本发明专利技术提出了一种单模可调谐太赫兹量子级联激光器的器件结构及制作方法，至少包括：半绝缘GaAs衬底、GaAs缓冲层、第一接触层、有源区、第二接触层、第一金属层及第二金属层；有源区、第二接触层及第一金属层在第一接触层上形成脊型结构；脊型结构的侧面相对于端面倾斜；且脊型结构由一间隙结构沿长度方向分割为第一子脊型结构及第二子脊型结构。通过采用斜波导结构，可以提高器件横模选择能力，在保证器件单横模光输出前提下，器件宽度更宽，减小了出射光束远场发散角，提高了光束质量同时，通过不同大小电流注入耦合腔结构THz QCL的两段波导，改变折射率，利用Vernier效应实现了波长可调谐，波长调谐范围较以往单一通过电流注入改变折射率的器件结构大。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于激光器半导体
，涉及一种太赫兹量子级联激光器，特别是涉及一种。
技术介绍
太赫兹(以下简称THz，ITHz = 1012Hz)波段是指电磁波谱中频率从10GHz到ΙΟΤΗζ，对应的波长从3毫米到30微米，介于毫米波与红外光之间的电磁波谱区域。THz辐射源是THz技术应用的关键器件。在众多THz辐射产生方式中，THz量子级联激光器(以下简称THz QCL)由于具有能量转换效率高、体积小、轻便和易集成等优点，是THz辐射源的主要采用过的结构之一。其中，太赫兹光谱学、通信、气体检测等系统中需要具有能够单模输出、波长可调谐、出光光束质量高的THz QCLo通常F-P腔THz QCL无法单纵模工作，而采用分布反馈布拉格光栅的THz QCL可以单纵模工作，但工艺中需要额外制作精细的光栅结构，增加了工艺难度和成本，且波长可调谐范围较小。为了单横模光输出，通常矩形条结构激光器的宽度不能过大，但较窄的波导宽度使得远场光束发散角较大，降低了光束质量。因此，设计能够单横模、单纵模工作，工艺简单，具有良好光束质量和波长可调谐能力的THzQCL是提升器件应用于相关系统中的性能的关键。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种，用于解决现有技术中太赫兹量子级联激光器存在的工艺难度大、制作成本高、波长可调谐范围小及远场光束发散角较大，降低了光束质量的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种单模可调谐太赫兹量子级联激光器的器件结构，所述单模可调谐太赫兹量子级联激光器的器件结构至少包括:半绝缘GaAs衬底、GaAs缓冲层、第一接触层、有源区、第二接触层、第一金属层及第二金属层；所述半绝缘GaAs衬底、GaAs缓冲层、第一接触层、有源区、第二接触层及第一金属层由下至上依次层叠，所述有源区、第二接触层及第一金属层在所述第一接触层上形成脊型结构；所述脊型结构的侧面相对于端面倾斜；所述脊型结构由一间隙结构沿长度方向分割为第一子脊型结构及第二子脊型结构；所述第二金属层位于所述脊型结构的两侧，与所述脊型结构平行，且与所述脊型结构具有一定的间距。作为本专利技术的单模可调谐太赫兹量子级联激光器的器件结构的一种优选方案，所述有源区包括束缚态到连续态跃迀结构、共振声子结构或啁啾晶格结构。作为本专利技术的单模可调谐太赫兹量子级联激光器的器件结构的一种优选方案，所述器件结构采用半绝缘等离子波导结构或双面金属波导结构。作为本专利技术的单模可调谐太赫兹量子级联激光器的器件结构的一种优选方案，所述脊型结构的侧面相对于端面倾斜的角度小于30°。作为本专利技术的单模可调谐太赫兹量子级联激光器的器件结构的一种优选方案，所述第一子脊型结构的长度大于所述第二子脊型结构的长度。作为本专利技术的单模可调谐太赫兹量子级联激光器的器件结构的一种优选方案，所述第一子脊型结构与所述第二子脊型结构的间距小于截止波长的八分之一。作为本专利技术的单模可调谐太赫兹量子级联激光器的器件结构的一种优选方案，所述间隙结构的底部延伸至所述GaAs缓冲层表面上。本专利技术还提供一种单模可调谐太赫兹量子级联激光器的器件结构的制作方法，至少包括以下步骤:提供一半绝缘GaAs衬底，在所述半绝缘GaAs衬底上依次生长GaAs缓冲层、第一接触层、有源区、第二接触层；第一次光刻、刻蚀形成条状脊型结构，所述条状脊型结构的侧面相对于端面倾斜；第二次光刻、刻蚀，在所述条状脊型结构表面形成第一电极窗口，所述第一电极窗口由一间隙结构沿长度方向分割为两部分；在所述第一电极窗口内派射第一电极金属，形成第一金属层作为第一电极；第三次光刻形成第二电极窗口，在所述第二电极窗口内电子束蒸发第二电极金属，形成第二金属层作为第二电极，退火形成欧姆接触；第四次光刻，在所述第一金属层的间隙结构处开窗口，刻蚀所述条状脊型结构至GaAs缓冲层，形成电隔离，制作耦合腔波导结构；减薄硅片与所述GaAs衬底，焊接封装，完成器件制作。