[发明专利]一种中红外锑化物量子级联激光器及其制备方法

权利要求书

1.一种中红外锑化物量子级联激光器，其特征在于，包括：

GaSb衬底，以及在所述GaSb衬底上依次外延生长的下限制层、下波导层、有源级联区、上波导层、上限制层以及上接触层；

其中，所述有源级联区包含多个周期，每个周期包含注入区与有源区，在所述注入区中，电子的能量被提升至第一能级，在提升至所述第一能级后，所述电子被注入所述有源区，在所述有源区中，所述电子从所述第一能级跃迁至第二能级，并在跃迁过程中发光，所述第二能级低于所述第一能级，在跃迁至所述第二能级后，所述电子利用声子从所述第二能级跃迁至第三能级，所述第三能级低于所述第二能级，在跃迁至所述第三能级后，所述电子被注入下一个周期的注入区。

2.根据权利要求1所述的中红外锑化物量子级联激光器，其特征在于，所述下限制层、下波导层、有源级联区、上波导层、上限制层以及上接触层的材料包含与GaSb晶格匹配的材料，所述与GaSb晶格匹配的材料包括晶格常数为的材料体系中的元素。

3.根据权利要求1所述的中红外锑化物量子级联激光器，其特征在于，所述有源级联区包含5～30个周期。

4.根据权利要求1所述的中红外锑化物量子级联激光器，其特征在于，所述有源区为InAs层与AlSb层交替生长3～9次的超晶格，所述有源区中的InAs层与AlSb层的厚度根据所述中红外锑化物量子级联激光器的波长确定；所述注入区为InAs层与AlSb层交替生长5～12次的超晶格，所述注入区中的InAs层与AlSb层的厚度根据所述中红外锑化物量子级联激光器的波长以及所述有源区的厚度确定。

5.根据权利要求1所述的中红外锑化物量子级联激光器，其特征在于，所述下限制层的材料为N型掺杂的铝镓砷锑，组分比例为Al_0.6-0.9GaAs_0.02-0.04Sb，掺杂元素为碲，掺杂浓度为1e¹⁷～1e¹⁸cm^-3，所述下限制层的厚度为1μm～2μm。

6.根据权利要求1所述的中红外锑化物量子级联激光器，其特征在于，所述下波导层的材料为非掺杂的铝镓铟砷锑，组分比例为Al_0.1-0.3GaIn_0.2-0.4As_0.15-0.35Sb，所述下波导层的厚度为100nm～400nm。

7.根据权利要求1所述的中红外锑化物量子级联激光器，其特征在于，所述上波导层的材料为非掺杂的铝镓铟砷锑，组分比例为Al_0.1-0.3GaIn_0.2-0.4As_0.15-0.35Sb，所述上波导层的厚度为100nm～400nm。

8.根据权利要求1所述的中红外锑化物量子级联激光器，其特征在于，所述上限制层的材料为P型掺杂的铝镓砷锑，组分比例为Al_0.3-0.9GaAs_0.02-0.04Sb，掺杂元素为铍，掺杂浓度为1e¹⁸～1e¹⁹cm^-3，所述上限制层的厚度为1μm～2μm。

9.根据权利要求1所述的中红外锑化物量子级联激光器，其特征在于，所述上接触层的材料为P型掺杂的镓锑，掺杂元素为铍，掺杂浓度为1e¹⁹～8e¹⁹cm^-3，所述上接触层的厚度为250nm～500nm。

10.一种用于制备权利要求1-9中任意一种所述中红外锑化物量子级联激光器的制备方法，其特征在于，包括：

在GaSb衬底上依次外延生长下限制层、下波导层、有源级联区、上波导层、上限制层及上接触层；其中，所述有源级联区包含多个周期，每个周期包含注入区与有源区；

从所述上接触层向下刻蚀，直至所述上限制层的上表面以及所述上波导层的下表面之间，以形成脊型波导结构；

沉积绝缘层；

刻蚀所述脊型波导结构上的绝缘层，以形成电极窗口；

在所述电极窗口上制备P型电极；

在所述GaSb衬底的背面制备N型电极。