CN105164874A - 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 - Google Patents

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 Download PDF

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Abstract

公开了一种形成能够生成中红外激光辐射的激光源的方法，该方法包括：在基板上生长第一芯层结构；在一个或多个位置上蚀刻掉第一芯层结构；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在3-14μm的范围内的频率发射的量子级联增益介质。还公开了一种能够生成中红外激光辐射的激光源，该激光源包括量子级联芯层和第二芯层，量子级联芯层定位在基板上，用于在3-14μm的范围内发射，第二芯层在基板上，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)第二量子级联芯层、以及c)半导体有源芯层区域。

Description

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
相关申请的交叉引用
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
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
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“Bidirectionalsemiconductorlaser”,C.Gmachl等人,Nature387,777(1999)：一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-gainQCLsbasedondual-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-1，在第二著作中，调谐范围为600cm-l)。还参见“BroadbandDistributed-FeedbackQuantumCascadeLaserArrayOperatingFrom8.0to9.8μm”,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％。
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-broadbandsemiconductorlaser”,Nature,415,883—887,(2002)、以及C.Gmachl、D.L.Sivco、J.N.,Baillargeon、A.L.Hutchinson,F.Capasso和A.Y.Cho,“Quantumcascadelaserswithaheterogeneouscascade: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
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3-14μm的范围内的频率发射的量子级联增益介质。
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3-14μm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。
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
图1A和1B：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；
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；
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；
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；