作为本专利技术的单模可调谐太赫兹量子级联激光器的器件结构的制作方法的一种优选方案，所述条状脊型结构的侧面相对于端面倾斜的角度小于30°。作为本专利技术的单模可调谐太赫兹量子级联激光器的器件结构的制作方法的一种优选方案，所述两部分第一电极窗口的长度不等。作为本专利技术的单模可调谐太赫兹量子级联激光器的器件结构的制作方法的一种优选方案，所述间隙结构的宽度小于截止波长的八分之一。如上所述，本专利技术的，具有以下有益效果:(I)与以往直条矩形波导不同，本专利技术中采用斜波导结构，提高器件横模选择能力，在保证器件单横模光输出前提下，器件宽度更宽，减小了出射光束远场发散角，提高了光束质量。(2)与利用光栅结构实现单纵模输出和波长可调谐的激光器不同，本专利技术中器件采用耦合腔结构来实现，耦合腔结构在工艺上仅需干法刻蚀出两段波导中的空气间隙，更容易工艺制作，有利于降低器件成本，提高产率，同时利用Vernier效应，波长调谐范围也得到增加。(3)器件制作方法可由标准半导体工艺制作，适于工业量产。【附图说明】图1显示为本专利技术的单模可调谐太赫兹量子级联激光器的器件结构中脊型结构的俯视结构示意图。图2显示为图1沿AA方向的截面示意图。图3显示为本专利技术的单模可调谐太赫兹量子级联激光器的器件结构两段腔体在不同波导等效折射率下的透射率曲线；其中，(a)中波导等效折射率为3.61，(b)中波导等效折射率为3.615;虚线为第一子脊型结构两端面组成的谐振腔的透射率曲线，实线为第二子脊型结构远离间隙结构的端面与间隙结构组成的谐振腔的透射率曲线。图4显示为本专利技术的单模可调谐太赫兹量子级联激光器的器件结构制作方法的流程图。元件标号说明I第一金属层2第二接触层3有源区4第一接触层5GaAs 缓冲层6半绝缘GaAs衬底7第二金属层8脊型结构81脊型结构的侧面82脊型结构的端面83第一子脊型结构84第二子脊型结构9间隙结构Θ脊型结构侧面相对于端面倾斜的角度W脊型波导的宽度L1第一子脊型波导的长度L2第二子脊型波导的长度Lgap间隙结构的宽度【具体实施方式】以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的【具体实施方式】加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。请参阅图1至图4。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构想，虽图示中仅显示与本专利技术中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。实施例一请参阅图1至图2，本专利技术提供一种单模可调谐太赫兹量子级联激光器的器件结构，所述单模可调谐太赫兹量子级联激光器的器件结构至少包括:半绝缘GaAs衬底6、GaAs缓冲层5、第一接触层4、有源区3、第二接触层2、第一金属层I及第二金属层7 ；所述半绝缘GaAs衬底6、GaAs缓冲层5、第一接触层4、有源区3、第二接触层2及第一金属层I由下至上依次层叠，所述有源区3、第二接触层2及第一金属层I在所述第一接触层4上形成脊型结构8 ;所述脊型结构8的侧面81相对于端面82倾斜；所述脊型结构8本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种单模可调谐太赫兹量子级联激光器的器件结构，其特征在于，至少包括：半绝缘GaAs衬底、GaAs缓冲层、第一接触层、有源区、第二接触层、第一金属层及第二金属层；所述半绝缘GaAs衬底、GaAs缓冲层、第一接触层、有源区、第二接触层及第一金属层由下至上依次层叠，所述有源区、第二接触层及第一金属层在所述第一接触层上形成脊型结构；所述脊型结构的侧面相对于端面倾斜；所述脊型结构由一间隙结构沿长度方向分割为第一子脊型结构及第二子脊型结构；所述第二金属层位于所述脊型结构的两侧，与所述脊型结构平行，且与所述脊型结构具有一定的间距。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：姚辰，曹俊诚，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31
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