与半导体量子级联激光器的端面相邻的p-型隔离区的制作方法
【专利摘要】提供了量子级联激光器及其制造方法。该量子级联激光器包括有源波导芯（29），被夹在沿激光器的波导轴延伸的上侧（22,26）和下侧（24）n-型包覆层之间。该上侧n-型包覆层的一部分（40）包括足够多的p-型掺杂剂以变成p-型且变成电隔离区。这些隔离区可仅被设置在激光器的窗口端面段（13,14）之一或这两者处，以在这些端面段中提供垂直隔离，从而减少进入激光器的端面区的电流、并帮助使可能有害的端面加热达到最小。可设置附加p-型电隔离区（40）以形成沿激光器的波导轴延伸的电隔离的激光器段（10，12，16）。
【专利说明】与半导体量子级联激光器的端面相邻的P-型隔离区
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请根据35U.S.C.§ 120要求2011年3月17日申请的、美国申请序列号N0.13/050,058的优先权，且本申请涉及2011年3月17日申请的、美国专利申请序列号N0.13/050，026、名为"P-Type Isolation Between QCL Regions(QCL 区之间的 P-型隔离)〃，这些专利的内容通过参考并入此处。
【背景技术】【技术领域】
[0003]量子级联激光器(QCL)是易于被设计为发射各种波长的单极半导体器件，所述各种波长包括但不限于电磁谱的中红外和太赫兹部分。器件生长和处理可基于已建立的技术和普遍可用的材料，诸如InP和GaAs、以及其他II1-V半导体材料。本公开涉及量子级联半导体激光器(QCL)，且更特定地，涉及制造QCL和相应QCL结构的方法。
[0004]【背景技术】
[0005]本发明的发明人已经认识到，在利用带间激射跃迁的半导体激光器中，构成有源区的量子阱和阻挡层可经常被夹在位于有源区的相对侧上的η-型和ρ-型层之间，其中P-型层一般位于有源区上。这些P-型层一般并非导电良好。因此，中断位于P-掺杂层(多个)顶部的电接触层或金属一般在激光器结构的不同区之间提供足够的电隔离。反之，本发明的发明人已认识到，QCL是一种单极设备，其中位于有源芯之下和之上的层都是相同导电率类型(一般是η-型且这些η-型层是高导电的)。因此，仅仅简单地通过将需要电隔离的η-型层的各段之间的电接触层或金属中断，无法防止有源芯上从一个区域到相邻区域的电子扩散。
[0006]尽管本公开的方.法应用于各种半导体激光器配置，本发明的发明人已经认识到，在包括有源区、波长选择区、和任选的相位区的分布式布拉格反射器(DBR) QCL的环境中，对有效隔离的需要特别突出。
【发明内容】
[0007]根据本发明的一个实施例，提供一种量子级联激光器及其制造方法。该量子级联激光器包括沿激光器的波导轴延伸的一个或多个P-型电隔离区和多个电隔离的激光器段。有源波导芯被夹在上侧和下侧η-型包覆层之间。有源芯和下侧η-型包覆层以及上侧包覆层的至少一部分延伸通过该量子级联激光器的电隔离的激光器段。上侧η-型包覆层的一部分或多部分包括足够多的P-型掺杂剂以定义P-型电隔离区，该P-型电隔离区沿着用于分离该量子级联激光器各段的突出物、横跨上侧η-型包覆层的厚度的一部分而延伸。该上侧和下侧η-型包覆层可包括InP、GaAs、AlGaAs、或者适于制造QCL的任何其他常规的或还没有被研发的包覆层材料。例如且不作为限制，可构想，各种包覆层材料可适合于在QCL中，包括I1-VI半导体、S1-Ge或GaN基的材料等。[0008]根据本公开的其他实施例，还可构想激光器结构，其中仅在激光器的一个或两个端面附近设置隔离区，以提供垂直隔离、减少电流、并帮助使可能有害的端面加热达到最小。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]本公开的特定实施例的以下详细描述可在结合以下附图阅读时被最好地理解，在附图中相同的结构使用相同的附图标记指示，而且在附图中:
