[发明专利]渐变掺杂宽波导带间级联激光器及其制备方法

权利要求书

1.一种渐变掺杂宽波导带间级联激光器，包括：

衬底；其中，所述衬底的材料为n型的GaSb，掺杂浓度介于1e¹⁷～1e¹⁸cm^-3之间，厚度介于500μm～550μm之间；以及

自下而上依次外延的下波导包层、下分别限制层、级联区、上分别限制层、上波导包层、以及上接触层；

其中，下分别限制层和上分别限制层均为n型掺杂的GaSb，其中，所述下分别限制层和所述上分别限制层的厚度为百纳米到微米量级，并且下分别限制层和上分别限制层都是渐变掺杂，使得下分别限制层和上分别限制层的两端掺杂浓度相对较高，中心区域掺杂浓度相对较低；

其中，所述级联区包含若干周期的级联结构，该级联结构包括：用于二类带间跃迁的W型有源区；用于输运空穴的空穴注入区；以及用于输运电子的电子注入区。

2.根据权利要求1所述的渐变掺杂宽波导带间级联激光器，其中：

所述下波导包层为n型掺杂的InAs/AlSb超晶格，该InAs/AlSb超晶格的周期为400-700个，掺杂浓度介于1e¹⁶～1e¹⁸cm^-3之间；和/或

所述上波导包层为n型掺杂的InAs/AlSb超晶格，该InAs/AlSb超晶格的周期为200～300个，掺杂浓度介于1e¹⁶～1e¹⁸cm^-3之间。

3.根据权利要求1所述的渐变掺杂宽波导带间级联激光器，其中，厚度均介于0.5μm～1.5μm之间，该厚度的数值随级联区厚度的增加而增加；所述下分别限制层和上分别限制层两端的掺杂浓度均介于5e¹⁶～1e¹⁸cm^-3之间，中心的掺杂浓度介于1e¹⁴～1e¹⁶cm^-3之间。

4.根据权利要求1所述的渐变掺杂宽波导带间级联激光器，其中，所述W型有源区为InAs/InGaSb/InAs/AlSb，其中InAs的厚度介于1nm～3nm之间，InGaSb的厚度介于2nm～4nm之间，In组分介于0.25～0.4之间，AlSb的厚度介于2nm～4nm之间。

5.根据权利要求1所述的渐变掺杂宽波导带间级联激光器，其中，所述空穴注入区为GaSb/AlSb超晶格，该GaSb/AlSb超晶格的周期为1～4个，且每个晶格单元中各组分的厚度在不同周期中渐变，GaSb的厚度介于2nm～5nm之间，AlSb的厚度介于1nm～4nm之间。

6.根据权利要求1所述的渐变掺杂宽波导带间级联激光器，其中，所述电子注入区为InAs/AlSb超晶格，该InAs/AlSb超晶格的周期为4～10个，其中InAs的厚度在不同周期中渐变，InAs的厚度介于1nm～5nm之间，AlSb的厚度介于1nm～4nm之间。

7.根据权利要求1至6任一项所述的渐变掺杂宽波导带间级联激光器，其中，所述下波导包层、下分别限制层、级联区、上分别限制层、上波导包层、以及上接触层中有两个相邻的区域之间存在过渡层。

8.一种渐变掺杂宽波导带间级联激光器的制备方法，包括：

在衬底上依次外延下波导包层、下分别限制层、级联区、上分别限制层、上波导包层、以及上接触层，得到外延片；其中，下分别限制层和上分别限制层均为n型掺杂的GaSb，下分别限制层和上分别限制层的厚度为百纳米到微米量级，并且下分别限制层和上分别限制层采用渐变掺杂，使得下分别限制层和上分别限制层的两端掺杂浓度相对较高，中心区域掺杂浓度相对较低；

在外延片上制作波导结构；

在波导结构上制作p型正面电极，在衬底的背面制作n型背面电极；

将制作完正面电极和背面电极的片子解离呈巴条，并在巴条的解离面上镀膜；以及

解离管芯，倒装焊在热沉上，完成渐变掺杂宽波导带间级联激光器的制备。