JP2002076516A - カルコゲナイド誘電体コーティングを有するメサ構造半導体光エミッタ - Google Patents

カルコゲナイド誘電体コーティングを有するメサ構造半導体光エミッタ

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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 ＩＳＢレーザ技術において、中間ＩＲ範囲で
低い吸収率を有し、高電力／高温の動作を可能にする高
い絶縁耐力を有する誘電体材料、導波プロセスに有意な
損失または有意な非線形屈折率を導入しない導波路コー
ティング、およびレージングのための閾値電流密度を増
加させずに、横方向の光閉じ込めを提供し、メサの側壁
を通した効率的な熱伝導を提供する低損失メサ誘電体コ
ーティング、さらに、ＤＦＢ ＩＳＢレーザ技術におい
て、比較的狭いメサ上の低損失コーテイングを介して中
心波長を微調整する能力が提供される。 【解決手段】 メサ構造半導体レーザ１０では、メサの
頂部にストライプ構造コンタクト１８を規定し、有意な
導波性を提供するために用いられるパターン化された誘
電体コーティングは、カルコゲナイドガラス１６を含
む。特に、インターサブバンド（例えば、量子カスケー
ド）レーザへの応用について記載される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【政府契約】本発明は、ＤＡＲＰＡ／ＵＳ陸軍研究所に
よって認められた契約番号第ＤＡＡＧ５５−９８−Ｃ０
０５０号の下で政府のサポートを受けて成し遂げられ
た。
【０００２】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般に、メサ構造
半導体光エミッタ（たとえば、レーザ、自発放射源）に
関し、特に、インターサブバンド（ＩＳＢ）リッジ導波
路（ＲＷＧ）光エミッタに関する。
【０００３】
【従来の技術】半導体光エミッタのクラスには、メサ構
造エッジエミッタとして公知のサブセットが含まれる。
このサブセット自体は、ＲＷＧ光エミッタとして公知の
特定の設計を含む。ＲＷＧデバイスは、通常、活性領域
と、活性領域と境を接し、導波路を形成する上部および
下部クラッディング領域とを含む。用語リッジ導波路の
名前は、光伝播軸（たとえば、レーザの共振器軸）に沿
って長手方向に、および、少なくとも上部クラッディン
グ領域、典型的には活性領域をも通って縦方向（断面）
に延在する細長いメサから由来している。メサは、横方
向の電流および光閉じ込めを共に提供する。適切なポン
ピング電流が活性領域に与えられると、これらの端面が
どのようにコーティングされているか（またはコーティ
ングされているか否か）によって、光は、メサのいずれ
かの端面または両端面から発光される。電流は、一対の
対向する電極にわたって印加される電圧によって生成さ
れる。一方の電極は、デバイスの底部（たとえば、基板
上）に形成された広域コンタクトであり、他方の電極
は、メサの頂部に形成されたストライプ構造コンタクト
である。後者は、例えば、まず、メサ上に誘電体層（た
とえば、ＳｉＮＸまたはＳｉＯ２）を堆積させ、誘電体
をパターン化してメサの頂部を露出させ、次に、金属層
を誘電体層およびメサの露出した頂部に堆積させること
によって規定される。この構造では、金属層は、通常、
メサの側壁に沿って、活性領域のレベルまで延在する。
側壁およびメサの底部に沿ったメタライゼーションは、
一般には、デバイスの基本的な機能には必要はないが
（メサの頂部にあるストライプ構造コンタクトのみが必
要とされる）、実際には、金属は、外部配線を頂部コン
タクトに適用するのに十分な面積を提供し、メサの頂部
のコンタクト領域に電流を安全に案内するのに十分な導
電性を提供するために必要とされる場合が多い。
【０００４】言うまでもなく、ＲＷＧデバイスは、レー
ザまたは自発放射源（たとえば、ＬＥＤ）として用いて
もよい。
【０００５】ＲＷＧ光エミッタの性能は、特に、発光波
長、動作温度、印加電圧、メサの幅、導波路の有効屈折
率、誘電体層の屈折率および誘電体強度、ならびに頂部
金属電極および誘電体層によって導入される損失を含む
多くのパラメータの関数である。
【０００６】約３から１９μｍの中間ＩＲ範囲で中心波
長において動作するＩＳＢレーザ、特に、量子カスケー
ド（ＱＣ）レーザの場合を例にとってみよう。これらの
レーザは、比較的高い電圧デバイス（たとえば、６から
１０ボルト）である傾向があり、多数のカスケード段階
を有するか、またはより短い波長で動作するデバイスに
はより高い電圧が必要とされる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ＱＣレーザでは、メサ
構造は、横方向の電流閉じ込めを提供するが、メサの露
出した側壁は、通常、上記のように誘電体層（たとえ
ば、ＣＶＤ堆積されたＳｉＮＸまたはＳｉＯ２）で覆わ
れている。この誘電体層は、ストライプ構造電極を規定
するだけでなく、メサからの熱除去を（空気または真空
と接触するメサと比較して）向上させるために用いられ
る。この構成は、以下の２つの問題を提起する。（１）
金属電極は光損失を導入し、これによって、レーザの閾
値電流密度は増加する。（２）誘電体層は、特に、高電
圧／高電力動作条件下で破壊されやすい。概念上、誘電
体層は、その破壊電圧を増加させるためにさらに厚くさ
れ、それによって、より高い電圧／電力動作を可能にし
得る。しかし、実際には、誘電体層をさらに厚くするこ
とは、ＣＶＤ堆積されたＳｉＮＸまたはＳｉＯ２の固有
の応力／歪みのために実現可能ではない。さらに、酸化
物／窒化物を厚くすると、上に配置される金属電極への
光学場の透過は低減されるが、これらの誘電体の吸収率
がかなり増加する約８．５から１０．５μｍの波長範囲
では勧められない。
【０００８】あるいは、ＩＳＢレーザのカスケード段階
の数を増加させることによって電力を引き上げることは
可能であるが、このアプローチでは、印加電圧を増加さ
せなければならず、これにより、言うまでもなく、誘電
体破壊の問題がまず発生する。他のアプローチとして
は、ＳｉＮＸまたはＳｉＯ２の代替として絶縁耐力のさ
らに高いポリマーを用いることが挙げられるが、中間Ｉ
Ｒ範囲では、大抵のポリマー（たとえば、ポリイミド）
は、強い吸収率を示し、その結果光の損失は大きくな
る。
【０００９】したがって、ＩＳＢレーザ技術では、中間
ＩＲ範囲で低い吸収率を有し、高電力／高温の動作を可
能にする高い絶縁耐力を有する誘電体材料が求められ
る。
【００１０】上記のように、頂部金属電極は、ＲＷＧに
おいて横方向の光損失を引き起こし、これにより、自己
フォーカスプロセスを介した自己モード固定（自己パル
セーション（self-pulsation）)が誘導されることを発
