JP2018518053A - 損失を低減するための低フィルファクタのトップコンタクトを有するインターバンドカスケードレーザ - Google Patents
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Abstract
【選択図】図2
Description
本願は、2015年6月5日に出願された米国特許仮出願第62/171,269号、2015年8月25日に出願された米国特許仮出願第62/209,554号、及び2015年11月5日に出願された米国特許仮出願第62/251,154号に基づく米国特許法第119条の下での優先権の利益を主張するものである。
第1の実施例として、低フィルトップコンタクトの幾何学的構造に関する予備実験の結果が、λ≒3.4μmで放射するICLに関して得られている。試験した構造体は、被覆されていないファセットを有し、放熱のために金の電気めっきと共にエピタキシャルサイドアップでマウントされた、幅19μm及び長さ2mmの細いリッジであった。5段のICL設計は、コンタクトをなすために上部に厚さ20nmのn+−InAs層を備える厚さ570nmのトップクラッド層を有した。クラッドは、レージングモードとコンタクトメタライゼーションとの顕著なオーバーラップを可能にするのに十分なだけ薄かった。メタライゼーションの前にSiN誘電体絶縁層をリッジの上部及び側部に堆積させ、その後、光リソグラフィを用いて、絶縁フィルムにコンタクトストライプを図2に例示されるように周期的な低デューティサイクルパターンでパターン形成した。コンタクトは、各コンタクトストライプの幅wが一定に保たれ、周期が10%(周期P=100μm)、20%(P=50μm)、及び50%(P=20μm)のデューティサイクルを得るべく調節されるようにパターン形成された。結果を、100%のコンタクトデューティサイクルに対応する、金属コンタクトがリッジの上面全体を覆う(図1の場合のように、DFBグレーティングだけが無い)従来の設計を有するリッジに関する結果と比較した。
第2の実施例として、本発明の低フィルファクタのトップコンタクト構造を、3.3μm付近の波長で動作するDFB ICLに適用した。ICL構造体は、DFBグレーティングをエッチングすることができるグレーティング層を提供するためにトップInAs層が厚さ250nmであったこと以外は上記の第1の実施化で採用したウェーハに関する設計と類似した積層設計でGaSb基板上に成長させた。この構造体の上部20nmだけが重度に(5×1018cm−3に)ドープされ、一方、本発明のより好ましい実施形態では、グレーティング層全体が重度にドープされることになる。InAsはGaSb基板と格子整合していなかったので、該層は、緩和され、クロスハッチモルフォロジを呈した。それにもかかわらず、558〜568nmの範囲内のグレーティングピッチを有するDFBのほとんどは、温度及び電流の少なくとも一部の範囲にわたって単一スペクトルモードでレーザを発した。このデバイスのロットは、本発明の一部の実施形態の低損失Ag又はTi−Agコンタクトを採用せず、代わりに、トップコンタクト金属のための従来のTi/Pt/Au層を使用していた。デバイスは、低フィルファクタのトップコンタクト層を提供するために本発明に従って形成された周期的なコンタクト開口部を備える、DFBデバイスのトップクラッド層上に堆積された誘電体層を有していた。上記の第1の実施例と同様に、コンタクトの幅は、w=10μmに一定に保ち、一方、周期Pは、フィルファクタw/P、したがって、デューティサイクルが14%から100%までの間で変化するように調整した。
本発明の低デューティサイクルのトップコンタクトの主な利点は、実質的な電流拡散を被る材料から構築された半導体レーザは、薄いトップクラッド層を使用し、光学モードとコンタクトメタライゼーションとのオーバーラップによって誘起される低い内部損失をそれでも維持し得ることである。本発明は、ハイパワーインターバンドカスケードレーザ及びハイパワーを高効率で放射する単一モードDFB ICLに適用されるときに特に有利であろう。重度にドープされたInAs0.91Sb0.09トップグレーティング/キャップ層と、低デューティサイクルのトップコンタクトメタライゼーションとの組み合わせは、十分に歪みバランスのとれた構造で高い加工歩留まりを維持しながらDFB ICLの最大出力パワー及び効率を最大化するであろう。
