[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

说明书

本公开提供了一种中红外锑化物量子级联激光器及其制备方法，包括：GaSb衬底，以及在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，有源级联区包含多个周期，每个周期包含注入区与有源区，在注入区中，电子的能量被提升至第一能级，在提升至第一能级后，电子被注入有源区，在有源区中，电子从第一能级跃迁至第二能级，并在跃迁过程中发光，第二能级低于第一能级，在跃迁至第二能级后，电子利用声子从第二能级跃迁至第三能级，第三能级低于第二能级，在跃迁至第三能级后，电子被注入下一个周期的注入区。本公开提供的中红外锑化物量子级联激光器可以覆盖整个中红外波段。

技术领域

本公开涉及激光装置技术领域，特别涉及一种中红外锑化物量子级联激光器及其制备方法。

背景技术

中红外波段3-5微米是一个非常重要的波段，由于很多气体分子的吸收峰以及大气窗口都在这个波段，所以其在气体检测、自由空间光通信以及光电对抗中都有非常重要的作用。

但是现有的量子级联激光器依靠导带电子和价带空穴的辐射复合发光，发出的光的波长主要由材料本身的带隙决定，因此，难以实现较大范围的波长调节，导致无法覆盖整个中红外波段，因此，亟需一种激光器，以实现中红外波段的全覆盖。

发明内容

本公开的目的是提供一种中红外锑化物量子级联激光器及其制备方法，以实现中红外波段的全覆盖。

为实现上述目的，本公开实施例提供一种中红外锑化物量子级联激光器，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。

本公开实施例还提供一种中红外锑化物量子级联激光器的制备方法，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；

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。

可以看出，本公开提供的中红外锑化物量子级联激光器仅利用导带中电子的能级跃迁进行发光，并不需要价带空穴参与发光，因此可以通过调整有源级联区中InAs层的厚度，实现较大范围的波长调节，进而实现中红外波段的全覆盖，并且电子可以从有源级联区中的一个周期循环注入下一个周期，实现电子的重复利用，从而提高了内量子效率，此外，由于第二能级上的电子可以被很快地抽运出有源区，使得第一能级与第二能级之间容易实现粒子数的反转，从而有利于激光器的激射。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。