JP2010238711A - Quantum-cascade laser - Google Patents

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Yuuki Niiyama
勇樹 新山
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a quantum-cascade laser having a short wavelength, a narrow beam width, and less restriction of material, and capable of performing ultrafast modulation. <P>SOLUTION: The quantum-cascade laser includes an active layer in which a multiquantum well 12 and a semiconductor intermediate layer 14 are alternately laminated. A carrier passing through a miniband included in a conductive band of a first multiquantum well comes into collision with a minigap 13 having an energy level higher than that of a barrier layer of a second multiquantum well arranged at the side lower than the first multiquantum well to transit to the minigap included in the conductive band of the second multiquantum well for light emission. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、量子カスケードレーザに関し、更に詳しくは、量子井戸構造を有し且つミニバンド間のキャリアの遷移を利用した量子カスケードレーザに関する。   The present invention relates to a quantum cascade laser, and more particularly to a quantum cascade laser having a quantum well structure and utilizing transition of carriers between minibands.

従来、発振波長が3μmを超える赤外線領域の半導体レーザ素子は、室温よりも冷却しなければ、発振しなかった。1994年に、赤外線領域の半導体レーザとして、発振波長が4μm以上で、量子井戸の伝導帯内におけるサブバンド間遷移を用いた量子カスケードレーザ素子が発表された(非特許文献1)。その後、発振波長が4μm以上で130μm(2.31テラヘルツ(THz))までの量子カスケードレーザが発表されている。   Conventionally, a semiconductor laser element in an infrared region having an oscillation wavelength exceeding 3 μm did not oscillate unless cooled below room temperature. In 1994, as a semiconductor laser in the infrared region, a quantum cascade laser element having an oscillation wavelength of 4 μm or more and using intersubband transition in the conduction band of a quantum well was announced (Non-patent Document 1). Thereafter, quantum cascade lasers having an oscillation wavelength of 4 μm or more and 130 μm (2.31 terahertz (THz)) have been announced.

通常の半導体レーザは、伝導帯の電子が禁制帯内を遷移し、価電子帯の正孔と結合することにより光が放出され、共振によりレーザ発振する。量子カスケードレーザは、伝導帯内の電子のみ、又は、価電子帯内の正孔のみが、伝導帯内のサブバンド間を遷移することにより、光が放出され、共振によりレーザ発振する。電子又は正孔のみのデバイス動作のため、量子カスケードレーザはユニポーラデバイスに分類される。   In a normal semiconductor laser, electrons in the conduction band transition within the forbidden band and combine with holes in the valence band, so that light is emitted and laser oscillation occurs due to resonance. In the quantum cascade laser, light is emitted when only electrons in the conduction band or only holes in the valence band transition between subbands in the conduction band, and laser oscillation occurs due to resonance. Quantum cascade lasers are classified as unipolar devices for electron or hole only device operation.

特許文献1は、ミニバンド間の遷移を利用する量子カスケードレーザを開示している。図6は、特許文献1で提案された量子カスケードレーザにおけるバンドプロファイルを示す。量子カスケードレーザは、複数の多重量子井戸(超格子構造)が半導体中間層を挟んで積層された構造の活性層を有する。各多重量子井戸の伝導帯の内部には、量子井戸層及び障壁層を構成する材料に依存して、電子が存在できる2つのミニバンドと、その間を分離し電子が存在できないミニギャップとが形成される。   Patent Document 1 discloses a quantum cascade laser that uses transitions between minibands. FIG. 6 shows a band profile in the quantum cascade laser proposed in Patent Document 1. The quantum cascade laser has an active layer having a structure in which a plurality of multiple quantum wells (superlattice structure) are stacked with a semiconductor intermediate layer interposed therebetween. Within the conduction band of each multiple quantum well, two minibands where electrons can exist and a minigap that cannot separate electrons between them are formed depending on the materials that make up the quantum well layer and barrier layer. Is done.