本発明は、上記で提示される好ましい実施形態のいくつかのバリエーションを包含する。詳細は若干変化し得るが、本発明の利点は、どのICLコア設計、放射波長、タイプII又はタイプI型活性量子井戸などにも等しく適用される。本発明は、量子カスケードレーザ(QCL)に適用されるときにも、これらのデバイスも実質的な電流拡散を呈することができるので有利であり得る。A.Lyakh,P.Zory,D.Wasserman,G.Shu,C.Gmachl,M.D’Souza,D.Botez,and D.Bour,”Narrow Stripe− Width,Low−Ridge High Power Quantum Cascade Lasers,”Appl.Phys.Lett.90,141107(2007)参照。InP又はGaAs基板上に成長したQCLは、低損失のDFBデバイスを提供するためにグレーティングのエッチングに続く再成長ステップを採用してよいが、この付加的なステップは、製造経費を付加し、加工歩留まりに負の影響を及ぼすことがある。本発明が効果的となるのに十分な電流拡散(約20μmよりも大きい)を同じく呈する他のダイオードレーザタイプ又は特定のデバイスの幾何学的構造が存在し得るが、このようなデバイスでは、電流拡散が、妥当なパターン形成周期が採用される場合に一様な電流注入を維持するのに不十分であるので、ほとんどの場合、本発明は従来のダイオードレーザに適用可能ではないであろう。
Claims (16)
- 基板上に形成されたレーザリッジと、レーザリッジの上面に配置され、DFBグレーティングが上部に形成された、DFBグレーティング層と、前記DFBグレーティング層の上面に配置され、前記レーザリッジの上面を覆う、誘電体絶縁フィルムと、を備えるレーザ構造体を備え、前記レーザリッジが、トップ金属コンタクト層及びボトム金属コンタクト層によって電圧源への電気的コンタクトがなされている、低フィルファクタのトップコンタクトを有する分布帰還型(DFB)レーザであって、
前記誘電体フィルムが、開口部によって露出された前記リッジの領域においてのみ前記レーザリッジへの電気的コンタクトを提供するべく、前記レーザリッジの上面上で、内部に形成された所定の複数の離間配置のコンタクト開口部を有し、前記リッジの残りは前記誘電体フィルムによって電気的コンタクトから絶縁され、
前記コンタクト開口部が、前記コンタクト開口部の総面積と前記レーザリッジの上面の総面積との比が100%未満の所定のフィルファクタを提供するように構成される、分布帰還型(DFB)レーザ。 - 前記レーザがインターバンドカスケードレーザ(ICL)である、請求項1に記載の低フィルファクタのトップコンタクトを有するDFBレーザ。
- 前記レーザが量子カスケードレーザ(QCL)である、請求項1に記載の低フィルファクタのトップコンタクトを有するDFBレーザ。
- 前記コンタクト開口部のサイズ、形状、及び分布のうちの少なくとも1つが不規則である、請求項1に記載の低フィルファクタのトップコンタクトを有するDFBレーザ。
- 前記コンタクト開口部が、所定の一様な幅w及び所定の周期的間隔Pを有し、w及びPが、所定のフィルファクタw/P<100%を提供するように構成される、請求項1に記載の低フィルファクタのトップコンタクトを有するDFBレーザ。
- 前記コンタクト開口部が、所定の一様な幅w及び所定の周期的間隔Pを有し、w及びPが、所定のレーザデューティサイクルを提供するように構成される、請求項1に記載の低フィルファクタのトップコンタクトを有するDFBレーザ。
- 前記コンタクト開口部のそれぞれが、対応する幅Wiを有し、(i+1)番目の隣接するコンタクト開口部から対応する間隔Piだけ分離され、前記幅Wiのすべて及び前記間隔Piのすべては、前記すべての幅Wiの平均と前記すべての前記距離Piの平均との比が100%未満であるように構成される、請求項1に記載の低フィルファクタのトップコンタクトを有するDFBレーザ。
- 前記コンタクト開口部が、前記レーザリッジの中央を覆うように配置される、請求項1に記載の低フィルファクタのトップコンタクトを有するDFBレーザ。
- 前記コンタクト開口部が、前記レーザリッジの中央を覆わないように配置される、請求項1に記載の低フィルファクタのトップコンタクトを有するDFBレーザ。
- 前記コンタクト開口部が、それぞれ前記レーザリッジの外縁の近くに配置される2つの平行な列を含む、請求項9に記載の低フィルファクタのトップコンタクトを有するDFBレーザ。
- 前記2つの平行な列における前記コンタクト開口部が、互いに位相を合わせて配列されるように構成される、請求項10に記載の低フィルファクタのトップコンタクトを有するDFBレーザ。
- 前記2つの平行な列における前記コンタクト開口部が、互いに位相をずらして配列されるように構成される、請求項10に記載の低フィルファクタのトップコンタクトを有するDFBレーザ。
- 前記DFBグレーティング層がInAs又はInAsSbである、請求項2に記載の低フィルファクタのトップコンタクトを有するDFBインターバンドカスケードレーザ。
- 前記誘電体絶縁フィルムがSiNである、請求項1に記載の低フィルファクタのトップコンタクトを有するDFBレーザ。
- 前記DFBグレーティング層と前記誘電体絶縁フィルムとの間の前記リッジの中央付近に配置された前記コンタクト金属又は前記誘電体に対して高い屈折率を有するポール層をさらに備える、請求項1に記載の低フィルファクタのトップコンタクトを有するDFBレーザ。
- 前記ポール層がSiである、請求項1に記載の低フィルファクタのトップコンタクトを有するDFBレーザ。
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