明者は見出した。自己モード固定は、特に、連続波（Ｃ
Ｗ）出力または誘導された制御パルセーションが所望さ
れる場合に不利になり得る。この問題は、電力動作が高
くなり、メサＲＷＧ構成が狭くなるとさらに深刻にな
る。
【００１１】従って、ＩＳＢレーザ技術では、導波プロ
セスに有意な損失または有意な非線形屈折率を導入しな
い導波路コーティングが求められる。
【００１２】ＩＳＢレーザにおいてＣＷ動作が可能であ
る最大温度を引き上げるために、メサは、（比較的大き
な表面対容量比を確保するために）比較的狭くなければ
ならず、メサコーティングは、メサ側壁を通して効率的
な横方向の熱伝導性を提供しなければならない。しか
し、コーティングが有意な光損失を引き起こすか、光モ
ードを強く閉じ込めることができないか、または熱伝導
性が不十分である場合には、狭いリッジの利点は失われ
てしまうかもしれない。
【００１３】従って、ＩＳＢレーザ技術では、レージン
グのための閾値電流密度を増加させずに、横方向の光閉
じ込めを提供し、メサの側壁を通した効率的な熱伝導を
提供する低損失メサ誘電体コーティングが求められる。
【００１４】最後に、分布帰還（ＤＦＢ）バージョンの
ＩＳＢレーザでは、格子が一旦形成されると、ブラッグ
波長（単一モード放射波長）の微調整は、光モードによ
って浸透された材料の有効な屈折率を介してのみ行われ
得る。温度はこの屈折率に影響を与えるが、デバイスの
温度が適用または他のデバイス関連要因によって一旦設
定されると、有効な屈折率は、側壁コーティングの屈折
率を変更するだけでさらに変更され得る。これは、メサ
が比較的狭い（たとえば、数ミクロメータ）場合に限ら
れる。しかし、上記のように、狭いメサの使用は、頂部
金属電極における光の損失が増加するため妨げられる。
【００１５】したがって、ＤＦＢ ＩＳＢレーザ技術に
おいては、比較的狭いメサ上の低損失コーテイングを介
して中心波長を微調整する能力が必要とされる。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明の１つの態様によ
ると、メサ構造半導体光エミッタは、カルコゲナイド
（ＣＧ）ガラスを含む誘電性コーティングを側壁上に有
する。発明者は、これらの材料が、中間ＩＲ範囲におい
て損失が非常に低く、屈折率が低いため、光閉じ込めを
引き上げることを見出した。これらの材料はまた、静電
気的に強く、比較的厚い層として、著しく歪みを蓄積す
ることなく堆積され得る。
【００１７】さらに、ＣＧガラスは、ＩＳＢ光エミッタ
の製造に用いられる現在の技術と適合する。
【００１８】本発明の例示的な実施形態では、約８μｍ
で動作する１２段階のＧａＩｎＡｓ／ＡｌＩｎＡｓ Ｑ
Ｃレーザは、Ｇｅ０．２５Ｓｅ０．７５ガラスでコーテ
ィングされ、約１３０Ｋから約１７０Ｋの最大ＣＷ動作
温度で３０から４０Ｋの増加を示した。
【００１９】好ましい実施形態では、ＣＧガラスコーテ
ィングは、コーティング上に積層される金属電極への光
放射線の有意な透過を防止し、放射線の有意な導波性を
提供するのに十分な厚さを有する。
【００２０】本発明の他の実施形態では、メサ構造光エ
ミッタは、比較的薄く、高い屈折率を有する第１の層を
メサの側壁上に有し、比較的厚く、低い屈折率を有する
第２のＣＧ層を第１の層上に有し、メサへの光モードの
閉じ込めを向上させる多層コーティングを有する。
【００２１】本発明の他の実施形態では、メサ構造光エ
ミッタは、ブラッグ反射器または等価物（チャープ格子
など）を形成する異なる屈折率を有するＣＧ層を側壁上
に交互に含む多層コーティングを有する。
【００２２】本発明のメサ構造光エミッタのさらに他の
実施形態では、メサの幅は、ブラッグ格子を側壁内に形
成して表面対容量比を増加させ、可能であるならば、基
本縦モードの帰還を向上させるように、長手方向の軸に
沿って調整される。次に、ＣＧコーティングは、格子に
わたって堆積される。
【００２３】本発明は、その様々な特徴および利点とと
もに、添付の図面に関連する以下のさらに詳細な説明か
ら容易に理解することができる。
【００２４】明確および簡単にするため、図面は一律の
縮尺に従って描かれていない。さらに、物理的または光
学的寸法を記載する際、シンボルＡは、オングストロー
ムを示すのに対して、電流を記載する際、シンボルＡ
は、アンペアを示す。
【００２５】
【発明の実施の形態】ここで図１を参照する。ＩＳＢ半
導体光エミッタ／ソース１０は、基板１４および基板１
４の上に成長したエピタキシャル領域１３を有する。エ
ピタキシャル領域は、上部クラッディング領域１７と、
下部クラディング領域として作用する基板１４との間に
挟まれたコア領域１２を有する。コア領域は、それぞれ
が、クラッディング領域の屈折率よりも高い屈折率を有
する一対の領域１２．２および１２．３の間に挟まれた
活性領域１２．１を有する。比較的高い導電率を有する
コンタクト促進層１９は、通常、上部クラッディング領
域１７の頂部に形成されている。エピタキシャル領域１
３は、例として、リッジ導波路レーザ構造に典型的なメ
サまたは台形の形状で形成されている。メサは、活性領
域１２．１の頂部で停止するように浅くエッチングされ
ていてもよいし、またはメサが活性領域に延在するよう
に深くエッチングされていてもよい。メサの使用によっ
て、有意な光および電流の閉じ込めが有利に提供され、
これによって、レーザとして機能する際にデバイスは比
較的低い閾値電流で動作することが可能になる。電気的
絶縁性の低光学吸収領域１６は、デバイスの頂部にわた
って、メサの側壁に沿って形成されている。低光学吸収
領域１６は、メサの頂部の一部を露出する開口部を形成
するようにパターン化されている。第１の電極１８は、
コンタクト促進層１９の露出部に接触するように絶縁領
域１６にわたって開口部内に形成され、第２の電極２２
は、基板１４の底部に形成されている。
【００２６】あるいは、上部クラッディング領域を、Si
rtoriら、Optics Lett.、２３巻１７号、１３６６〜１
３６８頁（１９９８年９月）（本明細書ではこの文献を
参考のために援用する）によって記載されるように、表
面プラズモン導波路構造に置き換えてもよい。同様に、
基板から分離した下部クラッディング領域を基板と活性
領域との間に形成してもよい。
【００２７】例示的には、このタイプの光エミッタは、
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体、たとえば、ＧａＩｎＡｓ／
ＡｌＩｎＡｓ、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓなどから製造さ
れる。
【００２８】駆動回路（図示せず）は、電極にわたって
結合され、外部電圧バイアスを提供し、光を発生させる
のに十分な大きさのポンピングエネルギー（たとえば、
