择区、和任选的相位区的分布式布拉格反射器（DBR）QCL的环境中，对有效隔离的需要特别突出。

发明内容

根据本发明的一个实施例，提供一种量子级联激光器及其制造方法。该量子级联激光器包括沿激光器的波导轴延伸的一个或多个p-型电隔离区和多个电隔离的激光器段。有源波导芯被夹在上侧和下侧n-型包覆层之间。有源芯和下侧n-型包覆层以及上侧包覆层的至少一部分延伸通过该量子级联激光器的电隔离的激光器段。上侧n-型包覆层的一部分或多部分包括足够多的p-型掺杂剂以定义p-型电隔离区，该p-型电隔离区沿着用于分离该量子级联激光器各段的突出物、横跨上侧n-型包覆层的厚度的一部分而延伸。该上侧和下侧n-型包覆层可包括InP、GaAs、AlGaAs、或者适于制造QCL的任何其他常规的或还没有被研发的包覆层材料。例如且不作为限制，可构想，各种包覆层材料可适合于在QCL中，包括II-VI半导体、Si-Ge或GaN基的材料等。

根据本公开的其他实施例，还可构想激光器结构，其中仅在激光器的一个或两个端面附近设置隔离区，以提供垂直隔离、减少电流、并帮助使可能有害的端面加热达到最小。

附图说明

本公开的特定实施例的以下详细描述可在结合以下附图阅读时被最好地理解，在附图中相同的结构使用相同的附图标记指示，而且在附图中：

图1是包括有源增益段、波长选择段、和窗口段的DBR量子级联激光器的示意性示图；

图2A是包括p-型电隔离区的DBR量子级联激光器的纵向示意性示图；

图2B示出图2A所示的窗口配置的备选示例；

图3是包括p-型电隔离区的DBR量子级联激光器的横向示意性示图；

图4A和5A是根据本公开的两个备选实施例的DBR量子级联激光器的纵向示意性示图；

图4B和5B示出图4A和5A中所示的窗口配置的备选示例；以及

图6和7是其中仅在与半导体激光器的端面相邻处设置隔离区的激光器结构的示意性示图。

详细描述

尽管本公开的概念可令人满意地应用于任何类型的多段式QCL中，但是此处参看DBR量子级联激光器来说明本公开的特定实施例。无论如何，本公开及其权利要求并不应该被限制于DBR激光器或本说明书中提及的特定材料，除非另有说明。例如且不作为限制，图1是包括有源增益段10、通常被称为DBR段的波长选择段12、和输出窗口段14的DBR量子级联激光器的示意性示图。如熟悉DBR量子级联激光器的人所了解地，DBR量子级联激光器的有源增益段10提供了激光器的主要光学增益，而波长选择段12提供波长选择。例如，尽管波长选择段12可按采用或不采用布拉格光栅的多种合适的配置来进行设置，但是在很多情况下，波长选择段12包括位于激光腔的有源增益段10外部的一阶或二阶布拉格光栅。该光栅用作镜子，其反射系数取决于波长。