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
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。
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。
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。
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：
“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。
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、更特定的值和优选值的那些合成物和方法。
如本文中所使用的“一”及其相应的“该”意指至少一个、或者一个或多个，除非另有规定。
如本文中所使用的，“超晶格(superlattice)”包括至少两种具有不同的带隙和间带的半导体材料，所述带隙生成量子阱约束，所述间带或者典型地，通常是子带间跃迁(参见，例如，美国申请No.13/661,559，在本文中整个地通过引用并入)。所述至少两种半导体材料的厚度可以在晶格内改变，或者可以是恒定厚度。如果这些材料的厚度改变，则它们可以以线性的或非线性的方式改变。
如本文中所使用的，“级”包括由超晶格形成的一系列量子阱，这些量子阱允许电子从注入器区跃迁到有源部分，该有源部分被构造为经由一个或多个子带间跃迁来诱导激光发射。特定级结构通常在非常窄的波长范围内发射激光。叠层包括按堆叠构型布置的多个级。如本文中所使用的，“异构量子级联”包括多个级的叠层，其中，这些级是不相同的，也就是说，其中，存在至少两个不同的级结构，每个级结构诱导不同中心频率的激光发射。“有源区域”或“芯层”由至少一个叠层组成，并且用于描述激光的生成光发射的区域。
目前，为了将中红外光学增益带宽提高到超过典型的单量子级联芯层的中红外光学增益带宽，提出并且演示了在生长方向上堆叠的多个不同级。该方法的显著缺点是，给定波长的激光发射效率低，因为整个叠层仅一部分对激光发射有贡献。
作为克服该障碍的方法，本文中公开了一种用于在一个晶圆内在横向方向上形成多个不同芯层(也就是说，在平面内相对于彼此地形成多个不同芯层)的过程。还公开了器件。一个这样的具有这样的芯层的器件的示意性描绘在图1A和1B中示出，而这样的方法的一些步骤在图2中示出。
图1A是在晶圆10或形成在晶圆10上的激光源100上、在三个芯层40、50、60生长之后从顶部向下看的示意性俯视图或平面图。各个波导70与每个芯层相关联。各个芯层被标记为λ1、λ2和λ3，以指示每个芯层均被构造为产生各自的不同的发射分布，这些发射分布具有各自的不同的中心频率λ1、λ2和λ3。图2A是图1A的结构沿着如图1A中所指示的A-A截取的示意性截面，该截面示出芯层40、50、60在基板和下覆层12上，上覆层14在每个芯层的上方。与金属化相容的导电层16可以位于覆层的上方，各个金属触点18形成在导电层16上，用于将电流注入到各个芯层40、50、60中。芯层40、50或60中的至少一个，在一个替代实施例中，芯层40、50和60中的两个或全部三个，是被构造为生成3-14μm的范围内的中心频率的量子级联型芯层。在另一替代实施例中，除了至少一个芯层40为量子级联型并且被构造为生成3-14μm的范围内的中心频率之外，其他芯层50或60中的至少一个为半导体有源芯层区域的形式，所述半导体有源芯层区域被构造为产生以3-14μm的范围以外的中心频率发射的带间跃迁。因此，相隔很宽的波长的源可以集成在同一基板12上。
图2示出根据本公开方法的一个实施例的某些处理步骤20、22、24、26、28和30的示意性图示。如图2中所示，在步骤20中，在基板12上生长和/或沉积(包括生长和沉积的组合)第一芯层结构40。在步骤22中，在基板上的一个或多个位置上蚀刻掉第一芯层结构40，如所示，留下至少一个第一芯层40。在步骤24中，在基板上生长和/或沉积第二芯层结构50，在步骤26中，同样地在基板上的一个或多个第二位置上蚀刻掉第二芯层结构50，如所示，留下至少一个第二芯层50。这些步骤可选地可以被进一步重复，如所示的第三芯层结构60在步骤28和30中在一个或多个位置上被沉积、然后被移除，留下如所示的至少一个第三芯层30。各个蚀刻步骤可取地可以采取湿式蚀刻的形式，但是可以使用其他合适的蚀刻处理。各个蚀刻步骤可以用于移除覆盖任何的先前沉积的芯层的芯层结构的全部，或者更优选地，如下面将说明的，如果将使用对接接头(buttjoints)，则可以留下很小的覆盖部分。
