通過生長不同的有源芯層和無源芯層的多波長量子級聯(lián)激光器的制造方法
【專利說明】通過生長不同的有源芯層和無源芯層的多波長量子級聯(lián)激 光器
[0001] 相關(guān)申請的交叉引用
[0002] 本申請要求2012年11月30日提交的、遵照美國35U.S.C. § 119的、序號為 61/732, 289的美國臨時申請的優(yōu)先權(quán)，該臨時申請的內(nèi)容是本文的基礎(chǔ)，并且全部通過引 用并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本說明書總地涉及基于半導(dǎo)體的激光器，更具體地講，涉及特別適用于諸如下列 應(yīng)用的基于半導(dǎo)體的激光器：氣體感測、醫(yī)療診斷、以及需要大量不同波長或?qū)挿秶ㄩL調(diào) 諧的其他應(yīng)用。還公開了制作這樣的器件的方法。
【背景技術(shù)】
[0004] 從量子級聯(lián)激光器產(chǎn)生中紅外（MIR)中的多個波長已經(jīng)通過如下的方式得以實 現(xiàn)，即，設(shè)計能夠同時發(fā)射兩個波長的一個單一芯層（參見"Bidirectionalsemiconductor laser"，C.Gmachl等人，Nature387,777(1999): -個芯層被設(shè)計為相反的偏壓導(dǎo)致兩 個不同波長的發(fā)射），或者將具有不同周期的光柵添加到具有足夠?qū)挼脑鲆鎺挼囊粋€ 單一芯層。參見，例如，"High-performance,homogeneousbroad-gainQCLsbasedon dual-upper-statedesign"，K.Fujita等人，ApplPhysLett96, 241107 (2010)、以及同 一組人在ApplPhysLett98,231102(2011)中的進(jìn)一步的著作：一個芯層，該芯層具有寬 增益帶寬，并且可以被調(diào)諧為在寬波長范圍上發(fā)射（在第一著作中，調(diào)諧范圍為330cm\在 第二著作中，調(diào)諧范圍為 600cm_l)。還參見"BroadbandDistributed-FeedbackQuantum CascadeLaserArrayOperatingFrom8. 0to9. 8ym",B.G.Lee等人：一個寬增益芯層， 其精確波長由光柵控制的平行器件的陣列。在這些情況下，波長覆蓋范圍僅為中心波長的 大約 15-20%。
[0005] 另一種技術(shù)在于將不同的芯層彼此堆疊，每個芯層以不同的波長發(fā)射。參 見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。這里再次，不同周期的光柵可以添加在芯層的上方以使得選 擇精確的波長，這次由于芯層不同，稍微寬一些的范圍（中心波長的30-40%)內(nèi)的波長。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 根據(jù)本公開的一個方面，一種形成能夠生成中紅外激光輻射的激光源的方法包 括：在基板上生長第一芯層結(jié)構(gòu)；蝕刻掉一個或多個位置上的第一芯層結(jié)構(gòu)；并且在基板 上生長第二芯層結(jié)構(gòu)。芯層結(jié)構(gòu)中的至少一個包括以3-14ym的范圍內(nèi)的頻率發(fā)射的量子 級聯(lián)增益介質(zhì)。
[0007] 根據(jù)另一個方面，一種能夠生成中紅外激光輻射的激光源包括：量子級聯(lián)芯層，其 定位在基板上，用于在3-14ym的范圍內(nèi)發(fā)射；以及第二芯層，其在基板上，在平面內(nèi)相對 于第一芯層定位。第二芯層是下列之一：a)無源波導(dǎo)芯層；b)被構(gòu)造為以與第一芯層的頻 率不同的頻率發(fā)射的第二量子級聯(lián)芯層；以及c)半導(dǎo)體有源芯層區(qū)域。
[0008] 對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員，這些特征和優(yōu)點以及其他特征和優(yōu)點從說明書和附圖將 是清楚的。
【附圖說明】
[0009] 圖IA和IB:根據(jù)本發(fā)明的多芯層器件的一個實施例的平面示意圖和截面示意 圖；
