[发明专利]量子级联激光器

说明书

本发明涉及一种量子级联激光器(300)，包括在两个光学包层(104₁、104₂)之间的增益区(102)；增益区(102)具有进入增益区(102)的电子输入和离开增益区(102)的电子输出。本发明的特征在于，激光器在电子输出端包括空穴阻挡区域(304)。

本发明涉及一种量子级联激光器。

本发明的领域是半导体激光器领域，更特别地，是量子级联激光器领域。

背景技术

量子级联激光器是基于半导体异质结构制造的激光器，半导体异质结构由插入在形成光波导的两个限制层(也称为“包层”)之间的多量子阱结构形成的增益区构成。具有低光吸收的无源层(称为“间隔层”)可以设置在增益区和限制层之间。

增益区通常由堆叠的一组成对的层组成，成对的层包括一个阱层和一个势垒层。

该结构由电流泵送，该电流垂直于组成该结构的层流动。增益区中的电场能够达到非常高的值，大约10kV/cm至大于100kV/cm。

然而，量子级联激光器受寄生电流(也称为“空穴电流”)影响，特别是在环境温度下，寄生电流降低了激光器的性能。该电流由空穴形成，空穴在离开增益区的电子输出的区域中生成，在增益区中传播。此外，空穴电流是热激活的，并且可能由于空穴的碰撞电离机制而增强。

随着所用材料的禁带的能量减小，寄生电流的值增大。

本发明的目的是克服这些缺点。

本发明的另一个目的是提出一种具有更低空穴电流或根本没有空穴电流的量子级联激光器。

本发明的目的还在于提出一种量子级联激光器，具有更好的性能，特别是在环境温度下。

本发明的另一个目的还在于提出一种量子级联激光器，即使所用材料的禁带能量低，其性能也不会降低。

发明内容

本发明使得可以通过量子级联激光器实现这些目的中的至少一个，该量子级联激光器包括插入在两个光学限制层之间的增益区，所述增益区具有到增益区的电子输入和离开所述增益区的电子输出。

根据本发明，量子级联激光器包括空穴阻挡区域。

因此，本发明提出了一种量子级联激光器，其配备有用于阻挡所述激光器中的空穴的传播的区域。因此，在所述激光器中，并且特别是在所述激光器的价带中生成的空穴不再能够在增益区中传播，特别是从离开增益区的电子输出传播到进入增益区中的电子输入。由于由空穴阻挡区域形成的垒阻挡了空穴的传播，增益区中的空穴电流非常低，或甚至为零。

因此，本发明使得可以获得一种量子级联激光器，特别是在环境温度下，其具有更好的性能。另外，即使当用于制造根据本发明的激光器的材料的禁带的能量低时，这种量子级联激光器的性能下降也更少。

优选地，空穴阻挡区域能够布置在离开增益区的电子输出的那侧上。

更特别地，空穴阻挡区域能够布置在增益区与限制层的结处，或者与间隔层类型的无源层的结处。

优选地，空穴阻挡区域能够具有价带能量分布，在从进入增益区中的电子输入到离开增益区的电子输出的方向上，价带能量分布减小，达到局部最小值，然后增大。

这种能量分布构成了防止空穴在增益区中传播的有效势垒。

在区域由阱层和势垒层的叠层构成的情况下，“价带能量分布”是指由于价带在阱层/材料中的位置获得的分布，不考虑由于势垒层/材料引起的能量不连续。

在非限制性实施例中，在从电子输入到电子输出的方向上，在局部最小值的下游，在空穴阻挡区域中的价带能量分布可以增大预定的值，该预定值大于或等于环境温度下的热能，特别是大于或等于25meV，并且优选地大于或等于50meV。