[0010]图1是包括有源增益段、波长选择段、和窗口段的DBR量子级联激光器的示意性示图；
[0011]图2A是包括P-型电隔离区的DBR量子级联激光器的纵向示意性示图；
[0012]图2B示出图2A所示的窗口配置的备选示例；
[0013]图3是包括ρ-型电隔离区的DBR量子级联激光器的横向示意性示图；
[0014]图4A和5A是根据本公开的两个备选实施例的DBR量子级联激光器的纵向示意性示图；
[0015]图4B和5B示出图4A和5A中所示的窗口配置的备选示例；以及
[0016]图6和7是其中仅在与半导体激光器的端面相邻处设置隔离区的激光器结构的示意性示图。
[0017]详细描述
[0018]尽管本公开的概念可令人满意地应用于任何类型的多段式QCL中，但是此处参看DBR量子级联激光器来说明本公开的特定实施例。无论如何，本公开及其权利要求并不应该被限制于DBR激光器或本说明书中提及的特定材料，除非另有说明。例如且不作为限制，图1是包括有源增益段10、通常被称为DBR段的波长选择段12、和输出窗口段14的DBR量子级联激光器的示意性示图。如熟悉DBR量子级联激光器的人所了解地，DBR量子级联激光器的有源增益段10提供了激光器的主要光学增益，而波长选择段12提供波长选择。例如，尽管波长选择段12可按采用或不采用布拉格光栅的多种合适的配置来进行设置，但是在很多情况下，波长选择段12包括位于激光腔的有源增益段10外部的一阶或二阶布拉格光栅。该光栅用作镜子，其反射系数取决于波长。
[0019]图4A、4B、5A、和5B示出三段式DBR激光器，其中相位段16被设置在DBR量子级联激光器的波长选择段12和有源增益段10之间。相位段16在增益段10和波长选择段12之间产生可调节的相移。相位段16还可被用于减少增益段10和波长选择段12之间的热耦合从而减少由于热串扰引起的激射波长偏移。本公开的概念令人满意地应用于所有类型的DBR量子级联激光器，而不论是两段式、三段式、或四段式DBR激光器。
[0020]图1和2A中所示的DBR量子级联激光器各自包括被夹在上侧n_型包覆层22、26和下侧η-型包覆层24之间的有源波导芯20。与作为相对低掺杂η-型层的η-型包覆层22相比，附加的上侧η-型包覆层26是高掺杂η-型层。有源芯20以及上侧与下侧η-型包覆层延伸通过DBR量子级联激光器的有源增益段10并且通过波长选择段12。在量子级联激光器(QCL)中，芯层20包括交替的半导体层，被配置为放大在同一能带中的能态之间的载流子迁跃过程中所发射的光。QCl经常被称为单极设备，因为它利用了单个载流子类型的量子阱迁跃。大多数QCL使用电子迁跃，在这种情况下，在波导芯之下和之下的层都是η-型包覆层。有源增益段和波长选择段10、12被用图案化的电接触层30所包覆，该电接触层30包括专用于激光器的不同段10、12的各个控制电极。绝缘介电材料32被沉积在图案化的电接触层30的合适的区内，以电隔离该激光器结构的不同区。无论如何，本发明的发明人已经了解，DBR量子级联激光器经受着从非介电包覆区域到相邻的介电分离区域的相当多的电子扩散。
