通过生长不同的有源芯层和无源芯层的多波长量子级联激光器的制造方法
【专利说明】通过生长不同的有源芯层和无源芯层的多波长量子级联激 光器
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求2012年11月30日提交的、遵照美国35U.S.C. § 119的、序号为 61/732, 289的美国临时申请的优先权，该临时申请的内容是本文的基础，并且全部通过引 用并入本文。
技术领域
[0003] 本说明书总地涉及基于半导体的激光器，更具体地讲，涉及特别适用于诸如下列 应用的基于半导体的激光器：气体感测、医疗诊断、以及需要大量不同波长或宽范围波长调 谐的其他应用。还公开了制作这样的器件的方法。
【背景技术】
[0004] 从量子级联激光器产生中红外（MIR)中的多个波长已经通过如下的方式得以实 现，即，设计能够同时发射两个波长的一个单一芯层（参见"Bidirectionalsemiconductor laser"，C.Gmachl等人，Nature387,777(1999): -个芯层被设计为相反的偏压导致两 个不同波长的发射），或者将具有不同周期的光栅添加到具有足够宽的增益带宽的一个 单一芯层。参见，例如，"High-performance,homogeneousbroad-gainQCLsbasedon dual-upper-statedesign"，K.Fujita等人，ApplPhysLett96, 241107 (2010)、以及同 一组人在ApplPhysLett98,231102(2011)中的进一步的著作：一个芯层，该芯层具有宽 增益带宽，并且可以被调谐为在宽波长范围上发射（在第一著作中，调谐范围为330cm\在 第二著作中，调谐范围为 600cm_l)。还参见"BroadbandDistributed-FeedbackQuantum CascadeLaserArrayOperatingFrom8. 0to9. 8ym",B.G.Lee等人：一个宽增益芯层， 其精确波长由光栅控制的平行器件的阵列。在这些情况下，波长覆盖范围仅为中心波长的 大约 15-20%。
[0005] 另一种技术在于将不同的芯层彼此堆叠，每个芯层以不同的波长发射。参 见C.Gmachl、D.L.Sivco、R.Colombelli、F.Capasso和A.Y.Cho，"Ultra-broadband semiconductorlaser"，Nature, 415, 883-887,(2002)、以及C.Gmachl、D.L.Sivco、 J.N. ,BaillargeoriNA.L.Hutchinson,F.Capasso和A.Y.Cho,"Quantumcascade laserswithaheterogeneouscascade:two-wavelengthoperation'，，Appl.Phys. Lett.，vol. 79, 572-574, 2001。这里再次，不同周期的光栅可以添加在芯层的上方以使得选 择精确的波长，这次由于芯层不同，稍微宽一些的范围（中心波长的30-40%)内的波长。
【发明内容】
[0006] 根据本公开的一个方面，一种形成能够生成中红外激光辐射的激光源的方法包 括：在基板上生长第一芯层结构；蚀刻掉一个或多个位置上的第一芯层结构；并且在基板 上生长第二芯层结构。芯层结构中的至少一个包括以3-14ym的范围内的频率发射的量子 级联增益介质。
[0007] 根据另一个方面，一种能够生成中红外激光辐射的激光源包括：量子级联芯层，其 定位在基板上，用于在3-14ym的范围内发射；以及第二芯层，其在基板上，在平面内相对 于第一芯层定位。第二芯层是下列之一：a)无源波导芯层；b)被构造为以与第一芯层的频 率不同的频率发射的第二量子级联芯层；以及c)半导体有源芯层区域。
[0008] 对于本领域的技术人员，这些特征和优点以及其他特征和优点从说明书和附图将 是清楚的。
【附图说明】
[0009] 图IA和IB:根据本发明的多芯层器件的一个实施例的平面示意图和截面示意 图；
[0010] 图2 :根据本发明的一个实施例的方法中的某些处理步骤的示意图；
[0011] 图3A和3B:根据本发明的多芯层器件的一个替代实施例的平面示意图和截面示 意图；
[0012] 图4 :根据本发明的器件的某些实施例的一个替代方面的示意性截面图；
[0013] 图5 :根据本发明的器件的某些实施例的另一替代方面的示意性截面图。
【具体实施方式】
[0014] 通过参照以下详细描述、附图、示例和权利要求书以及它们的前面的和后面的描 述，可以更容易地理解本发明。然而，在公开和描述所提出的合成物、物品、器件和方法之 前，要理解本发明不限于所公开的特定的合成物、物品、器件和方法，除非另有规定，因为这 些当然可以改变。还要理解，本文中所使用的术语仅仅是为了描述特定方面的目的，而非意 图限制。
[0015] 以下对于本发明的描述是作为本发明在其当前已知的实施例中的使能教导而提 供的。为此，相关领域的技术人员将认识和意识到，可以对本文中所描述的本发明的各方面 做出许多改变，同时仍然获得本发明的有益结果。还将显而易见的是，本发明的期望的益处 中的一些可以通过选择本发明的特征中的一些、而不利用其他特征来获得。因此，本领域的 技术人员将认识到，对于本发明的许多修改和改动是可能的，在某些情况下甚至可能是可 取的，并且是本发明的一部分。因此，以下描述是作为本发明的原理的例示说明而提供的， 而非限制本发明。
[0016] 公开了材料、化合物、合成物和成分，这些可以用于所公开的方法和合成物的实施 例，可以与这些实施例结合使用，可以在准备这些实施例时被使用，或者就是这些实施例。 这些材料和其他材料在本文中被公开，并且理解，当这些材料的组合、子集、相互作用、族群 等被公开时，虽然这些化合物每个不同的个体组合和集体组合以及置换的特定论述可能没 有被明确公开，但是每个在本文中均有具体设想和描述。因此，如果一类取代类A、B和C以 及一类取代类D、E和F被公开，并且组合实施例的例子A-D被公开，则每个均被单个地和共 同地设想。因此，在这个例子中，组合A-E、A-F、B-D、B-E、B-F、C-D、C-E和C-F中的每个均 被具体设想，并且应被认为从A、B和/或C;D、E和/或F以及示例组合A-D的公开内容而 被公开。同样地，这些的任何子集或组合也被具体设想和公开。因此，例如，A-E、B-F和C-E 的子族群被具体设想，并且应被认为从A、B和/或C;D、E和/或F;示例组合A-D的公开内 容而被公开。该概念适用于本公开的所有方面，包括，但不限于，合成物的任何成分、以及制 作并且使用所公开的合成物的方法中的步骤。因此，如果存在可以执行的各种增加步骤，则 理解，这些增加步骤中的每个均可以与所公开的方法的任何特定的实施例或实施例的组合 一起执行，并且每个这样的组合被具体设想，并且应被认为被公开。
[0017] 在本说明书和权利要求书中，将参照应被定义为具有下列意义的若干个术语：
[0018] "包括"等术语意指包括，但不限于，也就是说，是包容性的，而非排他性的。
[0019]术语"大约"论及范围内的所有项，除非另有说明。例如，大约1、2或3等同于大 约1、大约2、或大约3,并且还包括从大约1-3、从大约1-2和从大约2-3。针对合成物、成 分、组分、添加剂等方面公开的特定值和优选值及其范围仅仅是为了例示说明；它们不排除 其他限定值或限定范围内的其他值。本公开的合成物和方法包括具有本文中所描述的任何 值或这些值的任何组合、特定值、更特定的值和优选