【技術實現步驟摘要】
本公開涉及半導體激光器，尤其涉及一種帶間級聯激光器外延結構及帶間級聯激光器。
技術介紹
1、中紅外光譜區因其具有豐富的氣體特征吸收峰，使工作在此波段的激光器在氣體檢測，工業加工，科學研究領域具有巨大應用價值。同時，因其作為一個重要的大氣透明窗口，使該類器件在紅外對抗，無線通信領域也具有重大應用價值。
2、帶間級聯激光器(icl)是實現3～5微米激光波段的重要器件。該激光器因其輻射復合區的電子和空穴分別限制在不同材料層中，因而可以突破材料帶隙對器件工作波長的限制，從而實現工作波長的拓展。但是這種ii型量子阱結構導致電子空穴相互作用減弱，光學增益降低，阻礙器件閾值電流進一步減小。
技術實現思路
1、(一)要解決的技術問題
2、針對現有的技術問題，本公開提供一種帶間級聯激光器外延結構，用于至少部分解決以上技術問題。
3、(二)技術方案
4、本公開提供一種帶間級聯激光器外延結構，包括：依次疊加的襯底、緩沖層、下限制層、下波導層、有源級聯區、上波導層、上限制層和接觸層；其中，下限制層用于限制激光向第一方向泄露，上限制層用于限制激光向第二方向泄露；下波導層的帶隙寬度介于下限制層與有源級聯區之間，且下波導層的帶隙寬度大于有源級聯區的帶隙寬度，下波導層的折射率大于下限制層的折射率；上波導層的帶隙寬度介于上限制層與有源級聯區之間，且上波導層的帶隙寬度大于有源級聯區的帶隙寬度，上波導層的折射率大于上限制層的折射率；以及有源級聯區包括一個或多個周期的注入復
5、可選地，電子空穴復合區包括：電子空穴復合疊層和至少一個電子輸運疊層；其中，電子空穴復合疊層用于對電子和空穴進行復合，電子空穴復合疊層包括依次疊加的銦砷層、銦鎵銻層和銦砷層；電子輸運疊層用于將電子向銦鎵銻層與銦砷層之間的界面集中；電子輸運疊層設置在電子空穴復合疊層的至少一側。
6、可選地，電子輸運疊層包括：相互疊加的銦砷層和鋁銻層；其中，多個銦砷層之間互相不接觸。
7、可選地，電子空穴復合區的各層的厚度和銦鎵銻層的組分，根據帶間級聯激光器的工作波長確定；以及銦砷層的厚度調控規律與鋁銻層的厚度調控規律相反，銦砷層的厚度調控規律與銦鎵銻層的厚度調控規律相同。
8、可選地，電子注入區包括：一個或多個周期的電子輸運疊層；其中，電子注入區中的各銦砷層的厚度沿指向電子空穴復合區的方向逐漸減小；和/或空穴注入區包括：一個或多個周期的空穴輸運疊層；其中，空穴輸運疊層包括相互疊加的鎵銻層和鋁銻層。
9、可選地，電子注入區中的銦砷層采用n型硅摻雜。
10、可選地，空穴注入區與電子空穴復合區之間設置有鋁銻層。
11、可選地，襯底與緩沖層、下限制層、下波導層、有源級聯區、上波導層、上限制層、接觸層中至少之一的材料晶格匹配；其中，襯底的材料為銦砷或鎵銻；下限制層為銦砷層與鋁銻層相互疊加的超晶格，或鋁鎵砷銻體材料，或鋁銦砷銻體材料；下波導層的材料為銦砷或鎵銻，或鋁鎵砷銻體材料，或鋁銦砷銻體材料；上波導層的材料為銦砷或鎵銻，或鋁鎵砷銻體材料，或鋁銦砷銻體材料；以及上限制層為銦砷層與鋁銻層相互疊加的超晶格，或鋁鎵砷銻體材料，或鋁銦砷銻體材料。
12、可選地，襯底、緩沖層、下限制層、上限制層為摻雜鎵碲或硅的n型摻雜；接觸層為n型硅摻雜的銦砷層或n型鎵碲摻雜的鎵銻層。
13、本公開另一方面提供一種帶間級聯激光器，包括：本公開任一實施例的帶間級聯激光器外延結構和多個電極；其中，多個電極中的其中一個與接觸層相接觸，以及多個電極中的另一個與襯底相接觸。
14、(三)有益效果
15、與現有技術相比，本公開提供的帶間級聯激光器外延結構，至少具有以下有益效果：
16、(1)本公開的帶間級聯激光器外延結構，通過在多個周期的注入復合疊層中，將電子空穴復合區設置在電子注入區與空穴注入區之間，可以將電子與空穴限制在電子空穴復合區內，增強了電子空穴的相互作用，進而可以提高光學增益，以及減小器件閾值電流。
17、(2)本公開的帶間級聯激光器外延結構，通過在電子空穴復合疊層的一側或兩側設置電子輸運疊層，可以進一步將電子向銦鎵銻層集中，較傳統的w型量子阱，具有更高的光學增益。
18、(3)本公開的帶間級聯激光器外延結構，通過調節電子空穴復合區的各層的厚度，增加了對激光器工作波長的調控維度，可以實現激光器工作波長的精細調控。
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1.一種帶間級聯激光器外延結構，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的帶間級聯激光器外延結構，其特征在于，所述電子空穴復合區包括：
3.根據權利要求2所述的帶間級聯激光器外延結構，其特征在于，所述電子輸運疊層包括：
4.根據權利要求3所述的帶間級聯激光器外延結構，其特征在于，所述電子空穴復合區的各層的厚度和所述銦鎵銻層的組分，根據所述帶間級聯激光器的工作波長確定；以及
5.根據權利要求3所述的帶間級聯激光器外延結構，其特征在于，所述電子注入區包括：
6.根據權利要求5所述的帶間級聯激光器外延結構，其特征在于，所述電子注入區中的銦砷層采用N型硅摻雜。
7.根據權利要求5所述的帶間級聯激光器外延結構，其特征在于，所述空穴注入區與所述電子空穴復合區之間設置有鋁銻層。
8.根據權利要求1所述的帶間級聯激光器外延結構，其特征在于，所述襯底與所述緩沖層、所述下限制層、所述下波導層、所述有源級聯區、所述上波導層、所述上限制層、所述接觸層中至少之一的材料晶格匹配；
9.根據權利要求8所述的帶間級
10.一種帶間級聯激光器，其特征在于，包括權利要求1～9任一項所述的帶間級聯激光器外延結構和多個電極；
...【技術特征摘要】
1.一種帶間級聯激光器外延結構，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的帶間級聯激光器外延結構，其特征在于，所述電子空穴復合區包括：
3.根據權利要求2所述的帶間級聯激光器外延結構，其特征在于，所述電子輸運疊層包括：
4.根據權利要求3所述的帶間級聯激光器外延結構，其特征在于，所述電子空穴復合區的各層的厚度和所述銦鎵銻層的組分，根據所述帶間級聯激光器的工作波長確定；以及
5.根據權利要求3所述的帶間級聯激光器外延結構，其特征在于，所述電子注入區包括：
6.根據權利要求5所述的帶間級聯激光器外延結構，其特征在于，所述電子注入區中的銦砷層采用...
【專利技術屬性】
技術研發人員：余紅光，牛智川，楊成奧，徐應強，張宇，倪海橋，陳益航，王天放，石建美，
申請(專利權)人：中國科學院半導體研究所，
類型：發明
國別省市：
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