因为每个芯层40、50、60是单独形成的，所以该处理使得每个芯层(其材料和结构两者)的设计可以被优化为在所分配的激光发射波长给予高的激光发射效率和/或功率。在实施例中，所分配的波长中的每个均在中红外波长区域中，并且每个芯层结构均为量子级联增益介质的形式。可取地，每个芯层的宽度W被选为使得相应的激光频率将在单侧模式下发射激光。如图1A和1B中所示的实施例中所示，所述器件可取地通过阻挡层80(诸如InP层)的侧面再生长而彼此横向隔离，这既限制了不想要的电流注入，又提供了光学约束。可替代地，深蚀刻的沟槽(trench)(未示出)可以用于横向隔离。
在图1A和1B的实施例中，多个芯层作为分离的各自的波导70的一部分彼此并排地相邻地定位。图3A和3B示出另一种形貌，即，多个芯层40、50、60作为共用波导70的一部分彼此端对端地相邻地定位，可取地，在各自的对接接头J中直接接合。图3A是与图1A的平面图类似的示意性平面图，而图3B是图3A的结构沿着图3A中所指示的线B-B截取的示意性截面。这个实施例的多个芯层40、50、60(在这种情况下，三个不同的芯层)每个均构成每个有源器件或波导的一部分，所述每个有源器件或波导因此将同时发射一个、两个或三个波长λ1、λ2和λ3，这依每个芯层在所考虑的时间如何被施加偏压(金属触点如何被供给电压/电流)而定。图3A和3B的器件可取地可以以与以上图1B中所示的方式类似的方式被横向约束(未示出)。
可取地，芯层40之一是量子级联芯层，被构造为产生以3-14μm的范围内的第一中心频率发射的子带间跃迁，第二芯层50(或60)是下列之一：a)无源波导芯层，被构造为引导具有所述第一中心频率的波长；b)第二量子级联芯层，被构造为产生以3-14μm的范围内的与所述第一中心频率不同的第二中心频率发射的子带间跃迁；以及c)半导体有源芯层区域，被构造为以3-14μm的范围以外的第二中心频率发射的子带间跃迁。第三芯层60(或50)更可取地可以是被构造为产生以3-14μm的范围内的与所述第一中心频率和(如果被使用的话)所述第二中心频率不同的第三中心频率发射的子带间跃迁的量子级联芯层。可替代地，第三芯层60(或50)可以是被构造为引导具有所述第一中心频率和(如果被使用的话)所述第二中心频率的波长的无源波导芯层。这样的第三芯层可取地被定位和布置为形成用于第一波导(可替代地，还用于第二波导)的波导复用器。
作为另一个替代例，多个芯层40、50、60中的一个(或者多于一个，如果曾经是可取的话)可以是被构造为对于其他芯层中的一个或多个(诸如所述其他芯层中的一个或多个的量子级联增益介质)发射的波长透明的无源芯层。形成在中红外波长、光学损耗低的波导的候选材料包括AlInAs、InGaAs、GalnAsP和AlGalnAs。如此创建的无源波导可以被布置为用作一对多或多对一波导结构的形式的、分割或组合光的分离器或组合器或者复用器或解复用器。
在利用对接接头的情况下，为了确保对接的芯层之间的平稳跃迁，第二芯层和后面的任何芯层的生长步骤优选地通过如下的方式来执行，即，使前一芯层结构的至少某一部分(对接接头将由该部分形成)暴露——也就是说，不用掩膜层，或者至少不用覆盖先前构图的芯层(一个或多个)的顶面区域的每一个部分的掩膜层。基本上所有的第二芯层结构或后面的其他芯层结构然后可以从第一芯层结构的顶部移除，诸如通过蚀刻。可替代地，并且更可取地，覆盖的第二芯层结构或后面的其他芯层结构的小部分P可以被允许余留以帮助确保和保留坚固的对接接头。可取地，应存在小的重叠区域(2-10μm)以使得具有良好的制造产率和可忽略的光学跃迁损失。包括重叠芯层结构的这样的小部分P的实施例在图4和图5中示出。
图4示出低损耗无源量子波导芯层PQ的示意性截面立视图，该PQ可取地由GalnAsP形成，与有源增益量子级联芯层QC对接，该量子级联芯层在无源芯层PQ上方小面积重叠帮助确保和保留坚固的对接接头。(应指出，芯层生长的次序无需如该结构所暗示的那样——无源芯层可以是第二芯层或其他随后生长的芯层，有源芯层可以是第二芯层或其他随后生长的芯层)。作为另一个替代例，光栅G可以添加在无源芯层PQ的上方或下方以使得提供波长选择性的反馈。作为进一步的替代方案，一个或多个微加热器MH可以添加在电绝缘顶部覆层90(诸如SI-InP)的顶部，以使得微加热器可以选择性地改变波导的折射率以供进行波长调谐。