[0010] 圖2 :根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的方法中的某些處理步驟的示意圖；
[0011] 圖3A和3B:根據(jù)本發(fā)明的多芯層器件的一個替代實施例的平面示意圖和截面示 意圖；
[0012] 圖4 :根據(jù)本發(fā)明的器件的某些實施例的一個替代方面的示意性截面圖；
[0013] 圖5 :根據(jù)本發(fā)明的器件的某些實施例的另一替代方面的示意性截面圖。
【具體實施方式】
[0014] 通過參照以下詳細(xì)描述、附圖、示例和權(quán)利要求書以及它們的前面的和后面的描 述，可以更容易地理解本發(fā)明。然而，在公開和描述所提出的合成物、物品、器件和方法之 前，要理解本發(fā)明不限于所公開的特定的合成物、物品、器件和方法，除非另有規(guī)定，因為這 些當(dāng)然可以改變。還要理解，本文中所使用的術(shù)語僅僅是為了描述特定方面的目的，而非意 圖限制。
[0015] 以下對于本發(fā)明的描述是作為本發(fā)明在其當(dāng)前已知的實施例中的使能教導(dǎo)而提 供的。為此，相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識和意識到，可以對本文中所描述的本發(fā)明的各方面 做出許多改變，同時仍然獲得本發(fā)明的有益結(jié)果。還將顯而易見的是，本發(fā)明的期望的益處 中的一些可以通過選擇本發(fā)明的特征中的一些、而不利用其他特征來獲得。因此，本領(lǐng)域的 技術(shù)人員將認(rèn)識到，對于本發(fā)明的許多修改和改動是可能的，在某些情況下甚至可能是可 取的，并且是本發(fā)明的一部分。因此，以下描述是作為本發(fā)明的原理的例示說明而提供的， 而非限制本發(fā)明。
[0016] 公開了材料、化合物、合成物和成分，這些可以用于所公開的方法和合成物的實施 例，可以與這些實施例結(jié)合使用，可以在準(zhǔn)備這些實施例時被使用，或者就是這些實施例。 這些材料和其他材料在本文中被公開，并且理解，當(dāng)這些材料的組合、子集、相互作用、族群 等被公開時，雖然這些化合物每個不同的個體組合和集體組合以及置換的特定論述可能沒 有被明確公開，但是每個在本文中均有具體設(shè)想和描述。因此，如果一類取代類A、B和C以 及一類取代類D、E和F被公開，并且組合實施例的例子A-D被公開，則每個均被單個地和共 同地設(shè)想。因此，在這個例子中，組合A-E、A-F、B-D、B-E、B-F、C-D、C-E和C-F中的每個均 被具體設(shè)想，并且應(yīng)被認(rèn)為從A、B和/或C;D、E和/或F以及示例組合A-D的公開內(nèi)容而 被公開。同樣地，這些的任何子集或組合也被具體設(shè)想和公開。因此，例如，A-E、B-F和C-E 的子族群被具體設(shè)想，并且應(yīng)被認(rèn)為從A、B和/或C;D、E和/或F;示例組合A-D的公開內(nèi) 容而被公開。該概念適用于本公開的所有方面，包括，但不限于，合成物的任何成分、以及制 作并且使用所公開的合成物的方法中的步驟。因此，如果存在可以執(zhí)行的各種增加步驟，則 理解，這些增加步驟中的每個均可以與所公開的方法的任何特定的實施例或?qū)嵤├慕M合 一起執(zhí)行，并且每個這樣的組合被具體設(shè)想，并且應(yīng)被認(rèn)為被公開。
[0017] 在本說明書和權(quán)利要求書中，將參照應(yīng)被定義為具有下列意義的若干個術(shù)語：
[0018] "包括"等術(shù)語意指包括，但不限于，也就是說，是包容性的，而非排他性的。
[0019]術(shù)語"大約"論及范圍內(nèi)的所有項，除非另有說明。例如，大約1、2或3等同于大 約1、大約2、或大約3,并且還包括從大約1-3、從大約1-2和從大約2-3。針對合成物、成 分、組分、添加劑等方面公開的特定值和優(yōu)選值及其范圍僅僅是為了例示說明；它們不排除 其他限定值或限定范圍內(nèi)的其他值。本公開的合成物和方法包括具有本文中所描述的任何 值或這些值的任何組合、特定值、更特定的值和優(yōu)選