電流）をデバイスに供給する。エミッタは、非干渉性自
発放射源（ＬＥＤに類似した）として動作するか、また
は干渉性誘導放射源として動作する。後者の場合、光学
帰還が設けられていると、放射源は、レーザとして機能
し得る。適切な光学帰還は、たとえば、劈開結晶端面、
分布帰還（ＤＦＢ）格子、分布ブラッグ反射器（ＤＢ
Ｒ）またはこれらの組み合わせによって形成される光学
空洞共振器によって通常提供される。
【００２９】本発明による自発放射源の設計によって
は、特に、デバイスの動作波長で光を吸収する場合には
クラッディング領域を省略してもよい。
【００３０】用語ＩＳＢ活性領域は、C.Gmachlら、App
l.Phys.Lett.、７３巻２６号、３３８０〜３３８２頁
（１９９８年１２月）による論文（本明細書では参考の
ために援用する）に記載されているタイプの単一ステー
ジ非カスケードデバイスを含む。この用語はまた、F.Ca
passoら、Solid State Communications、１０２巻２〜
３号、２３１〜２３６頁（１９９７年）およびJ.Faist
ら、Science、２６４巻５５３〜５５６号（１９９４
年）（本明細書では参考のために援用する）に記載され
ているタイプの多段階カスケードデバイス、すなわち、
多数の実質的に同じ放射遷移（ＲＴ）領域およびＲＴ領
域でインターリーブされた多数の注入／緩和（Ｉ／Ｒ）
領域を含む。ＲＴ領域は、Ｉ／Ｒ領域だけでなく、バリ
ア領域でインターリーブされた量子井戸領域を含み、そ
れぞれ多数の半導体層を含む。各Ｉ／Ｒ領域の層の少な
くともいくつかはドーピングされるが、いずれにせよ、
ＲＴ領域だけでなくＩ／Ｒ領域は単極である。さらに、
用語ＩＳＢ活性領域は、垂直レージング遷移だけでなく
斜めレージング遷移を共に含むように意図されている。
斜め遷移には、上部レーザエネルギーレベルと下部レー
ザエネルギーレベルとの間の放射遷移、またはこれらの
レベルに対応する波動関数が同じＲＴ領域の異なる量子
井戸内で実質的に集中する状態が含まれる。また米国特
許第５、４５７、７０９号も参照のこと。本明細書で
は、この文献を参考のために援用する。他方、垂直遷移
の場合、励起および低エネルギー状態は共に、実質的
に、単一のＲＴ領域の同じ量子井戸に存在する。米国特
許第５、５０９、０２５号を参照のこと。本明細書で
は、この文献を参考のために援用する。両タイプのレー
ジング遷移についてはまた、F.Capassoら（上述）によ
る文献にも記載されている。‘０２５特許だけでなくこ
の文献もまた、垂直遷移ＱＣレーザのＩ／Ｒ領域がミニ
帯域およびミニ帯域間のミニギャップを含み、励起状態
における電子に効果的なブラッグ反射器を形成し、低状
態からの電子の迅速な逃げを確実にすることを指摘して
いる。
【００３１】本発明はまた、中間ＩＲ範囲の波長でも動
作する周知のタイプＩＩＱＣレーザに適用可能である。
【００３２】さらに、源は、上記の文献にあるように、
単一の中心波長で動作するように設計されていてもよい
し、または、たとえばA.Tredicucciら、Nature、３９６
巻、３５０〜３５３号（１９９８年１１月）（本明細書
では参考のために援用する）によって記載されているよ
うに多重波長で動作してもよい。動作波長は、通常、活
性領域の特定の設計に応じて、約３から１９μｍの範囲
である。
【００３３】超格子（ＳＬ）レーザとして知られている
さらに他のＩＳＢレーザもまた、本発明の実施から利益
を受けることができる。ＳＬレーザでは、レーザレベル
の波動関数は、各ＲＴ領域内の多数の量子井戸にわたっ
て広がる。レーザ動作は、ミニ帯域間トンネリングによ
る単極注入によって成し遂げられる。G.Scamarcioら、S
cience、２７６巻、７７３から７７６頁（１９９７年５
月）を参照のこと。本明細書では、この文献を参考のた
めに援用する。予めバイアスされたＳＬは、本発明に含
まれる他のタイプのＩＳＢレーザである。A.Tredicucci
ら、Appl.Phys.Lett.、７３巻１５号、３１０１〜３１
０３頁（１９９８年１０月）を参照のこと。本明細書で
は、この文献を参考のために援用する。
【００３４】本発明の１つの態様によると、電気的に絶
縁性の低光学吸収領域１６は、カルコゲナイドガラス、
すなわち、ＶＩ属元素（Ｓ、ＳｅまたはＴｅ）を含む
が、有意な量の酸素を含まない非晶質半導体化合物を含
む。この領域は、カルコゲナイドガラスの単一層であっ
ても、少なくとも１つがカルコゲナイドガラスである多
層を含んでいてもよい。
【００３５】カルコゲナイドガラスの魅力的な特性とし
ては、中間ＩＲ範囲において低い吸収率を有し、応力／
歪みを比較的含まない比較的厚い層を製造する能力を有
する。厚い誘電体層は、高い絶縁耐力を発生し、これに
よって、特にレーザとしてのエミッタ／ソース１０の高
電力／高温動作が可能になる。さらに、これらのガラス
は、導波プロセスに損失を導入しないため、これらのガ
ラスを用いたＩＳＢレーザは、自己モード固定を示さな
い。さらに、レーザでは、カルコゲナイドガラス層は、
レージングのための閾値電流密度を増加させずに光閉じ
込めを提供し、メサの側壁を通した効率的な熱伝導を提
供する。
【００３６】これらの特性によって、１７０ＫでＱＣレ
ーザのＣＷ動作を成し遂げることが可能となった。これ
は、同等の活性領域設計および実装技術を用いる従来技
術において報告されている最良の結果よりも３０から４
０Ｋ高い。以下、このレーザについて、さらに詳細に説
明する。
【００３７】カルコゲナイドガラスの低損失の性質はま
た、本発明の他の態様をもたらす。すなわち、比較的狭
いメサ（たとえば、導波路コアの中心で測定すると３か
ら５μｍ）を有するＩＳＢメサ構造レーザを設計するこ
とが可能である。この特徴は３つの利点を有する。
（１）第１に、メサの表面対容量比を増加させることが
でき、これにより、活性領域からの熱の除去が向上し、
より高い温度でのＣＷ動作が可能になる。（２）第２
に、格子がコアまたは導波路の上面に形成された後で
も、ＤＦＢ ＩＳＢメサ構造レーザを調整することが可
能である。このようなレーザでは、動作波長は、約２ｎ
ｅｆｆＬｇによって与えられる。ここで、ｎｅｆ ｆは、
導波路の有効屈折率であり、Ｌｇは、格子周期である。
したがって、調整は、これらの２つのパラメータのいず
れかまたは両方を変更する能力に依存する。しかし、従
来の設計では、格子が一旦配置されると、実際問題とし
て、Ｌｇをかなり変更するために何もできない。ｎ
ｅｆｆについては、光の場が誘電体材料を認識するのに
十分に狭い場合には、従来技術で用いられている絶縁層
１６用の酸化／窒化珪素誘電体は、ｎｅｆｆを変更する
であろう。しかし、メサが、この効果を十分に利用する
ために十分薄く形成されている場合には、レージング閾
値は、かなり増加するであろう。なぜなら、酸化／窒化
珪素誘電体は、非常に損失性の大きい金属層に覆われ