[0021]在图2A中，上侧η-型包覆层22、26的各部分被设置有足够多的ρ_型掺杂剂以定义一个或多个P-型电隔离区40。优选地，这些电隔离区40沿用于分离该DBR量子级联激光器的有源增益段10、波长选择段12、和输出窗口段14的各个突出物，横跨上侧η-型包覆层22、26的厚度的一部分而延伸。构想的是，这些电隔离区40可横跨上侧η-型包覆层22、26的厚度的一部分而延伸，更具体地，横跨该厚度的大部分而延伸。如图2Β中所示，构想的是，窗口段14可以在有源芯20上是完全ρ-掺杂。进一步构想的是，可在激光器结构的输入端面处设置相应的窗口段。此外，构想的是，可完全不需要在激光器结构中设置窗口段。
[0022]存在不同的方法来实现P-型隔离区。这些方法是选择性生长、离子注入、以及P-型掺杂剂的扩散。如果选择最后那个选项，上侧和下侧η-型包覆层22、24、26和有源波导芯20的相应组分可被选择来帮助通过掺杂剂扩散形成P-型电隔离区40。更特定地，上侧和下侧η-型包覆层22、24、26可包括InP且ρ-型掺杂剂可被选择为使其在InP上侧η-型包覆层中的最大稳定浓度低于约nX 1018cm_3，其中η小于3。
[0023]以示例的方式并非限制，可选地构想，上侧和下侧η-型包覆层22、24、26可以是GaAs基的包覆层。包覆层中的一些可以是AlGaAs或(Al)GaInP,替代仅GaAs或InP。对于 GaAs 基的包覆层，波导芯可以是 GaAs/AlGaAs、AlGaAs/AlGaAs、(Al)GaInP/(Al)GaInP,或GaInAs/(Al)GaAs。类似组分的附加层可被构想用于结构的其他层，且应该被选择为补偿GaInAs和GaAs基板之间的任何晶格失配。例如且不作为限制，其他可能的层是GalnP、AlGaInP, GaAsPjP GalnAsP。对于GaAs基的包覆层，被用于使得(Al)GaAs半绝缘的合适的掺杂剂，包括但不限于Cr和O。以非常低的温度生长，可在没有任何掺杂剂的情况下获得半绝缘的(Al)GaAs。
[0024]在一些实施例中，有源波导芯20的交替的半导体层包括交替的II1-V族材料，其中波导芯中的掺杂剂的最大稳定浓度至少是大于上侧η-型包覆层中的ρ-型掺杂剂的最大稳定浓度的10倍。在一些情况下，所得的器件包括定义显著不同的最大稳定掺杂剂浓度的波导芯和包覆层，可非常适于形成本公开的P-型电隔离区40，特别是在其中存在将掺杂剂保留在波导芯外的期望的情况下。在其他情况下，可优选的是，允许掺杂剂扩散至波导芯20内。
[0025]还可通过离子注入来形成P-型电隔离区40，在这些情况下，仅需要确保ρ-型掺杂剂定义了比上侧包覆层的η-掺杂浓度更高的P-掺杂浓度。
[0026]更特定地，图2Α中所示的QCL生长在InP基板50上，且波导芯20由InP包覆层22、24、26所围绕。如Zn、Cd、Be、Mg、和Mn之类的ρ-型掺杂剂的最大稳定浓度在InP中相对较低。P-型掺杂剂在大于其最大稳定浓度时扩散相对较快且其扩散系数随着其浓度超线性地增加。例如，Zn在InP中的最大稳定浓度在约I X IO18CnT3到2X IO18CnT3约之间。因此，当Zn的扩散被用于形成本公开的P-型电隔离区40时，在经由扩散被转换为P-型的区域内Zn掺杂剂的浓度将不大于约2X1018cm_3。本发明的发明人已经了解，由于光损失随载流子浓度而增加，较低的掺杂剂水平是有利的，所以不必引入高浓度P-型掺杂剂就保持了低损失。进一步，在这个浓度水平下，Zn基本不通过QCL波导芯20扩散，该QCL波导芯20可例如由GaInAs和AlInAs构成，部分是因为扩散Zn的浓度低于在波导芯20中的掺杂剂的最大稳定浓度的10倍。例如且不作为限制,在由GaInAs和AlInAs构成的波导芯中典型掺杂剂的最大稳定浓度在约I X 1019cm_3和6X 1019cm_3约之间。因此,如果Zn向下扩散至波导芯20，将非常快地停止在波导芯20的顶层内。一般而言，P-型电隔离区40从波导芯的顶部延伸至波导芯20内约1.5 μ m。
