44]步骤6:以二氧化硅为掩膜刻蚀有源层本体，刻蚀深度大于有源层厚度并在横向将有源层分成若干个不等宽度的微米条阵列，中间的微米条最宽，朝向两侧微米条宽度依次递减；
[0045]步骤7:利用金属有机化学气相沉积设备和选区外延技术在相邻有源层的中间区域生长半绝缘InP:Fe层，直到半绝缘InP:Fe层的厚度与有源层上表面近似等高，由于选区外延的作用，二氧化硅表面并不生长InP:Fe ;
[0046]步骤8:除去用于掩膜的二氧化硅图形；
[0047]步骤9:利用金属有机化学气相沉积设备生长上波导层；
[0048]步骤10:在上波导层上面生长正面电极；
[0049]步骤12:将衬底背面减薄、抛光；
[0050]步骤13:在减薄后的衬底背面蒸发背金属电极并进行合金，完成器件的制作。
[0051]以下结合说明书附图详细说明作为本发明一优选实施例的量子级联激光器相干阵列结构。
[0052]本发明公开了一种量子级联激光器相干阵列结构，包括:
[0053]一衬底1，该衬底1为InP衬底，掺杂浓度为IX 1017?3X10 17cm 3；
[0054]—下波导层2，该下波导层生长在该衬底上，该波导层2的材料为η型InP，掺杂浓度为 2X 1016?4X 10 16cm 3，层厚为 1 ?3 μπι ;
[0055]—有源层3，该有源层生长在下波导层上，该有源层3由20?60个重复周期的InGaAs/InAlAs组成，该有源层对应的波长为4?12 μm，有源层在横向被分成5个不等宽度的微米条阵列，中间的微米条最宽，朝向两侧微米条宽度依次递减；
[0056]—半绝缘InP:Fe层4，该半绝缘InP层生长在下波导层上，位于有源层的两侧且等间距分布，该半绝缘InP层4为高阻层，电阻率为1 X 105?1 X 10 7 Ω.cm，厚度与有源层3相差±0.5μπι，宽度为2?5μπι且各单元相同；
[0057]—上波导层5，该上波导层生长在有源层和半绝缘InP层上，该上波导层5的材料为η型InP，层厚和掺杂浓度按生长顺序依次为2?3 μ m低掺InP，浓度为2X 1016?4X 1016cm 3;以及 0.4 ?1 μ m 高惨 InP,浓度为 5 X 10 18?1 X 10 19cm 3。
[0058]图2为5-单元均匀/啁啾微米条QCL相干阵列的超模损耗图，计算波长为7.25微米。其中，均匀阵列的宽度为7微米，啁啾阵列1的单元宽度从左到右依次为6，7，8，7，6微米；啁啾阵列2的单元宽度从左到右依次为6，7，9，7，6微米；啁啾阵列3的单元宽度从左到右依次为6，7，10，7，6微米。如图2所示，本发明通过啁啾的结构设计调整了微米条阵列间的增益分配，使基超模(1阶超模)具有最低的波导损耗从而优先激射。
[0059]图3为如图1所示实施例中，5-单元啁啾微米条QCL相干阵列的模式分布图，其中单元宽度从左到右依次为6，7，10，7，6微米，计算波长为7.25微米。如图3所示，此时光场强度主要集中到阵列的中间部分，从而改善了光束质量。
[0060]图4(a)、4(b)为注入功率相同、阵列总发光面积和间隔距离相同时不同脊的宽度下有源区的工作温度。如图4(a)、4(b)所示，通过将有源区的发光面积分成若干啁啾微米条阵列的方法可以有效的增强横向散热能力(有源脊越窄横向散热能力越强)，从而显著降低有源区的工作温度。
[0061]经过实验验证，采用本发明的量子级联激光器相干阵列结构的激光器采用啁啾微米结构实现了量子级联激光器相干阵列的基超模辐射，通过将发光面积分隔成若干小份显著降低了有源区的工作温度从而提高了输出功率。