（また、これ自体、約８．５〜１０．５μｍの波長範囲
で損失性が大きい）。これに対して、本発明で用いるカ
ルコゲナイドガラスは、損失が比較的低いため、狭いメ
サの使用を可能にし、これによって、導波路の有効屈折
率にカルコゲナイドの屈折率を導入することによって、
ｎｅｆｆの微調整を可能にする。（３）第３に、狭いメ
サ、およびこれに対応する狭い導波路は、さらに高次の
横向き光モードのためのより低い光学利得を生じる（こ
れらを共に妨げ得る）。このこと自体は、基本横方向モ
ード動作にとって有利である。
【００３８】たとえば、ガラスはＧｅｘＳｅ１−ｘ（こ
こで、ほぼｘ≦０．４）などの二元化合物を含む。ｘ＞
０．４の場合、Ｇｅは、合体する傾向があり、ガラス
は、均質性をなすのがより困難になる。たとえば、発明
者は、Ｇｅ０．２５Ｓｅ０．７ ５が適切なガラス層であ
ることを見出した。あるいは、約８μｍ未満の動作波長
では、ガラスはＡｓｘＳ１−ｘ（ここで、ｘは約０．４
である）を含み得る。市販の代替物は、ＧｅｘＡｓｙＳ
ｅ１−ｘ−ｙ（ここで、ｘは約０．３３およびｙは約
０．１２である）およびＧｅｘＳｂｙＳｅ
１−ｘ−ｙ（ここで、ｘは約０．２８およびｙは約０．
１２である）などの三元化合物を含む。
【００３９】カルコゲナイドガラス層の厚さは、主に、
動作波長（波長が短くなると、より薄い層を用いること
が可能になる）、メサの幅（メサの幅が小さくなると、
より厚い層が必要となる）、およびガラス層の屈折率
（屈折率が低いと、より厚い層を用いることが可能にな
る）に依存する。たとえば、ガラス層は、約８μｍの波
長で放射線を生成し、約８μｍのメサ幅を有するＩＳＢ
レーザに対して約３から４μｍの厚さである。好ましく
は、ＣＧ層は、損失性の大きい上部に位置する金属電極
への光放射線の有意な浸透を防止し、放射線の有意な導
波性を提供するのに十分厚くなっている。理論的には、
カルコゲナイドガラス層は、メサによって形成される谷
部を埋め、金属層は、メサの頂部で実質的に平坦とな
る。しかし、この設計により、厚いガラス層をパターン
化する（すなわちメサの頂部でのストライプ構造コンタ
クトのためのウィンドウを形成する）ことがより困難に
なる。
【００４０】カルコゲナイドガラス層は、いくつかの異
なる製造技術によって堆積され得る。したがって、発明
者は、パルスレーザアブレーション（ＰＬＡ）をうまく
用いてきた。これは、一般に、Pulsed Laser Depositio
n of Thin Films、ed.D.B.Chriseyら、John Wiley&Son
s、New York（１９９４年）に記載されている。本明細
書では、この文献を参考のために援用する。カルコゲナ
イドを堆積させるためにＰＬＡを用いることについて
は、特に、K.E.Youdenら、Appl.Phys.Lett.、６３巻１
２号、１６０１〜１６０３頁（１９９３年）に記載され
ている。本明細書では、この文献を参考のために援用す
る。好ましくは、ガラス層は、より高い温度で堆積さ
れ、その後室温に冷却される場合に蓄積されやすい応力
／歪みを低減させるために室温で堆積される。しかし、
室温よりも高い温度での堆積が所望される場合、ガラス
層中の応力／歪みの大半は、おそらく、迅速な熱アニー
リング（ＲＴＡ）の周知の技術によって低減され得る。
【００４１】他の堆積技術としては、ガラスの予め混合
された構成要素を含む単一のソースターゲットからのス
パッタリングまたは個々の構成要素が別個のるつぼに配
置される多重ポケットソースからの蒸発が挙げられる。
スパッタリングされたカルコゲナイドガラス層について
は、S.Ramanchandranら、Appl.Phys.Lett.、７４巻１
号、１３〜１５頁（１９９９年）によって記載されてい
る。本明細書では、この文献を参考のために援用する。
【００４２】電極１８は、カルコゲナイドガラス層１６
上に堆積されるので、ガラスに対する接着性が良好な金
属で形成されるべきである。ＧｅＳｅガラス上では、Ｃ
ｒだけでなくＴｉ／Ａｕを用いたが、前者の方が好まし
い。
【００４３】図２は、光閉じ込めを向上させる本発明の
他の実施形態を示す。この場合、絶縁領域１６’は、少
なくとも１つのカルコゲナイド層を含む多層構造であ
る。例えば、領域１６’は、メサ上に形成された、比較
的薄く屈折率の高い層１６．１、および層１６．１上に
形成された比較的厚く屈折率の低いＣＧ層１６．２を有
する。一般に、メサの有効屈折率は、層１６．１の屈折
率と、層１６．２の屈折率との間であり、層１６．１の
屈折率は、層１６．２の屈折率よりも高い。内部層１
６．１は、カルコゲナイドガラスである必要はなく、例
えば、Ｇｅ層であってもよい。電極１８は、層１６．２
上に形成されている。
【００４４】図３は、光閉じ込めを向上させるための他
の実施形態を示す。ここで、絶縁領域１６”は、ブラッ
グ反射器、すなわち、２つの異なるカルコゲナイドガラ
ス層（２つの異なる屈折率を有する）が交互に形成され
た多層構造を有する。これらの屈折率および厚さは、周
知のブラッグ条件またはそれと同等の条件（たとえば、
周知のチャープ格子の条件）を満足する。
【００４５】図４は、メサの表面対容量比を増加させ、
それによって、活性領域からの熱の抽出を向上させるた
めのさらに他の実施形態を示す。この場合、レーザは上
面から示され、メサの側壁は、光伝播軸３０に沿って波
形になっている。この波形は、軸３０と交差する方向
に、実質的には、メサの層の面内でメサの幅を調整する
適切なエッチング技術によって形成される。この波形に
よって散乱損失が望ましくないほど増加する場合には、
波形は、レーザの中心波長と一致したブラッグ周期を用
いて形成することができる。特に、波形は、Ｍλｇ／２
ｎｅｆｆによって与えられる周期で形成される。ここ
で、λｇは、レーザが最大利得を有する波長であり、ｎ
ｅｆｆは、導波路の有効屈折率であり、Ｍは、ゼロでな
い正の整数である。この設計はまた、本発明による自発
放射デバイスにも適用できる。
【００４６】
【実施例】本実施例は、本発明の１つの実施形態による
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体ＱＣレーザについて記載して
いる。様々な材料、寸法、および動作条件は、例示のみ
を目的として提供され、特別な記載のない限り、本発明
の範囲を限定するものではない。
【００４７】本実験において用いたＱＣレーザの基本設
計は、図１に示され、C.Gmachlら、IEEE J.Selected To
pics in Quantum Electron.、５巻３号、８０８〜８１
６頁（１９９９年）によって記載されている。本明細書
では、この文献を参考のために援用する。特定の設計で
は、コア領域は１２段階を含み、活性領域は３つの量子
井戸を含んでいた。この井戸では、レージング放射は、