[0027]尽管可使用各种材料和层配置来制造本公开的QCL，构想的是，在包覆层22中Zn发生扩散而穿过其中的那部分将是0.5和3 μ m之间，而原始η-型掺杂密度小于
0.SXio1W30类似地，波导芯20可包括II1-V族阱和II1-V族势垒的交替的层，更特定地，可包括GaInAs阱和AlInAs势垒或含Sb材料的交替的层。波导芯区一般包括多个(如，10个或更多，但是一般大于20个)基本相同的多层半导体重复单元，被选择为在以特定期望激射波长为中心的波长范围内发射激光。
[0028]现在参看图4Α和5Α，要注意，根据本公开的ρ-型电隔离区40可沿用于分离DBR量子级联激光器的有源增益段10、波长选择段12、输出窗口段14、和相位段16的突出物，横跨上侧η-型包覆层22而延伸。尽管图4Α和5Α中示出了 QCL的波长选择、相位、和窗口段具有电接触层30的专用的图案化的部分，但是可构想的是这些段可以是有源或无源的。如图4Β中所示，构想的是，窗口段14可以在有源芯20上是完全ρ-掺杂。图5Β示出图5Α中所示的窗口配置的备选示例，其中没有利用图5Α的沟槽，窗口段14在有源芯20上是部分P-掺杂，且金属触片位于该部分P-掺杂段的顶部以便于更好的散热。
[0029]在很多实施例中，构想的是，将不为此处描述的窗口段14设置ρ-型电隔离区，特别是其中没有在激光器的窗口段中提供垂直隔离的期望的情况下。反之，激光器结构还可被构想为，其中仅在半导体激光器的一个或两个窗口段中设置隔离区从而在其中提供垂直隔离。更特定地，参看图6和7，如实践本公开的概念的技术人员所理解的，半导体激光器一般将包括相对的端面13、14，其被配置为具有反射特性，适于形成激光器的共振腔，端面13形成激光器的输出窗口。本发明的发明人已经认识到一种持续驱动可在半导体激光器中提供稳健的激光器端面，特别是对于经受强烈的端面加热并在激光器输出窗口附近有相当大的电流注入到激光器的有源区中的半导体激光器而言更是如此。在以相对较高的输出功率为特征的激光器的环境中，这些问题特别突出，且本公开专注于这种持续驱动从而为各种半导体激光器制造稳健的端面，包括但不限于DBR或非DBR量子级联激光器、法布里-波罗激光器、或者其中上述劣化的确成为问题的具有输入/输出端面的任何半导体激光器。
[0030]为此，构想的是，上侧η-型包覆层22可被设置为具有足够多的ρ_型掺杂剂以定义与相对端面13、14中至少一个相邻或与两者均相邻的ρ-型隔离区40。构想的是，在定义激光器输出窗口的端面13、可定义激光器出入窗口的相对端面14、或两个端面13、14附近，这个隔离区40可横跨上侧η-型包覆层22的厚度的一部分而延伸，或更特定地，横跨该厚度的大部分而延伸。该激光器可以是DBR或非DBR量子级联激光器、法布里波罗激光器、或具有输入和/或输出端面的任何半导体激光器。以此方式构建，构想的是，P-型隔离区40将减少进入与激光器的端面13、14相邻的区域内的电流，并帮助使可能有害的端面加热达到最小，而不会影响到有源波导芯20的结构。进一步，构想的是，其中激光器包括被配置为启动到有源波导芯20中的注入电流的图案化的电接触层30的情况下，ρ-型隔离区40将在端面介电质32的帮助下或在没有端面介电质32的情况下禁止向有源波导芯20的端面区中注入电流。
