带间级联激光器

本公开涉及半导体，更具体地，涉及一种带间级联激光器。

背景技术：

1、带间级联激光器(icl)是2-10微米波段中红外半导体激光器，理论上增益核的周期数增加能提高发射的激光功率，但是现有的最高功率来自7-10周期的带间级联激光器，周期数提高到10以上，功率并没有增加，原因在于提高增益核的周期数，虽然能增加有源层的体积，但是也造成有源层损耗快速增加，造成激光器整体性能下降。

2、目前，现有带间级联激光器室温连续波工作的最大功率来自具备7周期增益核层的器件，进一步增加到10周期，由于每个周期的增益核层由超晶格构成，且包含数层高掺杂的超晶格层，当增加增益核层的周期数以提高输出功率时，一方面，产生的热量随之增加，超晶格结构的热阻大造成热量无法及时排出；另一方面，高掺杂的超晶格层数也随之增加，造成光学模式的自由载流子损耗显著增加。因而，现有带间级联激光器的输出功率受到最大周期数的限制。

技术实现思路

1、为解决现有技术中的所述以及其他方面的至少一种技术问题，本公开实施例提供一种带间级联激光器，能够实现突破周期数的限制的同时提高带间级联激光器的输出功率。

2、本公开的实施例提供了一种带间级联激光器，包括：底部供电模组和顶部供电模组；以及有源层，设置在上述底部供电模组和上述顶部供电模组之间，上述有源层适用于在上述底部供电模组和上述顶部供电模组供电的情况下提供增益产生激光，上述有源层包括在两个光学限制层之间交替设置的多个增益核层和多个上述光学限制层；上述光学限制层的折射率大于上述增益核层的折射率，以使上述激光在上述有源层内传播并产生多个光学模式，通过调节上述增益核层的激射波长和/或上述光学限制层的厚度，以使上述多个光学模式中的基模模式的限制因子高于每个高阶模式的限制因子。

3、根据本公开的一些实施例，上述增益核层不少于三层，每个上述增益核层由2-10个子增益核层周期性地并列布置而成。

4、根据本公开的一些实施例，上述光学限制层的掺杂类型为n型，掺杂浓度不大于2×1018cm-3。

5、根据本公开的一些实施例，多个上述增益核层被构造成具有不同的激射波长以扩大增益谱和调谐范围。

6、根据本公开的一些实施例，多个上述光学限制层被构造成具有不同的厚度以增强预设上述增益核层内的上述光学模式。

7、根据本公开的一些实施例，包括3个上述增益核层，并且上述光学模式包括基模模式和2个高阶模式。

8、根据本公开的一些实施例，上述基模模式在上述增益核层中的限制因子γ为17.0％；2个高阶模式在上述增益核层中的限制因子γ分别为7.98％和11.8％。

9、根据本公开的一些实施例，上述顶部供电模组包括：上包层，设置在上述有源层上；上接触层，设置在上述上包层上，上述有源层、上包层和上接触层在上述底部供电模组上形成脊型波导；介质绝缘层，形成于上述脊型波导的顶部以及两侧侧壁，上述脊型波导顶部的上述介质绝缘层的表面被构造成具有允许上述激光射出的窗口；以及顶部电极，形成于上述介质绝缘层表面的上述窗口中，上述顶部电极与上述上接触层形成欧姆接触。

10、根据本公开的一些实施例，上述底部供电模组包括：衬底；缓冲层，设置在上述衬底上；下包层，设置在上述缓冲层上，上述有源层形成在上述下包层上；以及底部电极，形成于上述衬底远离上述缓冲层的表面，上述顶部电极和上述底部电极协作向上述有源层提供电能。

11、根据本公开的一些实施例，上述上包层和上述下包层的折射率分别小于上述有源层的折射率，以限制上述激光在上述有源层内传播。

12、根据本公开实施例的带间级联激光器，通过在有源层内的两个光学限制层之间交替设置多个增益核层和多个光学限制层，其中，光学限制层的折射率大于增益核层的折射率，使激光在有源层内传播并产生多个光学模式，能够实现突破周期数的限制的同时降低了多周期带间级联激光器的有源层的温度和波导损耗，提高了带间级联激光器的输出功率。

技术特征：

1.一种带间级联激光器，包括：

2.根据权利要求1所述的带间级联激光器，其中，所述增益核层不少于三层，每个所述增益核层由2-10个子增益核层周期性地并列布置而成。

3.根据权利要求1所述的带间级联激光器，其中，所述光学限制层的掺杂类型为n型，掺杂浓度不大于2×1018cm-3。

4.根据权利要求1所述的带间级联激光器，其中，多个所述增益核层被构造成具有不同的激射波长以扩大增益谱和调谐范围。

5.根据权利要求1所述的带间级联激光器，其中，多个所述光学限制层被构造成具有不同的厚度以增强预设所述增益核层内的所述光学模式。

6.根据权利要求1所述的带间级联激光器，其中，包括3个所述增益核层，并且所述光学模式包括基模模式和2个高阶模式。

7.根据权利要求6所述的带间级联激光器，其中，所述基模模式在所述增益核层中的限制因子γ为17.0％；

8.根据权利要求1-7中的任一项所述的带间级联激光器，其中，所述顶部供电模组包括：

9.根据权利要求8所述的带间级联激光器，其中，所述底部供电模组包括：

10.根据权利要求9所述的带间级联激光器，其中，所述上包层和所述下包层的折射率分别小于所述有源层的折射率，以限制所述激光在所述有源层内传播。

技术总结
本公开提供一种带间级联激光器，包括：底部供电模组和顶部供电模组；以及有源层，设置在底部供电模组和顶部供电模组之间，有源层适用于在底部供电模组和顶部供电模组供电的情况下提供增益产生激光，有源层包括在两个光学限制层之间交替设置的多个增益核层和多个光学限制层；其中，光学限制层的折射率大于增益核层的折射率，以使激光在有源层内传播并产生多个光学模式，通过调节增益核层的激射波长和/或光学限制层的厚度，以使多个光学模式中的基模模式的限制因子高于每个高阶模式的限制因子。

技术研发人员：孙瑞轩,刘舒曼,宋哲煜,张锦川,刘俊岐,王利军,卓宁,翟慎强,刘峰奇
受保护的技术使用者：中国科学院半导体研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15