各ミニバンドは、伝導帯内に形成される、近いエネルギー準位の複数のサブバンドの集合として形成される。例えば電子が、量子井戸内の上位側の量子井戸層から下位側の量子井戸層に注入されると、そのミニバンド内に注入された電子の一部は、トンネル効果によって、1又は複数の障壁層を透過し、同じ量子井戸内に配設される更に下位の量子井戸層に注入される。その量子井戸層が、注入された電子の準位と同じ準位にミニギャップを有すると、電子は注入されたミニバンドから、その量子井戸層内の下位のミニバンドに遷移し、次の障壁層を透過して、隣接する下位側の量子井戸に注入される。   Each miniband is formed as a set of subbands of close energy levels that are formed in the conduction band. For example, when electrons are injected from the upper quantum well layer into the lower quantum well layer in the quantum well, a part of the electrons injected into the miniband is one or more barriers due to the tunnel effect. The layers pass through and are injected into a lower quantum well layer disposed within the same quantum well. If the quantum well layer has a minigap at the same level as the injected electrons, the electrons transition from the injected miniband to the lower miniband in the quantum well layer, and the next barrier. It penetrates the layer and is injected into the adjacent lower quantum well.

上記のように、上位側から量子井戸に注入された電子は、量子井戸内のミニギャップに衝突すると、その量子井戸内の上位のミニバンドから下位のミニバンドに遷移する。電子は、そのバンド遷移に際して、エネルギー低下量に依存する波長の光を放出する。   As described above, when electrons injected into the quantum well from the upper side collide with the minigap in the quantum well, the electrons transit from the upper miniband to the lower miniband in the quantum well. The electrons emit light having a wavelength that depends on the amount of energy reduction during the band transition.

各ミニバンド内においては、サブバンドのネルギーと運動量の関係(E−k空間)に着目すると、上位のサブバンドと下位のサブバンドとではエネルギーの曲率が同じである。このため、ミニバンド内のサブバンド上の全ての電子が同じ遷移エネルギーで遷移する。つまり、結合状態密度はデルタ関数的になり、光利得は大きく増大するばかりでなく、発光の波長ゆらぎが小さくなる。このため、レーザ発振のスペクトル線幅が極めて小さくなる利点がある。   In each miniband, paying attention to the relationship between the energy of the subband and the momentum (Ek space), the energy curvature is the same in the upper subband and the lower subband. For this reason, all the electrons on the subbands in the miniband transition with the same transition energy. That is, the coupled state density becomes a delta function, and not only the optical gain increases greatly, but also the wavelength fluctuation of light emission decreases. For this reason, there is an advantage that the spectral line width of laser oscillation becomes extremely small.

また、通常の半導体レーザ素子は、伝導帯と価電子帯との間でバンド間の遷移が発生するバンド間遷移レーザ素子である。バンド間の遷移においては、発光再結合寿命が数ナノ秒程度であるのに対し、量子カスケードレーザにおけるミニバンド間での遷移は数ピコ秒程度と極めて速い。このため、バンド間遷移レーザ素子では、オージェ再結合がレーザ特性に悪影響を与えることとなるのに対し、量子カスケードレーザでは、オージェ再結合はほとんど問題にならない。   A normal semiconductor laser element is an interband transition laser element in which a transition between bands occurs between a conduction band and a valence band. In the transition between the bands, the emission recombination lifetime is about several nanoseconds, whereas the transition between the minibands in the quantum cascade laser is extremely fast, about several picoseconds. For this reason, Auger recombination adversely affects the laser characteristics in the interband transition laser element, whereas Auger recombination is hardly a problem in the quantum cascade laser.

更に、バンド間遷移レーザ素子では、結晶欠陥や不純物に起因した準位が禁制帯内に形成されると、電子のバンド間遷移確率を低下させる問題がある。しかし、量子カスケードレーザでは、禁制帯内をキャリアが遷移しないため、結晶品質の劣化はあまり問題にならない。更に、量子カスケードレーザでは、光の波長が禁制帯幅ではなく、サブバンド間で決定されるため、温度による発振波長の変動が極めて小さいという利点をも有する。   Further, in the interband transition laser element, there is a problem that the interband transition probability of electrons is lowered when a level caused by crystal defects or impurities is formed in the forbidden band. However, in the quantum cascade laser, since the carriers do not transition within the forbidden band, the deterioration of the crystal quality is not a problem. Further, the quantum cascade laser has an advantage that the fluctuation of the oscillation wavelength due to temperature is extremely small because the wavelength of light is determined not between the forbidden bandwidth but between subbands.