[0031]还构想的是，相对端面可被提供有防反射涂层、高反射涂层、或其组合。
[0032]本公开的说明还示出了夹在图案化电接触层30和上侧η-型包覆层22之间的附加η-型InP包覆层26。相比上侧η-型包覆层22，该附加η-型InP包覆层26是更加高度掺杂的，如，高达lX1019cm_3。在感兴趣的操作波长处，相对高掺杂的η-型InP包覆层26具有相对较低的折射率，这防止模式延伸地更远且被激光器结构中的接触层和金属所吸收。如熟悉激光器结构和操作的技术人员所理解地，使用电接触金属有助于电流通过激光器。在2Α和4Α中，ρ-型电隔离区40横跨上侧η-型包覆层22和附加η-型InP包覆层26而延伸。
[0033]如图5Α所示，沟槽36可被蚀刻成至少部分地或完全地通过附加η_型InP包覆层26。当通过将ρ-型掺杂剂扩散至上述层22和26中来形成P-型电隔离区40时，沟槽36可特别有利。通过将沟槽蚀刻成穿过附加层26，可用ρ-型掺杂剂(诸如Zn)对ρ-型隔离区40进行更快地扩散，因为该掺杂剂不必扩散通过整个附加η-型包覆层26以便达到或扩散至上侧η-型包覆层22。在形成于附加η-型InP包覆层26中的沟槽36的壁上，任选地设置附加介电隔离层34。使用这个构造，P-型电隔离区40并不横跨附加η-型InP包覆层26的绝大部分而延伸。可使隔离区40短路的金属或其他导电材料不应该被允许出现在沟槽36内。可选地，在形成附加η-型包覆层26之前，通过注入或扩散，P-型隔离区40可被形成于上侧η-型包覆层22中。然后，附加η-型包覆层26可形成于上侧η-型包覆层22上。然后，通过注入或扩散，P-型隔离区40的上部可被形成在附加η-型包覆层26中。可选地，并不对形成于上侧η-型包覆层22中的ρ-型隔离区40之上的附加η-型包覆层26中的区进行掺杂，可将位于上侧η-型包覆层22中的ρ-型隔离区40之上的附加η-型包覆层26中的区蚀刻掉，从而如上所述地在附加η-型包覆层26中形成沟槽36。
[0034]在每一个所示配置中，DBR量子级联激光器包括位于基板50上的附加电接触层35。构想的是，基板50可以是η-掺杂的InP或适于DBR量子级联激光器的各种II1-V族材料中的任意。下侧η-型包覆层24可以是适度η-掺杂的InP。此外，构想的是DBR量子级联激光器可包括插入在有源波导芯20和上下η-型包覆层22、24之间的一个或多个附加插入层。例如，DBR量子级联激光器可包括与InP晶格匹配的GaInAs层，其中可定义光栅。GaInA层或另一组分的层仅位于波导芯之上或之下，或波导芯之下和之上都有该层，该层也可用作波导层。作为又一个示例，DBR量子级联激光器可包括插入下侧η-型包覆层24和InP衬底50之间的缓冲层。如本领域技术人员所了解地，缓冲层一般被用在半导体材料外延生长中来形成平滑干净的表面用于高质量的器件结构的生长。缓冲层可被构建为InP、铟-镓-砷-磷(InGaAsP)、铟-铝-砷-磷(InAlAsP)、铟-铝-镓-磷(InAlGaAs)、或其他II1-V族材料、或者在可选实施例中，完全不需要出现。如果缓冲层是InP，它是层24的一部分。如果QCL是由分子束外延(MBE)所生长的，下侧和上侧包覆层可以是砷化物材料(GaInAs、AlInAs)，因为MBE—般不生长InP，在这种情况下，包覆层22、24、或位于包覆层22和24之间的层将是砷化物材料。
