[发明专利]啁啾采样光栅量子级联激光器

说明书

本发明公开了一种啁啾采样光栅量子级联激光器，属于半导体光电器件技术领域。该啁啾采样量子级联激光器包括：衬底，下波导层，下限制层，有源层，上限制层，啁啾采样光栅，上波导层，高掺接触层。其中，在所述上限制层的上表面具有啁啾采样光栅。与传统均匀采样光栅相比，本发明啁啾采样光栅光场功率效率提高，减小了空间烧孔效应，增加了模式的稳定性；与非对称的光栅π相移技术相比，降低了制备难度和成本。

技术领域

本发明涉及半导体光电器件技术领域，尤其涉及一种啁啾采样光栅量子级联激光器。

背景技术

量子级联激光器是一种利用电子在子带间跃迁发光的新型半导体激光器。其激射波长覆盖了3-25μm中远红外波段，在工业过程监控、痕量气体检测、医学诊断、以及自由空间通信等领域有着广泛的应用。在气体检测中通常需要波长稳定、高功率的单模量子级联激光器。

实现单模量子级联激光器常规的做法是通过引入光栅工艺形成分布反馈结构，根据光栅层所处的位置可以分为掩埋光栅和表面光栅。为了增加波长的稳定性通常选择掩埋光栅，然而由于耦合系数的增加光场集中在谐振腔的中心部分产生了空间烧孔并且大大降低了量子级联激光器的腔面输出功率。由于腔面解理的随机相位影响也会导致光场不能集中在特定的腔面造成功率损失。为了提高腔面的功率效率可以制作一个非对称的光栅π相移，然而由于需要电子束直写使得这种技术复杂而昂贵。

因此，有必要提出在一种量子级联激光器中制作啁啾采样光栅，实现特定腔面的光场分布强度增加并且改善了空间烧孔效应，提高了激光器的功率效率。这一技术对制作单模大功率量子级联激光器有着重要意义。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明提供一种啁啾采样光栅量子级联激光器，以改善掩埋光栅量子级联激光器的腔面输出功率低以及非对称的光栅π相移技术复杂而昂贵的问题。

(二)技术方案

根据本发明的一方面，提供一种啁啾采样光栅量子级联激光器，包括衬底，以及在该衬底上依次生长的外延层，所述外延层包括上限制层；其中，在所述上限制层的上表面具有啁啾采样光栅，该啁啾采样光栅包括啁啾区和采样光栅。

在进一步的实施方案中，所述的啁啾采样光栅的材料为InGaAs/InP，深度为0.05～0.2μm。

在进一步的实施方案中，所述的啁啾采样光栅的啁啾区长度占激光器总长度的25％～100％；所述啁啾采样光栅的采样光栅的采样周期为8～20μm，采样占空比沿腔长方向从左至右由90％均匀变化至50％。

在进一步的实施方案中，所述的啁啾采样光栅量子级联激光器的外延层还包括：衬底；下波导层，生长在衬底上；下限制层，生长在下波导层上；有源层，生长在下限制层上；上波导层，生长在上限制层上；高掺接触层，生长在上波导层上。

在进一步的实施方案中，所述的衬底为N型InP衬底，掺杂浓度为2×10¹⁷～1×10¹⁸/cm³。

在进一步的实施方案中，所述的下波导层的材料为掺杂的InP，掺杂浓度为2×10¹⁶/cm³～3×10¹⁶/cm³³，层厚为2～4μm；所述的上波导层的材料为掺杂的InP，2×10¹⁶/cm³～3×10¹⁶/cm³，层厚为2～4μm。