[0062]以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种量子级联激光器相干阵列结构，包括: 一衬底； 一下波导层，该下波导层位于该衬底上； 一有源层，该有源层位于该下波导层上，且在横向上被分成间隔开来的若干个不等宽度的微米条阵列，其中位于中间的微米条最宽，朝向两侧微米条的宽度依次递减； 一半绝缘InP:Fe层，该半绝缘InP:Fe层在横向上被分成间隔开的若干等宽度阵列，位于该有源层的左右两侧及间隔其中，用来隔离所述微米条阵列； 一上波导层，该上波导层位于该有源层和半绝缘InP:Fe层上。2.如权利要求1所述的量子级联激光器相干阵列结构，其中所述衬底为InP衬底，掺杂浓度为 1X1017?3X10 17cm3。3.如权利要求1所述的量子级联激光器相干阵列结构，其中所述下波导层的材料为InP，该下波导层为η型掺杂，掺杂浓度为2Χ 1016?4Χ 10 16cm 3，层厚为1_3 μπι。4.如权利要求1所述的量子级联激光器相干阵列结构，其中所述有源层由20-60个重复周期的InGaAs/InAlAs叠层组成，该有源层对应的波长为4_12 μπι。5.如权利要求1所述的量子级联激光器相干阵列结构，其中所述半绝缘InP:Fe层为高阻层，电阻率为1 Χ?ο5?1Χ107Ω.cm，厚度与有源层相差±0.5 μ m，宽度为2-5 μ m。6.如权利要求1所述的量子级联激光器相干阵列结构，其中所述上波导层的材料为InP，该波导层为η型掺杂。7.如权利要求1所述的量子级联激光器相干阵列结构，其中所述量子级联激光器相干阵列结构工作于基超模辐射状态。8.采用如权利要求1至7任意一项所述的量子级联激光器相干阵列结构的量子级联激光器。9.一种量子级联激光器的制造方法，包括以下步骤: 步骤1:在衬底上依次生长下波导层、有源层； 步骤2:在有源层上生长二氧化硅层； 步骤3:在所述二氧化硅层上通过光刻掩膜技术在横向制作出不等宽度的微米条阵列图形，中间的微米条最宽，朝向两侧微米条宽度依次递减； 步骤4:以二氧化硅为掩膜刻蚀有源层本体，刻蚀深度大于有源层厚度； 步骤5:在相邻有源层的中间区域及有源层左右两个最外侧生长半绝缘InP:Fe层，直到半绝缘InP:Fe层的厚度与有源层上表面厚度在±0.5 μπι之间； 步骤6:除去用于掩膜的二氧化硅图形； 步骤7:在所述有源层和半绝缘InP:Fe层上生长上波导层，完成器件的制作。10.如权利要求9所述的量子级联激光器的制造方法，其中所述各层的生长通过金属有机化学气相沉积法来实现。
【专利摘要】一种量子级联激光器相干阵列结构，包括：一衬底；一下波导层；一有源层，该有源层在横向被分成若干个不等宽度的微米条阵列，中间的微米条最宽，向两侧微米条宽度依次递减；一半绝缘InP：Fe层，该半绝缘InP：Fe层位于有源层的两侧且等宽度用来隔离微米条阵列；一上波导层。以及一种采用该相干阵列结构的量子级联激光器及其制造方法。本发明通过啁啾的有源脊宽度设计调整了微米条阵列间的增益分配，使基超模具有最低的波导损耗从而优先激射，从而改善了光束质量，同时利用半绝缘InP作为有源层的分隔区和光场的耦合区，不但实现了阵列的相干激射而且显著降低了有源区的工作温度，从而有利于提高器件的输出功率。
【IPC分类】H01S5/42, H01S5/30, H01S5/323, H01S5/024
【公开号】CN105244761
【申请号】CN201510706103
【发明人】张锦川, 刘峰奇, 梁平, 胡颖, 王利军, 刘俊岐, 王占国
【申请人】中国科学院半导体研究所
【公开日】2016年1月13日
【申请日】2015年10月27日