在所有的实施例中，覆层设置在芯层的两侧、生长方向上，下覆层可取地被n型掺杂，而上覆层在需要注入电流的地方被n型掺杂，但是在微加热器所在的任何地方(如果有的话)是半绝缘的，举例来说，诸如通过在微加热器所在的任何地方被掺杂Fe。
作为另一个替代样子，隧道结TJ可以添加在无源芯层的上方或下方，如图5的示意性截面中所示(在这种情况下，在上方)，以注入少数载流子以供用于通过自由载流子效应改变折射率。
制造方法可以包括使用与在DFBQCL中传统使用的那些制造过程类似的制造过程。本文中的实施例的优点是，它们可以从功能上用具有更小尺寸、更快速度和更低成本的器件来取代可调谐ECQCL。此外，实施例还具有优于DFBQCL阵列的尺寸和成本优点，因为DFBQCL阵列通常需要组合光学器件来将阵列的输出光学地组合为一个光束。
实施例可以包括增益材料，该增益材料包括形成超晶格的至少两个在组成上不同的层。通过层厚度的适当设计，可以在系统中的两个子带之间建造实现激光发射所必需的粒子数反转。层的厚度可以是相同的，或者可以是不同的，这依期望的设计而定。在一些实施例中，层具有大约至大约的厚度。在一些实施例中，层具有大约至大约的厚度。在一些实施例中，层具有大约1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、35、40、45、50、55、60、70、80、90、100、125、150、175、200、250、300、350、400、450或的厚度。
可以用于形成增益材料中的层的材料一般包括半导体，诸如族IV、III-V和II-VI半导体。在一些实施例中，层可以包括GaAs、AlxGa1-xAs、SixGe1-x或GaxIn1-xAs和AlyIn1-yAs，其中，x和y为0至1。
超晶格增益材料可以使用各种技术来生成，例如分子束外延(MBE)(包括气源MBE和MO-MBE)、金属有机汽相外延(MOVPE)、或溅射。这些方法使得可以生成厚度仅为几个原子间隔的层。
实施例还可以包括光学波导。如本文中所使用的光学波导包括引导光谱中的电磁波的物理结构。虽然不限于任何特定类型的波导，但是常用的一种类型的光学波导是脊形波导。脊形波导通过如下的方式创建，即，蚀刻量子级联增益材料中的平行沟槽以创建隔离的一条QC材料，通常，但不是必要的，大约5-15μm宽和几个mm长(长度通常由裂开限定)。横向模式约束可以通过在沟槽中沉积介电材料来实现，然后通常用金涂布整个脊来提供电触点以及当脊在生成光时帮助从脊去除热量。更常见的是，横向模式约束通过在沟槽中生长半绝缘材料(诸如InP，如果激光器生长在InP基板上的话)来实现。光从波导的裂开端发射。
实施例还可以包括防反射或抗反射(AR)层。如本文中所使用的，AR层包括光学涂层，该光学涂层被涂覆到器件的至少一个末端(小平面)，并且减小特别是IR区域中的反射。AR层可以是任何类型，诸如折射率匹配、单层干涉、多层干涉、或蛾眼(纳米结构)。在一些实施例中，AR涂层提供小于大约10％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.01％、0.001％或0％损耗。
光栅可以通过电子束(“e-beam”)书写、通过e-beam光刻制造的光栅掩膜的接触印刷、或全息摄影来构图。
在实施例中可以找到的另外的组件包括n型覆层，这两个n型覆层都在增益材料的上方和/或下方。有源增益部分和波长选择性部分可以被覆盖图案化的电接触层，该图案化的电接触层包括专用于不同的激光部分的各个控制电极。绝缘介电材料可以沉积在图案化的电接触层中的适当的区域中以电隔离激光结构的不同区域。
在典型的实施例中，如整个地通过引用并入本文的美国申请No.13/050,026中所描述的，激光发射部分被p型电隔离区域隔开。例如，有源波导芯层可以夹在上n型覆层和下n型覆层之间。有源芯和下n型覆层，以及上覆层的至少一部分，延伸通过实施例的电隔离的激光部分。上n型覆层的一部分或多个部分包括足以约束p型电隔离区域(一个或多个)的p型掺杂剂，所述p型电隔离区域沿着分隔实施例的部分的突起延伸越过上n型覆层的厚度的一部分。上n型覆层和下n型覆层可以包括InP、GaAs、AlGaAs、或任何其他的常规的或尚待开发的合适的包覆材料。例如，并非限制，设想各种包覆材料可能是合适的，包括II-VI半导体、Si-Ge或GaN基材料等。