約８μｍの中心波長において垂直遷移であった。メサ
は、幅が８μｍであり、長さが約２．７ｍｍであった。
動作電圧は、約３．５Ｖであった。
【００４８】カルコゲナイドガラス層１６は、厚さが約
３．５μｍのＧｅ０．２５Ｓｅ０。 ７５層を含んでい
た。カルコゲナイド層１６を、以下の特性：２４８ｎｍ
の波長、１０Ｈｚの繰返し率、および約２〜４Ｊ／ｃｍ
２のエネルギー密度を有するパルスを生成するＫｒＦエ
キシマレーザを用いて、ＰＬＡによって堆積させた。試
料を室温で配置し、ピーク堆積率は１０分当たり１μｍ
であった。
【００４９】発明者のレーザによって示される最良のＣ
Ｗ動作温度は、約１７０Ｋであり、これは、薄い窒化珪
素（または二酸化珪素）の層および従来の基板側ダウン
（substrate-side-down）実装技術を用いた従来のＱＣ
レーザよりも３０から４０Ｋ高かった。しかし、C.Gmac
hlら、IEEE J.Photon.Tech.Lett.、１１巻１１号、１３
６９〜１３７１頁（１９９９年）、および１９９９年１
１月２４日に提出され、その譲受人に譲渡された同時係
属特許出願第０９／４４８、９２９号におけるJ.N.Bail
largeonらによって記載されているｅｐｉ側ダウン（epi
-side down）実装技術を用いると、動作温度のさらなる
増加が成し遂げられると発明者は予想する。本明細書で
は、これらの文献を参考のために援用する。
【００５０】３つの異なる動作温度（１５０Ｋ、１６０
Ｋ、および１７０Ｋ）においてこのレーザに対して得ら
れるスペクトルを図５ａに示す。
【００５１】発明者のレーザの他の利点は、レージング
の閾値を低下させたことであり、これを図５ｂに示す。
Ｉ−Ｖ曲線は、発明者のレーザが、低温度、約２．６ｋ
Ａ／ｃｍ２のパルス閾値電流密度を有し、IEEE J.Selec
ted Topics in Quantum Electron.（上述）によって記
載されるレーザの３ｋＡ／ｃｍ２閾値を超える明確な向
上を示したことを示している。
【００５２】図６は、本発明の他の実施例による１００
段階パルスＱＣレーザの低温Ｉ−Ｖおよび光強度特性を
示す。このレーザは、厚さが約５μｍのＧｅ０．２５Ｓ
ｅ０ ．７５ガラス層で覆われた幅が約５μｍの狭いメサ
を有していた。あるいは、この設計は、IEEE J.Selecte
d Topics in Quantum Electron.におけるC.Gmachlら
（上述）によって記載されるものと実質的に同じであっ
た。段階の数を多くすることによって、１８Ｖの動作電
圧となり、これは、高い光強度が所望される場合でも受
け入れ可能である。事実、図６（破線）は、約１．６Ｗ
／Ａの平均ピークスロープ効率および約２Ｗ／Ａの最大
ピークスロープ効率をパルス動作において示している。
後者は、非常に魅力的であり、低損失波長、多数の段
階、および有効な電流閉じ込めの組み合わせの結果であ
る。カルコゲナイドガラス層の使用は、波長の低損失に
大いに関与し、狭いメサの使用を可能にし、これによっ
て、有効な電流閉じ込めが提供された。
【００５３】上記の配置は、本発明の原理の応用を示す
ために考案され得るできるだけ多くの特定の実施形態を
単に例示するものであることを理解されたい。多数の様
々な他の配置は、本発明の趣旨および範囲から逸脱せず
に当業者によりこれらの原理に従って考えられ得る。
【００５４】
【発明の効果】上記のように、本発明によると、ＩＳＢ
レーザ技術において、中間ＩＲ範囲で低い吸収率を有
し、高電力／高温の動作を可能にする高い絶縁耐力を有
する誘電体材料、導波プロセスに有意な損失または有意
な非線形屈折率を導入しない導波路コーティング、およ
びレージングのための閾値電流密度を増加させずに、横
方向の光閉じ込めを提供し、メサの側壁を通した効率的
な熱伝導を提供する低損失メサ誘電体コーティングが提
供される。さらに、ＤＦＢ ＩＳＢレーザ技術におい
て、比較的狭いメサ上の低損失コーテイングを介して中
心波長を微調整する能力が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】メサの側壁に形成された単一のＣＧ層の使用を
例示する、本発明の１つの実施形態によるメサ構造光エ
ミッタの概略断面図。
【図２】メサの側壁に形成された多層ＣＧ構造の使用を
例示する、本発明の１つの実施形態によるメサ構造光エ
ミッタの概略断面図。
【図３】メサの側壁に形成されたＣＧブラッグ反射器の
使用を例示する、本発明の１つの実施形態によるメサ構
造光エミッタの概略断面図。
【図４】ブラッグ反射器が、メサの幅を長軸に沿って調
整することによって形成される、本発明の１つの実施形
態によるメサ構造光エミッタの概略上面図。
【図５ａ】レーザが１５０Ｋ、１６０Ｋおよび１７０Ｋ
のＣＷで動作する、本発明の１つの実施例によるＱＣレ
ーザの３つのスペクトルを示す図。
【図５ｂ】図５ａを参照しながら記載したのと同じレー
ザのＩ−Ｖ特性および光強度対電流特性を示すグラフ。
【図６】パルス低温モードで動作するＱＣレーザののＩ
−Ｖ特性、ピーク光強度特性、およびスロープ効率を示
すグラフ。
【符号の説明】
１０ ＩＳＢ半導体光エミッタ／ソース １２ コア領域 １２．１ 活性領域 １２．２、 １２．３ 一対の領域 １３ エピタキシャル領域 １４ 基板 １６ 低光学吸収領域 １７ 上部クラッディング領域 １８ 第１の電極 １９ コンタクト促進層 ２２ 第２の電極
フロントページの続き (72)発明者 フェデリコ カパッソ アメリカ合衆国 07090 ニュージャーシ ィ，ウエストフィールド，ウエストブルッ ク ロード 42 (72)発明者 アルフレッド イー チョー アメリカ合衆国 07901 ニュージャーシ ィ，サミット，ケネス コート 11 (72)発明者 クレア エフ．グマクル アメリカ合衆国 07974 ニュージャーシ ィ，ニュー プロヴィデンス，スプリング フィールド アヴェニュー 1170 (72)発明者 アルバート リー ハッチンソン アメリカ合衆国 08854 ニュージャーシ ィ，ピスカタウェイ，リヴァー ロード 1359 (72)発明者 ハロルド ユーンサング ワング アメリカ合衆国 07030 ニュージャーシ ィ，ホボークン，ニューアーク ストリー ト 300，アパートメント ３エフ (72)発明者 ロベルト パイエラ アメリカ合衆国 07078 ニュージャーシ ィ，ショート ヒルズ，モリス ターンパ イク 806，アパートメント ２エー６ (72)発明者 アーサー マイク サージェント アメリカ合衆国 07974 ニュージャーシ ィ，ニュー プロヴィデンス，スタンレー ロード 16 (72)発明者 デボラ リー シヴコ アメリカ合衆国 07059 ニュージャーシ ィ，ワレン，プレーンフィールド アヴェ ニュー 16 (72)発明者 アレサンドロ トレディクッチ イタリア国 １−16043 チアヴァーリ, ヴィア アール．オーシ 41／22 Ｆターム(参考） 5F073 AA11 AA64 AA72 AA74 CA05 CA07 CB11 EA08

