JP7076414B2 - 面発光量子カスケードレーザ - Google Patents
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図1は、第1の実施形態にかかる面発光量子カスケードレーザの模式斜視図である。
また、図2(a)は第1の実施形態にかかる面発光量子カスケードレーザの上部電極を除いた部分模式平面図、図2(b)は第1のピットの模式平面図、である。
cosθ=1±2m/M 式(1)
図4(a)に表す内部領域33の第1のピット61の深さはD2とし、図4(b)に表す外周領域34の第2のピット64の深さもD2とする。本変形例において、ピット深さD2は第1の半導体層30の厚さよりも小さく、第1のピット61および第2のピット64の底面は活性層20に到達しない。第1のピット61(61a、61b、61c)の底面と活性層20の表面との間隔、および第2のピット64の底面と活性層20との間隔が、たとえば、数μm以下であれば活性層20と二次元格子との光結合が可能である。
図5(a)、(b)において、縦軸は温度、横軸はチップ断面における水平方向位置、である。図5(b)に表すように、比較例にかかる面発光量子カスケードレーザ105は、二次元格子状に配置された二次回折格子を構成するフォトニック結晶を有する。二次回折格子のピットの平面形状は、平面形状の重心を通りかつ二次元格子の少なくとも1辺に平行な線に関して非対称とされる。
また、図7は、第2の実施形態にかかる面発光量子カスケードレーザの上部電極を除いた部分模式平面図である。
図9(a)に表す内部領域33の第1のピットの深さはD2とし、図9(b)に表す外周領域34の第2のピットの深さもD2とする。本変形例において、第1のピット63および第2のピット64の深さD2は、第1の半導体層30の厚さよりも小さく、第1のピット63および第2のピット64の底面は活性層20に到達しない。第1のピット63の底面と活性層20の表面との間隔、および第2のピット64の底面と活性層20との間隔が、たとえば、数μm以下であれば活性層20と二次元格子との光結合が可能である。
また、図11(a)は図10のC-C線に沿った模式断面図、図11(b)は図10のD-D線に沿った模式断面図、図11(c)は、第2のピットの変形例であり、図10のD-D線に沿った模式断面図、である。
縦軸は温度、横軸は水平方向位置、である。下部電極90の中央部に開口部90aが設けられるものとすると、注入電流I3のうち内部領域33の注入電流を外周領域34の注入電流よりも低減できる。この結果、内部領域33での発生熱が低減され熱源を外側に向かって分散できるので、温度分布を双峰性に近づけ内部領域33での温度上昇を一層抑制できる。注入電流I3を第1の実施形態の注入電流I1と等しくすると、ピーク温度T3を、図5(a)のピーク温度T1よりも低くできる(T2>T1>T3)。なお、活性層で生成されたレーザ光のうち、上方に向かった光は、上部電極36により反射され、レーザ光80として開口部90aから放出される。
なお、図13(a)は、図10のC-Cに沿った模式断面図である。また、図13(b)、(c)は、図10のD-D線に沿った模式断面図である。
内部領域33は、正三角形の平面形状を有する第1のピット63により2次回折格子が形成される。なお、第1のピット63は、平面形状の重心G3を通りかつ正三角格子の3辺に平行な直線54、55、56に関して非対称となるように配置される。第1のピット63の平面形状は、正三角形でなくてもよい。外周領域34は、第2のピット64が円平面形状である正三角格子とする。また、内部領域63の格子間隔P3は、外周領域34の格子間隔P4の2倍とされる。内部領域33の概ね垂直方向に、レーザ光を放出できる。
第1のピット63の平面形状は、平面形状の重心G1を通りかつ第1の二次元格子の少なくとも1辺に平行な線(50または51)に関して非対称である。第2のピット64の平面形状は、平面形状の重心G2を通りかつ第2の二次元格子のすべての辺(50および51)に平行な線に関してそれぞれ対称である。
Claims (11)
- 複数の量子井戸層が積層されサブバンド間遷移によりレーザ光を放出可能な活性層と、