有实现p型隔离区域的多种方式。在这些方式之中，有选择性生长、离子植入和p型掺杂剂的扩散。如果最后一个选项被选择，则上n型覆层和下n型覆层与增益材料的各自的组成可以被选为促进通过掺杂剂扩散形成p型电隔离区域。更具体地讲，上n型覆层和下n型覆层可以包括InP，并且p型掺杂剂可以被选为使得其在InP上n型覆层中的最大稳定浓度低于大约nx1018cm-3，其中，n小于3。
隔离激光发射部分的替代方法包括移除n覆层的高度掺杂的部分。
举例来说，并非限制，可替代地设想，上n型覆层和下n型覆层可以是GaAs基覆层。这些覆层中的一些可以是AlGaAs或(Al)GalnP，而不仅仅是GaAs或InP。对于GaAs基覆层，芯层可以是GaAs/AlGaAs、AlGaAs/AlGaAs、(Al)GaInP/(Al)GaInP或GaInAs/(Al)GaAs。类似合成物的另外的层被设想用于该结构的其余层，并且应被选为补偿GalnAs和GaAs基板之间的任何晶格失配。例如，并非限制，其他可能的层是GalnP、AlGalnP、GaAsP和GalnAsP。对于GaAs基覆层，用于形成(Al)GaAs半绝缘的合适的掺杂剂包括，但不限于，Cr和O。以非常低温的生长，可以在不用任何掺杂剂的情况下获得半绝缘(Al)GaAs。
本文中的实施例可取地在脉冲模式下使用，但是连续波模式在一些应用中可能是有用的。激光脉冲持续时间可以为大约1ns至大约1ms。在一些实施例中，FWHM处的脉宽大约为1ns、2ns、3ns、4ns、5ns、6ns、7ns、8ns、9ns、10ns、20ns、50ns、60ns、70ns、80ns、90ns、100ns、200ns、300ns、400ns、500ns、600ns、700ns、800ns、900ns、1μs、10μs、100μs或1ms。在一些实施例中，本文中所实施的器件可以被设计为同时地、单个地和/或按顺序的或编程的次序激励所有的激光部分。
实施例可以用于任何数量的方法中，其中，IR辐射和特定IR激光辐射将是有利的。具体的应用包括IR吸收率或反射率测量、IR和FTIR光谱学、拉曼光谱学、气体和/或化学武器检测、化学动力学和运动学测量、热实验等。在一个实施例中，实施例在IR吸收率测量中用于识别分子组成。

Claims (27)

1.一种形成能够生成中红外激光辐射的激光源的方法，所述方法包括：
在基板上生长和/或沉积第一芯层结构；
在所述基板的一个或多个位置上蚀刻掉第一芯层结构；和
在所述基板上的所述一个或多个位置中的至少一个上生长和/或沉积第二芯层结构，其中，所述第一芯层结构和第二芯层结构中的至少一个包括第一量子级联增益介质，所述第一量子级联增益介质被构造为产生以3-14μm的范围内的第一中心频率发射的子带间跃迁。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一芯层结构和第二芯层结构中的至少第二个包括第二量子级联增益介质，所述第二量子级联增益介质被构造为产生以3-14μm的范围内的第二中心频率发射的子带间跃迁，所述第二中心频率不同于所述第一中心频率。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一芯层结构和第二芯层结构中的至少第二个包括半导体增益介质，所述半导体增益介质被构造为产生以第二中心频率发射的间带跃迁，所述第二中心频率不同于所述第一中心频率。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二芯层结构和第一芯层结构中的至少一个包括无源芯层，所述无源芯层对于所述量子级联增益介质发射的波长是透明的。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二芯层结构和第一芯层结构中的至少一个包括由AlInAs、InGaAs、GalnAsP或AlGalnAs之一构成的无源芯层。
6.根据权利要求4和5任一项所述的方法，还包括在所述无源芯层的上方和/或下方添加光栅以便提供波长选择性的反馈的步骤。
7.根据权利要求6所述的方法，还包括在所述无源芯层的上方添加微加热器以提供调谐所述光栅的步骤。
8.根据权利要求6所述的方法，还包括在所述无源芯层的上方或下方添加隧道结以提供将少数载流子注入到所述无源芯层中。