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 メサ構造半導体光エミッタであって、 活性領域が適切にポンピングされたときに光放射線がそ
    れに沿って伝播する長手方向の軸を有する当該活性領域
    と、 該活性領域に境を接する上部および下部クラッディング
    領域を有し、 前記エミッタは、前記軸に沿って延び、かつ少なくとも
    前記上部クラッディング領域および前記活性領域を通っ
    て延在する細長いメサを有し、さらに、 前記メサの側壁に積層される誘電体コーティングと、 前記誘電体コーティングに積層される金属層とを有し、
    前記コーティングはカルコゲナイドガラスを含むことを
    特徴とするメサ構造半導体光エミッタ。
  2. 【請求項２】 前記コーティングは、複数のカルコゲナ
    イドガラス層を含む請求項１に記載のメサ構造半導体光
    エミッタ。
  3. 【請求項３】 前記コーティングは、比較的薄く、高い
    屈折率を有する第１の誘電体層を前記側壁上に有し、比
    較的厚く、低い屈折率を有するカルコゲナイドガラスの
    第２の層を前記第１の層の上に有する請求項２に記載の
    メサ構造半導体光エミッタ。
  4. 【請求項４】 前記第１の層はカルコゲナイドガラス層
    も含む請求項３に記載のメサ構造半導体光エミッタ。
  5. 【請求項５】 前記コーティングは、ブラッグ反射器を
    形成するように、異なる屈折率を有するカルコゲナイド
    ガラス材料の複数の層を交互に含む請求項２に記載のメ
    サ構造半導体光エミッタ。
  6. 【請求項６】 前記ガラス層は、ＧｅｘＳｅ１−ｘ、Ａ
    ｓｘＳ１−ｘ、Ｇｅ ｘＡｓｙＳｅ１−ｘ−ｙおよびＧｅ
    ｘＳｂｙＳｅ１−ｘ−ｙからなる群から選択される材料
    を含む請求項１に記載のメサ構造半導体光エミッタ。
  7. 【請求項７】 前記カルコゲナイドガラスは、ｘが約
    ０．４未満であるＧｅ ｘＳｅ１−ｘを含む請求項６に記
    載のメサ構造半導体エミッタ。
  8. 【請求項８】 前記メサの幅は、ブラッグ反射器を形成
    するように前記軸に沿って調整される請求項１に記載の
    メサ構造半導体エミッタ。
  9. 【請求項９】 前記光エミッタは、約３から１９μｍの
    中間ＩＲ範囲における中心波長で動作するレーザである
    請求項１に記載のメサ構造半導体エミッタ。
  10. 【請求項１０】 前記メサは、約３から５μｍの幅を有
    する請求項９に記載のメサ構造半導体エミッタ。
  11. 【請求項１１】 前記レーザは、ＩＳＢレーザを含む請
    求項９に記載のメサ構造半導体エミッタ。
  12. 【請求項１２】 前記レーザは、ＱＣレーザを含む請求
    項１１に記載のメサ構造半導体エミッタ。
  13. 【請求項１３】 前記カルコゲナイドガラスコーティン
    グは、前記金属層への前記放射線の有意な浸透を防止
    し、前記放射線の有意な導波性を提供するのに十分な厚
    さを有する請求項１に記載のメサ構造半導体エミッタ。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012151291A (ja) * 2011-01-19 2012-08-09 Toshiba Corp 半導体発光装置およびその製造方法
JP2013038092A (ja) * 2011-08-03 2013-02-21 Toshiba Corp 半導体レーザ装置
JP2014170825A (ja) * 2013-03-04 2014-09-18 Sumitomo Electric Ind Ltd 量子カスケード半導体レーザ
JP2014220538A (ja) * 2014-08-27 2014-11-20 株式会社東芝 半導体レーザ装置
JP2015228494A (ja) * 2014-05-05 2015-12-17 ナノプラス ナノシステムズ アンド テクノロジーズ ゲーエムベーハーｎａｎｏｐｌｕｓ Ｎａｎｏｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ＧｍｂＨ 半導体レーザ、および帰還素子を含む半導体レーザの製造方法
JP2018518053A (ja) * 2015-06-05 2018-07-05 ザ ガバメント オブ ザ ユナイテッド ステイツ オブ アメリカ，アズ リプレゼンテッド バイ ザ セクレタリー オブ ザ ネイビー 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

Families Citing this family (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1130724A1 (fr) * 2000-03-03 2001-09-05 Alpes Lasers Laser à cascade quantique et procédé pour la fabrication d'un tel laser
US20020097471A1 (en) * 2001-01-22 2002-07-25 Bethea Clyde George Data transmission via direct modulation of a mid-IR laser
US6728282B2 (en) * 2001-06-18 2004-04-27 Lucent Technologies Inc. Engineering the gain/loss profile of intersubband optical devices having heterogeneous cascades
KR100446615B1 (ko) * 2001-10-09 2004-09-04 삼성전자주식회사 반도체 레이저 다이오드 및 그 제조방법
GB2385462A (en) * 2002-02-15 2003-08-20 Denselight Semiconductors Pte A semiconductor laser structure
JP3878868B2 (ja) 2002-03-01 2007-02-07 シャープ株式会社 ＧａＮ系レーザ素子
US7103080B2 (en) * 2002-03-04 2006-09-05 Quintessence Photonics Corp. Laser diode with a low absorption diode junction