前記活性層の上に設けられ、第1の面を有する第1の半導体層であって、前記第1の面は第1のピットが第1の二次元格子を構成する内部領域および第2のピットが第2の二次元格子を構成する外周領域を含み、前記外周領域は前記内部領域を取り囲む、第1の半導体層と、
前記第1のピットの側面および底面と、前記第2のピットの側面および底面と、前記内部領域のうち前記第1のピットが設けられない部分と、を覆う絶縁体層と、
前記外周領域のうち前記第2のピットが設けられない部分を覆いかつ前記絶縁体層を介して前記第1のピット内および前記第2のピット内を充填する上部電極と、
前記活性層の面のうち、前記第1の半導体層が設けられた面とは反対の側の面の側に設けられ中央部に開口部が設けられた下部電極であって、平面視で前記内部領域の一部が前記開口部内に含まれる、下部電極と、
を備え、
前記第1のピットの開口端の第1平面形状は、前記第1平面形状の重心を通りかつ前記第1の二次元格子の少なくとも1辺に平行な線に関して非対称であり、
前記第2のピットの開口端の第2平面形状は、前記第2平面形状の重心を通りかつ前記第2の二次元格子のすべての辺に平行な線に関してそれぞれ対称であり、
前記第1の二次元格子の格子間隔は、前記第2の二次元格子の格子間隔の整数倍であり、
前記下部電極の前記開口部から前記レーザ光が放出される、面発光量子カスケードレーザ。 - 前記内部領域へは電流が注入されない、請求項1記載の面発光量子カスケードレーザ。
- 複数の量子井戸層が積層されサブバンド間遷移によりレーザ光を放出可能な活性層と、
前記活性層の上に設けられ、第1の面を有する第1の半導体層であって、前記第1の面は第1のピットが第1の二次元格子を構成する内部領域および第2のピットが第2の二次元格子を構成する外周領域を含み、前記外周領域は前記内部領域を取り囲む、第1の半導体層と、
前記第1のピットの側面および底面と、前記第2のピットの側面および底面と、を覆う絶縁体層と、
前記内部領域のうち前記第1のピットが設けられない部分と、前記外周領域のうち前記第2のピットが設けられない部分と、を覆い、かつ前記絶縁体層を介して前記第1のピット内および前記第2のピット内を充填する上部電極と、
前記活性層の面のうち、前記第1の半導体層が設けられた面とは反対の側の面の側に設けられ中央部に開口部が設けられた下部電極であって、平面視で前記内部領域の一部が前記開口部内に含まれる、下部電極と、
を備え、
前記第1のピットの開口端の第1平面形状は、前記第1平面形状の重心を通りかつ前記第1の二次元格子の少なくとも1辺に平行な線に関して非対称であり、
前記第2のピットの開口端の第2平面形状は、前記第2平面形状の重心を通りかつ前記第2の二次元格子のすべての辺に平行な線に関してそれぞれ対称であり、
前記第1の二次元格子の格子間隔は、前記第2の二次元格子の格子間隔の整数倍であり、
前記下部電極の前記開口部から前記レーザ光が放出される、面発光量子カスケードレーザ。 - 前記内部領域への注入電流が前記外周領域への注入電流よりも低い、請求項3記載の面発光量子カスケードレーザ。
- 前記第2のピットの深さは、前記第1のピットの深さよりも大きい、請求項1~4のいずれか1つに記載の面発光量子カスケードレーザ。
- 前記第2のピットの前記深さは、前記レーザ光の波長よりも大きい、請求項5記載の面発光量子カスケードレーザ。
- 前記第1のピットの深さは前記活性層の内部に到達する、請求項1~6のいずれか1つに記載の面発光量子カスケードレーザ。
- 前記第2のピットの深さは、前記活性層内部に到達するか、前記活性層を貫通する、請求項1~7のいずれか1つに記載の面発光量子カスケードレーザ。
- 平面視において、前記第1のピットと前記第2のピットとは重ならない、請求項1~8のいずれか1つに記載の面発光量子カスケードレーザ。
- 前記第1の平面形状は複数の点対称である形状を含む、請求項1~5のいずれか1つに記載の面発光量子カスケードレーザ。
- 前記第1のピットの前記二次元格子は、正方格子または直方格子であり、
前記第1のピットの前記開口端の前記第1平面形状は、前記第1平面形状の前記重心を通りかつ前記第1の二次元格子の2辺それぞれに平行な線に関して非対称である、請求項1~10のいずれか1つに記載の面発光量子カスケードレーザ。
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