[发明专利]一种集成吸收波导的太赫兹量子级联激光器及其制作方法

说明书

本发明提供一种集成吸收波导的太赫兹量子级联激光器及其制作方法，包括：半绝缘GaAs衬底；位于所述半绝缘GaAs衬底上表面的GaAs缓冲层；位于所述GaAs缓冲层表面的n型重掺杂下接触层；位于所述n型重掺杂下接触层表面的有源区；位于所述有源区表面的n型重掺杂上接触层；位于所述n型重掺杂上接触层表面且设有间隔距离L的第一、第二上电极金属层，其中，所述第二上电极金属层为退火后可形成高波导损耗的上电极金属层；以及位于所述n型重掺杂下接触层表面及有源区两侧的下电极金属层。通过本发明提供的一种太赫兹量子级联激光器吸收波导及其制作方法，解决了现有技术中THz吸收器都是一个个分立的器件，且使用的材料与THz QCL差异较大，故不可能用在基于THz QCL材料的片上集成系统中的问题。

技术领域

本发明涉及激光器半导体技术领域，特别是涉及一种集成吸收波导的太赫兹量子级联激光器及其制作方法。

背景技术

太赫兹(THz)波是指频率位于100GHz到10THz的一段电磁波，介于微波与红外波之间。从能量上来说，THz波的光子能量覆盖了半导体及等离子体的特征能量，也与有机和生物大分子等的转动及振动能量相匹配，因此可用于物质检测、环境监测等领域；从频域上看，THz波的频率高，适用于空间保密通信及高速信号处理等领域；此外，THz波能够穿透多种非导电材料，如塑料、木头、纸张等，在成像及公共安全等领域也有广泛的应用前景。在众多的THz辐射产生方式中，基于半导体的THz量子级联激光器(QCL)由于其体积小、轻便、功率高和易集成等特点，成为此领域一类重要的辐射源器件。

自2002年第一个THz QCL诞生，在巨大潜在应用前景的驱动下，THz QCL的结构不断改进，各项性能也不断刷新，目前的THz QCL激射波长能够覆盖0.84～5.0THz的频率范围，脉冲模式下输出峰值功率超过1W，最高工作温度达到225K。在这样的背景下，目前有关THz QCL的研究热点已经逐渐由传统的有源区和波导结构优化(用以提高THz QCL的工作温度和输出功率)转移到开发基于THz QCL材料的各种新型功能性器件，如波长可调谐THzQCL、THz光梳、THz光放大器等；由于上述基于THz QCL材料的各种新型功能性器件都是基于THzQCL材料体系，这些器件能够相互匹配，有望在未来组成全固态甚至片上集成的THz光学系统，对实现THz光学系统小型化与低功耗有非常重要的意义。

然而，THz波吸收器件方面的研究却比较落后。目前已经实现的基于石墨烯材料的THz可饱和吸收体和基于超材料(metamaterial)结构的THz吸收器都是一个个分立的器件，且使用的材料与THz QCL差异较大，故不可能用在基于THz QCL材料的片上集成系统中。

鉴于此，有必要提供一种新的集成吸收波导的太赫兹量子级联激光器及其制作方法用以解决上述问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种集成吸收波导的太赫兹量子级联激光器及其制作方法，用于解决现有技术中THz波吸收器件均为分立器件，且使用材料与THz QCL差异较大，无法用在基于THz QCL材料的片上集成系统中的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种集成吸收波导的太赫兹量子级联激光器及其制作方法，所述集成吸收波导的太赫兹量子级联激光器包括：

半绝缘GaAs衬底；

位于所述半绝缘GaAs衬底上表面的GaAs缓冲层；

位于所述GaAs缓冲层表面的n型重掺杂下接触层；

位于所述n型重掺杂下接触层表面的有源区；

位于所述有源区表面的n型重掺杂上接触层；

位于所述n型重掺杂上接触层表面且设有间隔距离L的第一、第二上电极金属层，其中，所述第二上电极金属层为退火后可形成高波导损耗的上电极金属层；