US6798815B2 (en) * 2002-04-24 2004-09-28 Bookham Technology Plc High power semiconductor laser diode and method for making such a diode
JP4317357B2 (ja) * 2002-11-18 2009-08-19 シャープ株式会社 半導体レーザ素子およびその製造方法
US7199398B2 (en) * 2002-11-20 2007-04-03 Sharp Kabushiki Kaisha Nitride semiconductor light emitting device having electrode electrically separated into at least two regions
US7010010B2 (en) 2003-06-19 2006-03-07 Lucent Technologies, Inc. Broadband cascade light emitters
DE102006013442A1 (de) 2006-03-17 2007-09-20 Humboldt-Universität Zu Berlin Halbleiterlaser und Verfahren zu seiner Herstellung
US7885306B2 (en) * 2006-06-30 2011-02-08 Osram Opto Semiconductors Gmbh Edge-emitting semiconductor laser chip
US7561770B2 (en) * 2007-07-30 2009-07-14 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Microresonator systems and methods of fabricating the same
DE102008045980A1 (de) * 2008-09-05 2010-06-10 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Testverfahren zur On-Wafer-Charakterisierung von langwelligen Halbleiterlasern
US8031518B2 (en) * 2009-06-08 2011-10-04 Micron Technology, Inc. Methods, structures, and devices for reducing operational energy in phase change memory
US8023546B2 (en) * 2009-09-22 2011-09-20 Palo Alto Research Center Incorporated Semiconductor laser with integrated contact and waveguide
WO2011100141A2 (en) * 2010-02-09 2011-08-18 Silberline Manufacturing Company, Inc. Black metallic effect pigments
JP5174064B2 (ja) * 2010-03-09 2013-04-03 株式会社東芝 半導体発光装置および半導体発光装置の製造方法
KR101142965B1 (ko) * 2010-09-24 2012-05-08 서울반도체 주식회사 웨이퍼 레벨 발광 다이오드 패키지 및 그것을 제조하는 방법
US9070851B2 (en) 2010-09-24 2015-06-30 Seoul Semiconductor Co., Ltd. Wafer-level light emitting diode package and method of fabricating the same
JP2013149665A (ja) * 2012-01-17 2013-08-01 Sumitomo Electric Ind Ltd 量子カスケード半導体レーザ
US9088126B2 (en) 2013-10-17 2015-07-21 The Trustees Of Princeton University Single-mode quantum cascade lasers with enhanced tuning range
JP2017537481A (ja) * 2014-12-03 2017-12-14 アルプ レイザーズ ソシエテ アノニムＡｌｐｅｓ Ｌａｓｅｒｓ Ｓ．Ａ． 電流ブロック層を有する量子カスケードレーザ
CN106170690A (zh) 2015-03-18 2016-11-30 株式会社东芝 呼气分析装置
CN205944139U (zh) 2016-03-30 2017-02-08 首尔伟傲世有限公司 紫外线发光二极管封装件以及包含此的发光二极管模块
WO2018213734A1 (en) * 2017-05-19 2018-11-22 The Regents Of The University Of California Unipolar light devices integrated with foreign substrates and methods of fabrication
DE102019102499A1 (de) * 2019-01-31 2020-08-06 Forschungsverbund Berlin E.V. Vorrichtung zur Erzeugung von Laserstrahlung
CN112688168B (zh) * 2020-12-24 2022-10-11 厦门三安光电有限公司 激光二极管及其制备方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62199085A (ja) * 1986-02-27 1987-09-02 Omron Tateisi Electronics Co 半導体レ−ザ
JPH04192484A (ja) * 1990-11-26 1992-07-10 Mitsubishi Electric Corp 半導体レーザ装置の製造方法
JPH0585769A (ja) * 1991-09-25 1993-04-06 Hoya Corp 赤外線透過用材料
JPH06321571A (ja) * 1993-05-17 1994-11-22 Matsushita Electric Ind Co Ltd 赤外光透過ガラスファイバーの製造法
JPH0750448A (ja) * 1993-08-04 1995-02-21 Matsushita Electric Ind Co Ltd 半導体レーザおよびその製造方法
JPH08245241A (ja) * 1995-03-06 1996-09-24 Nippon Sheet Glass Co Ltd カルコゲナイドガラスファイバ