[0035]参看图3，注意，上侧和下侧InP n_型包覆层22、24和有源波导芯20可被配置为由半绝缘InP区28所限制的脊形波导。半绝缘InP可一般通过Fe掺杂所生长。然而，本发明的发明人已经了解，Fe和上侧包覆层中的P-型掺杂物的明显的互相扩散，在限制脊形波导结构的半绝缘区中实现可靠的半绝缘特性方面，可能有问题。因此，本公开构想，通过将Fe替换为较少扩散的深阱或通过向Fe添加另一个深阱元素(包括,例如过渡金属Rh、Ru、或Ti)，来制造更为稳定的半绝缘InP区。
[0036]在波导芯和ρ-段通过其延伸的上侧包覆层22的厚度生长之后，通过用掩模(诸如，例如SiO2)来遮蔽晶片的局部、且将整个晶片暴露给Zn扩散，可执行区域选择性的Zn扩散。Zn仅穿透到所暴露的半导体层，且因此仅在没有被SiO2K保护的区域内扩散。P-掺杂剂扩散的一个可能技术是在晶片表面上沉积包含这种P-掺杂剂的胶体后加热该晶片。也可在密封的安瓿(例如存在诸如ZnxAsy或ZnxPyl之类的物质)中执行Zn扩散。
[0037]在一个不例中，在有机金属气相外延(MOVPE)反应器内执行Zn扩散,掩模是二氧化硅。以下制造顺序是根据这个示例的方法所构想的:
[0038]1.生长InP下侧包覆层和由GaInAs讲和AlInAs势鱼构成的波导芯。接着，生长所选厚度的η-型InP，该η-型InP层的厚度和掺杂密度分别在约0.5 μ m和约1.5 μ m之间和约2-10 X IO16CnT3之间所选择。
[0039]2.诸如SiO2之类的相对较薄的掩模材料层被沉积并图案化，以保护其中想要没有Zn扩散的区域。通过光致抗蚀剂掩模的光刻可实现图案化，接着，湿法蚀刻或干法蚀刻未被光致抗蚀剂保护的SiO2层。
[0040]3.该晶片被放回到MOVPE反应器内，且使得Zn扩散至未被掩模保护的区域内。我们优选的技术是使得Zn从顶部生长的重掺杂Zn的GaInAs层扩散至InP。GaInAs中的Zn浓度高于其最大稳定浓度来确保Zn扩散至η-型InP层。在高度掺Zn的GaInAs和InP层之间的界面处，Zn浓度将高于其在InP中的稳定浓度，从而驱动了扩散。
[0041]4.可使用稀释的HF来溶解SiO2以及用于GaInAs的(10Η20:1H2S04:1Η202)或任何其他合适的蚀刻剂，将掺Zn的GaInAs表面层以及SiO2掩模蚀刻掉。
[0042]5.可使用任何常规的或还没有研发的生长方法来实现掩埋脊结构的QCL，这些方法包括例如两个普通选项中的一个:
[0043]1-在整个晶片上生长上侧η_/η+层，然后定义条纹，向下蚀刻多个脊以穿透波导芯，且在这些脊的两侧上再次生长半绝缘或简单地用绝缘材料来涂覆两侧(分别被称为掩埋脊型激光器或脊型激光器);
[0044]ii_仅生长上侧η_/η+层的局部、定义条纹并形成脊、在脊的两侧上沉积半绝缘InP、从脊的顶部移除SiO2、且在各处生长顶部η-/η+层(所谓平面埋式异质结激光器，我们所采用的结构)。
[0045]6.对于两个电极之间的横向电隔离，在介电膜沉积之前，优选地将位于短隔离区内的P-掺杂层上的η-掺杂层蚀刻掉。
[0046]应注意，本文中对“至少一个”组件、元件等等的记载不应当用于推断冠词“一”或“一个”仅限于单个组件、元件等等。
[0047]应注意，本文中对本公开的部件以特定方式“配置”以使特定属性具体化、或以特定方式起作用的叙述都是结构性的叙述，与期望用途的叙述相反。更具体地，本文所提到的部件被“配置”的方式表示该部件的现有物理状态，因此，它应被理解为对部件的结构特性的明确陈述。
[0048]为了描述和限定本发明，注意在本文中利用术语“基本上”和“大约”来表示可归因于任何数量比较、值、测量或其它表示的固有不确定程度。