9.根据权利要求1-8任一项所述的方法，其中，所述生长和/或沉积第二芯层结构的步骤包括：以如下的方式生长和/或沉积第二芯层结构，即，使第一芯层结构的至少某一部分暴露，以使得第二芯层结构的一部分在所述第一芯层结构上生长和/或沉积，并且其中，所述方法还包括从第一芯层结构的顶部移除基本上所有的第二芯层结构。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述移除基本上所有的第二芯层结构的步骤包括湿式蚀刻。
11.一种形成能够生成中红外激光辐射的单片激光源的方法，所述方法包括：
在基板上生长和/或沉积第一芯层结构；
在所述基板上的一个或多个第一位置上蚀刻掉第一芯层结构；
在所述基板上的所述一个或多个第一位置中的至少一个上生长和/或沉积第二芯层结构，
在所述基板上的一个或多个第二位置上蚀刻掉第二芯层结构；和
在所述基板上的所述一个或多个第二位置中的至少一个上生长和/或沉积第三芯层结构，其中，所述第一芯层结构、第二芯层结构和第三芯层结构中的至少一个包括量子级联增益介质，所述量子级联增益介质被构造为产生以3-14μm的范围内的第一中心频率发射的子带间跃迁。
12.一种能够生成中红外激光辐射的激光源，所述源包括：
量子级联芯层，所述量子级联芯层定位在基板上，并且被构造为产生以3-14μm的范围内的第一中心频率发射的子带间跃迁；
第二芯层，所述第二芯层在所述基板上，在平面内相对于第一芯层定位，其中，所述第二芯层是下列之一：a)被构造为引导具有所述第一中心频率的波长的无源波导芯层；b)被构造为产生以3-14μm的范围内的与所述第一中心频率不同的第二中心频率发射的子带间跃迁的第二量子级联芯层；以及c)被构造为产生以3-14μm的范围以外的第二中心频率发射的子带间跃迁的半导体有源芯层区域。
13.根据权利要求12所述的激光源，其中，所述第二芯层是被构造为产生以3-14μm的范围内的与所述第一中心频率不同的第二中心频率发射的子带间跃迁的第二量子级联芯层。
14.根据权利要求13所述的激光源，其中，所述第一芯层和第二芯层作为共用波导的一部分彼此端对端地相邻地定位。
15.根据权利要求14所述的激光源，其中，所述第一芯层和第二芯层彼此对接。
16.根据权利要求13所述的激光源，还包括在所述基板上的并且在平面内相对于第一芯层和第二芯层定位的第三芯层，所述第三芯层是被构造为产生以3-14μm的范围内的与所述第一中心频率和第二中心频率不同的第三中心频率发射的子带间跃迁的第三量子级联芯层。
17.根据权利要求16所述的激光源，其中，所述第一芯层、第二芯层和第三芯层作为共用的波导的一部分彼此端对端地相邻地定位。
18.根据权利要求13所述的激光源，其中，所述第一芯层和第二芯层作为分开的各自的第一波导和第二波导的一部分彼此并排地相邻地定位。
19.根据权利要求18所述的激光源，还包括在所述基板上的并且在平面内相对于第一芯层和第二芯层定位的第三芯层，所述第三芯层是被构造为引导具有所述第一中心频率和第二中心频率的波长的无源波导芯层，其中，所述第三芯层被定位和布置为形成用于第一波导和第二波导的波导复用器。
20.根据权利要求12所述的激光源，其中，所述第二芯层是被构造为引导具有所述第一中心频率的波长的无源波导芯层。
21.根据权利要求20所述的激光源，还包括在所述无源芯层的上方和/或下方的光栅。
22.根据权利要求21所述的激光源，还包括在所述无源芯层的上方的、用于调谐光栅的微加热器。
23.根据权利要求21和22任一项所述的激光源，还包括在所述无源芯层的上方或下方的、用于将少数载流子注入到所述无源芯层的隧道结。
24.根据权利要求12-23任一项所述的激光源，还包括在所述芯层的两侧、生长方向上的覆层，下覆层被n型掺杂，而上覆层在需要注入电流的地方被n型掺杂，但是在如果有微加热器所在的任何地方是半绝缘的。
25.根据权利要求24所述的激光源，其中，所述上覆层在如果有微加热器所在的任何地方被掺杂Fe。
26.根据权利要求14、15和17-19任一项所述的激光源，其中，所述波导在横向方向上通过InP层或深蚀刻的沟槽实现电和光约束。
27.根据权利要求14、15和17-19任一项所述的激光源，其中，每个增益或无源部分通过相邻部分之间的隔离区域中的、在所述芯层上方的InP层或蚀刻的沟槽来与所述相邻部分电隔离。
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