JPH08325032A (ja) * 1995-05-29 1996-12-10 Hoya Corp カルコゲナイドガラスファイバー
JP2000101201A (ja) * 1998-09-23 2000-04-07 Lucent Technol Inc プレバイアスされた内部電子ポテンシャルを有する量子カスケ―ド光エミッタ

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4230997A (en) * 1979-01-29 1980-10-28 Bell Telephone Laboratories, Incorporated Buried double heterostructure laser device
JPS609187A (ja) * 1983-06-29 1985-01-18 Fujitsu Ltd 半導体発光装置
JPS6041280A (ja) * 1984-07-20 1985-03-04 Hitachi Ltd 半導体レ−ザ
JPS63153882A (ja) * 1986-12-17 1988-06-27 Matsushita Electric Ind Co Ltd 半導体レ−ザ装置
US4920078A (en) * 1989-06-02 1990-04-24 Bell Communications Research, Inc. Arsenic sulfide surface passivation of III-V semiconductors
US5457709A (en) 1994-04-04 1995-10-10 At&T Ipm Corp. Unipolar semiconductor laser
US5509025A (en) 1994-04-04 1996-04-16 At&T Corp. Unipolar semiconductor laser
JPH07321406A (ja) * 1994-05-30 1995-12-08 Furukawa Electric Co Ltd:The 半導体レーザ装置
JPH10173285A (ja) 1996-12-09 1998-06-26 Pioneer Electron Corp 分布帰還型半導体レーザ素子及びその製造方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62199085A (ja) * 1986-02-27 1987-09-02 Omron Tateisi Electronics Co 半導体レ−ザ
JPH04192484A (ja) * 1990-11-26 1992-07-10 Mitsubishi Electric Corp 半導体レーザ装置の製造方法
JPH0585769A (ja) * 1991-09-25 1993-04-06 Hoya Corp 赤外線透過用材料
JPH06321571A (ja) * 1993-05-17 1994-11-22 Matsushita Electric Ind Co Ltd 赤外光透過ガラスファイバーの製造法
JPH0750448A (ja) * 1993-08-04 1995-02-21 Matsushita Electric Ind Co Ltd 半導体レーザおよびその製造方法
JPH08245241A (ja) * 1995-03-06 1996-09-24 Nippon Sheet Glass Co Ltd カルコゲナイドガラスファイバ
JPH08325032A (ja) * 1995-05-29 1996-12-10 Hoya Corp カルコゲナイドガラスファイバー
JP2000101201A (ja) * 1998-09-23 2000-04-07 Lucent Technol Inc プレバイアスされた内部電子ポテンシャルを有する量子カスケ―ド光エミッタ

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012151291A (ja) * 2011-01-19 2012-08-09 Toshiba Corp 半導体発光装置およびその製造方法
US8759812B2 (en) 2011-01-19 2014-06-24 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor light emitting device and method for manufacturing same
US8993999B2 (en) 2011-01-19 2015-03-31 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor light emitting device and method for manufacturing same
US9077154B2 (en) 2011-01-19 2015-07-07 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor light emitting device and method for manufacturing same
JP2013038092A (ja) * 2011-08-03 2013-02-21 Toshiba Corp 半導体レーザ装置
US9407065B2 (en) 2011-08-03 2016-08-02 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor laser
JP2014170825A (ja) * 2013-03-04 2014-09-18 Sumitomo Electric Ind Ltd 量子カスケード半導体レーザ
JP2015228494A (ja) * 2014-05-05 2015-12-17 ナノプラス ナノシステムズ アンド テクノロジーズ ゲーエムベーハーｎａｎｏｐｌｕｓ Ｎａｎｏｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ＧｍｂＨ 半導体レーザ、および帰還素子を含む半導体レーザの製造方法
JP2014220538A (ja) * 2014-08-27 2014-11-20 株式会社東芝 半導体レーザ装置
JP2018518053A (ja) * 2015-06-05 2018-07-05 ザ ガバメント オブ ザ ユナイテッド ステイツ オブ アメリカ，アズ リプレゼンテッド バイ ザ セクレタリー オブ ザ ネイビー 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

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