[0049]注意，类似“优选”、“普遍”和“通常”之类的术语在本文中采用时不用于限制要求保护的发明的范围或者暗示某些特征对要求保护的发明的结构或功能而言是关键性的、必要的、或甚至重要的。相反，这些术语仅仅旨在标识本公开的实施例的特定方面，或强调可用于也可不用于本公开的特定实施例的替代或附加特征。
[0050]在已经详细描述本公开主题并参考其特定实施例的情况下，应注意本文中公开的各个细节不应被用于暗示这些细节涉及作为本文中描述的各实施例的基本组件的元件，即使在特定元件在说明书附图的每一幅图中示出的情况下也是如此。相反，所附权利要求书应当作为本公开的广度和本文中描述的各个发明的相应范围的唯一表示。此外，显而易见的是，在不背离所附权利要求书所限定的本发明的范围的情况下，多种修改和变型是可能的。更具体地，虽然本公开的一些方面在本文中被标识为优选的或特别有优势的，但可构想本公开不一定限于这些方面。例如，本公开的说明示出，其中电流被注入DBR激光器的波长选择段和相位段用于波长控制的激光二极管。如熟悉激光二极管构造与操作的技术人员所理解地，加热器或加热元件也可被用于控制激光二极管的这些段，在这个情况下，介电膜可位于激光二极管的波长选择段和相位段顶部、在金属加热元件之下。
[0051]注意，所附权利要求中的一项或多项使用术语“其特征在于”作为过渡短语。出于限定本发明的目的，应注意该术语是作为开放式的过渡短语而被引入所附权利要求中的，该开放式的过渡短语用于引入对所述结构的一系列特性的记载，且应当按照与更常用的开放式前序术语“包括”相似的方式进行解释。
[0052]权利要求是:
【权利要求】
1.一种半导体激光器，包括夹在上侧和下侧η-型包覆层之间的有源波导芯，其特征在于: 所述有源波导芯在所述量子级联激光器的相对的端面之间延伸，所述端面中的一个定义了所述激光器的输出窗口； 所述上侧η-型包覆层的一部分包括足够多的ρ-型掺杂剂以定义与所述激光器的所述相对的端面中的至少一个相邻的P-型隔离区； 所述P-型隔离区在所述激光器的相对的端面中的至少一个端面附近横跨所述上侧η-型包覆层的厚度的至少一部分而延伸；且 所述芯层包括交替的半导体层，被配置为放大因同一能带中的能态之间的载流子迁跃而发出的光。
2.如权利要求1所述的半导体激光器，其中，所述上侧和下侧η-型包覆层包括InP，且所述P-型掺杂剂被选择为使得其在所述InP上侧包覆层中的最大稳定浓度低于约nX 1018cnT3，其中 η 小于 3。
3.如权利要求1或2中的一个所述的半导体激光器，其中，所述上侧和下侧η-型包覆层包括GaAs、AlGaAs、或其组合。
4.如权利要求1到3中任一项所述的半导体激光器，其中，所述上侧η-型包覆层的附加部分包括足够多的P-型掺杂剂以定义与定义所述激光器输出窗口的端面相对的端面相邻的附加P-型隔离区。
5.如权利要求1到4中任一项所述的半导体激光器，其中，所述P-型隔离区是如下之` (a)与定义所述激光器输出窗口的端面相对的端面相邻；或 (b)与定义所述激光器输出窗口的端面相邻。
6.如权利要求1-5中任一项所述的半导体激光器，其中: 所述半导体激光器被配置为在激射波长λ处发射；且 所述P-型隔离区被配置为减少与所述激光器的相对的端面中的至少一个相邻的激光器的区中的电流。
7.如权利要求1-6中任一项所述的半导体激光器，其中: 所述量子级联激光器包括图案化的电接触层，所述电接触层被配置为启动到所述有源波导芯中的电流注入；且 所述P-型隔离区被配置为垂直隔离，从而禁止电流注入到与所述激光器的相对的端面中的至少一个端面相邻的有源波导芯的区中。
