[发明专利]一种三端式S型环形量子级联激光器

权利要求书

1.一种三端式S型环形量子级联激光器，其特征在于：该激光器包括由下至上依次设置的衬底(7)、集电极(8)、量子级联结构层(9)、量子能级匹配层(10)、基极(11)、发射极(12)，所述集电极(8)与量子级联结构层(9)之间、所述基极(11)与发射极(12)之间均有阶梯状设置；

所述三端式S型环形量子级联激光器还包括设置于集电极(8)顶部或衬底(7)下方的集电极电极(13)、设置于基极(11)顶部的基极电极(14)、设置于发射极(12)顶部的发射极电极(15)；

所述激光器上还刻蚀有S型环形波导(19)和与所述S型环形波导(19)耦合的条形直波导(18)，S型环形波导(19)和条形直波导(18)的刻蚀深度为从发射极顶部至基极(11)顶部、量子能级匹配层(10)顶部、量子级联结构层(9)顶部或集电极(8)顶部的任意深度，其中，S型环形波导(19)的环形区域内或环形区域外至少有一侧刻蚀深度为仅从发射极顶部至基极顶部，所述条形直波导(18)包括输入段(17)和耦合段(16)；

所述量子级联结构层(9)由至少两个结构相同的QCL堆栈单元串联堆栈而成，所述QCL堆栈单元包括至少两种结构相同的QCL子单元，每种所述QCL子单元均由有源区和注入区组成，所述注入区包括若干段掺杂区，不同种所述QCL子单元之间至少有一段掺杂区的掺杂浓度参数不同。

2.根据权利要求1所述的三端式S型环形量子级联激光器，其特征在于：至少一种所述QCL子单元包含有两段或两段以上掺杂区，且该QCL子单元中至少存在有一段掺杂区，其掺杂浓度参数不同于其它段掺杂区的掺杂浓度参数。

3.根据权利要求1所述的三端式S型环形量子级联激光器，其特征在于：所述量子级联结构层(9)包括N个QCL堆栈单元：第一个QCL堆栈单元AB(1)、第i个QCL堆栈单元AB(2)、第N个QCL堆栈单元AB(3)，或者第一个QCL堆栈单元ABB(4)、第i个QCL堆栈单元ABB(5)、第N个QCL堆栈单元ABB(6)，其中i、N为大于1的整数，i≤N。

4.根据权利要求1所述的三端式S型环形量子级联激光器，其特征在于：所述QCL子单元采用U态-L态转移设计，所述U态与所述L态为单能态、多能态或连续态中的任意一种，所述多能态包含至少两个能态。

5.根据权利要求1所述的三端式S型环形量子级联激光器，其特征在于：所述QCL子单元的有源区所对应的工作或激射波长在中红外或太赫兹波段。

6.根据权利要求1所述的三端式S型环形量子级联激光器，其特征在于：所述三端式S型环形量子级联激光器中的集电极电极(13)至少为一个，基极电极(14)至少为一个，发射极电极(15)至少为一个。

7.根据权利要求1所述的三端式S型环形量子级联激光器，其特征在于：所述S型环形波导(19)和基极(11)上设置若干个绝缘层(20)使该激光器形成多段结构而具有若干段控制子单元。

8.根据权利要求7所述的三端式S型环形量子级联激光器，其特征在于：每一段所述控制子单元可被一组独立段电压控制，所述一组独立段电压至少包含集电极(8)、基极(11)、发射极(12)三个电极控制电压，每组独立电极控制电压的取值为正压、零压或负压中的任意一个。

9.根据权利要求7所述的三端式S型环形量子级联激光器，其特征在于：每一段所述控制子单元中，基极-发射极偏压控制注入该段中的量子级联结构层(9)的电流密度，基极-集电极偏压控制该段中量子级联结构层(9)的器件偏压。

10.根据权利要求9所述的三端式S型环形量子级联激光器，其特征在于：在所施加的基极-发射极偏压与基极-集电极偏压器件偏压组合下，至少有两个所述QCL堆栈单元能工作或激射，每个所述工作或激射QCL堆栈单元中至少有一个所述QCL子单元能够工作或激射。