8.如权利要求1-7中任一项所述的半导体激光器，其中: 所述相对的端面形成所述量子级联激光器的谐振腔；且 所述上侧η-型包覆层的附加部分包括足够多的P-型掺杂剂以在所述相对的端面的每一个处定义P-型隔离区；且 所述附加P-型隔离区横跨所述上侧η-型包覆层的厚度的至少一部分而延伸。
9.如权利要求8所述的半导体激光器，其中，所述相对的端面被设置为具有防反射涂层、高反射涂层、或其组合。
10.如权利要求1到9中任一项所述的半导体激光器，其中，所述P-型掺杂剂在所述上侧η-型包覆层中的浓度不大于约2Χ 1018cm_3。
11.如权利要求1到10中任一项所述的半导体激光器，其中，所述掺杂剂扩散而通过的所述上侧η-型包覆层的一部分定义了在约0.1 μ m和约2.5 μ m之间的层厚度。
12.如权利要求1到11中任一项所述的半导体激光器，其中，所述上侧η-型包覆层的一部分具有高达约5 X IO17CnT3的η-型掺杂密度，且所述掺杂剂扩散而通过的所述上侧η-型包覆层的一部分定义了 P-型区。
13.如权利要求1到12中任一项所述的半导体激光器，其中，所述交替的半导体层包括交替的II1-V族材料，被选择为使得所述掺杂剂在所述芯中的最大稳定浓度比所述P-型掺杂剂在所述上侧η-型包覆层中的最大稳定浓度至少大10倍。
14.如权利要求1到13中任一项所述的半导体激光器，其中，所述芯包括II1-V族阱和II1-V族势垒的交替的层。
15.如权利要求1到14中任一项所述的半导体激光器，其中，所述芯包括GaInAs阱和AlInAs势垒的交替的层。
16.如权利要求1到15中任一项所述的半导体激光器，其中，所述P-型隔离区在定义所述激光器输出窗口的端面附近横跨所述上侧η-型包覆层的厚度的至少一部分而延伸；且 所述P-型掺杂剂在所述隔离区中定义了高于所述上侧包覆层的η-掺杂浓度的ρ-掺杂浓度。
17.如权利要求1到16中任一项所述的半导体激光器，其中，所述P-型电隔离区是通过离子注入而形成的。
18.一种在半导体 激光器中制造一个或多个P-型隔离区的方法，所述方法包括: 提供半导体激光器，所述半导体激光器包括夹在上侧和下侧η-型包覆层之间的有源波导芯，且所述有源波导芯在所述量子级联激光器的相对的端面之间延伸，所述相对的端面中的一个定义了所述激光器的输出窗口； 通过添加足够多的P-型掺杂剂以在所述上侧η-型包覆层的一部分中形成P-型隔离区从而定义与所述相对的端面中的至少一个相邻的P-型隔离区，所述P-型隔离区在所述相对的端面中的至少一个附近横跨所述上侧η-型包覆层的厚度的一部分而延伸；且 所述芯层包括交替的半导体层，被配置为放大因同一能带中的能态之间的载流子迁跃而发出的光。
19.如权利要求18所述的方法，其中，所述上侧和下侧η-型包覆层包括InP，且所述P-型掺杂剂被选择为使得其在所述InP上侧包覆层中的最大稳定浓度低于约nX 1018cm_3，其中η小于3。
20.如权利要求18或19中的一个所述的方法，其中，通过离子注入，形成所述ρ-型电隔离区。
21.如权利要求18或19中的一个所述的方法，其中，通过扩散，形成所述ρ-型电隔离区。
22.如权利要求19所述的半导体激光器，还包括:通过添加足够多的P-型掺杂剂在所述上侧η-型包覆层的一部分中形成附加P-型隔离区从而定义附加P-型隔离区，以使所述P-型隔离区在两个所述相对的端面附近横跨所述上侧η-型包覆层 的厚度的各个部分而延伸。
【文档编号】H01S5/0625GK103430405SQ201280013510
【公开日】2013年12月4日 申请日期:2012年3月1日 优先权日:2011年3月17日
【发明者】C·G·卡诺, 谢峰, C-E·扎 申请人:康宁股份有限公司