特開10−144995号公報JP 10-144959A

J. Faist et al., “Quantum Cascade Laser,” Science 264 (1994), pp.563J. Faist et al., “Quantum Cascade Laser,” Science 264 (1994), pp.563

特許文献1に記載の量子カスケードレーザなど、これまでに報告されている量子カスケードレーザは、その発振波長が量子井戸のバンドオフセットにより制限されている。このため、バンド間遷移レーザのような短波長のレーザ発振を実現するためには、より大きなバンドオフセットを有する材料の選定が不可欠となる。   In the quantum cascade lasers reported so far, such as the quantum cascade laser described in Patent Document 1, the oscillation wavelength is limited by the band offset of the quantum well. For this reason, in order to realize laser oscillation with a short wavelength such as an interband transition laser, it is essential to select a material having a larger band offset.

例えば、光通信で用いられる1.55μm帯の波長を量子カスケードレーザで実現するためには、バンドオフセットが少なくとも0.8eV以上の材料を選定しなければならない。このため、AlN/GaN、GaN/InNなどの窒化物半導体を除いては、ほとんど該当する材料がないのが現状である。また、半導体レーザでは、特に界面の凹凸やダングリングボンドに起因した欠陥準位がレーザ特性に大きく影響を与えるため、量子井戸と量子障壁層の格子定数が合致する格子整合系を用いなければならないという材料上の制約がある。さらに、半導体レーザをAl系化合物で構成する際には、Alの酸化などがレーザの信頼性に大きく劣化させるため、Alを用いないことなどの制約もある。   For example, in order to realize a 1.55 μm band wavelength used in optical communication with a quantum cascade laser, a material having a band offset of at least 0.8 eV or more must be selected. For this reason, there is almost no applicable material except nitride semiconductors such as AlN / GaN and GaN / InN. Also, in semiconductor lasers, defect levels due to interface irregularities and dangling bonds have a large effect on laser characteristics, so a lattice-matching system in which the lattice constants of the quantum well and quantum barrier layer match must be used. There are material restrictions. Furthermore, when a semiconductor laser is composed of an Al-based compound, there is a restriction that Al is not used because oxidation of Al greatly deteriorates the reliability of the laser.

本発明は、上記に鑑み、短波長、狭線幅、及び、高速変調が可能であり、且つ、材料の制約が小さな量子カスケードレーザを提供することを目的とする。   In view of the above, an object of the present invention is to provide a quantum cascade laser capable of short wavelength, narrow line width, high-speed modulation, and small material constraints.

上記目的を達成するために、本発明は、多重量子井戸と半導体中間層とが交互に積層された活性層を備え、キャリアのミニバンド間の遷移によって発光する量子カスケードレーザであって、
第1の多重量子井戸の伝導帯に含まれるミニバンド内を透過したキャリアが、前記第1の多重量子井戸よりも低準位側に配設された第2の多重量子井戸の障壁層のエネルギー準位よりも高いエネルギー準位にあるミニギャップに衝突し、該第2の多重量子井戸の伝導帯に含まれるミニギャップに遷移して発光することを特徴とする量子カスケードレーザを提供する。
In order to achieve the above object, the present invention is a quantum cascade laser comprising an active layer in which multiple quantum wells and semiconductor intermediate layers are alternately stacked, and emitting light by transition between minibands of carriers,
The energy of the barrier layer of the second multiple quantum well in which the carriers transmitted through the miniband included in the conduction band of the first multiple quantum well are disposed on the lower level side than the first multiple quantum well. Provided is a quantum cascade laser that emits light by colliding with a mini-gap at an energy level higher than the level and transitioning to a mini-gap included in the conduction band of the second multiple quantum well.

本発明の量子カスケードレーザでは、第1の多重量子井戸のミニバンド内を透過するキャリアが、第1の多重量子井戸の下位側の第2の多重量子井戸のミニバンドに遷移して発光する構成を採用した。このため、1つの多重量子井戸内でキャリアが遷移する従来のミニバンド間の遷移を用いる量子カスケードレーザに比して、大きなバンドギャップが得られ、その結果、材料の制約を克服しつつ、短波長の光発振が可能となる。また、ミニバンド間の遷移を利用するため、狭線幅、及び、高速変調という利点も得られる。   In the quantum cascade laser according to the present invention, the carrier transmitted through the first multi-quantum well mini-band transitions to the second multi-quantum well mini-band on the lower side of the first multi-quantum well and emits light. It was adopted. For this reason, a large band gap can be obtained compared with the conventional quantum cascade laser using the transition between minibands in which carriers transition in one multi-quantum well. Wavelength light oscillation is possible. Further, since the transition between minibands is used, the advantages of narrow line width and high-speed modulation can be obtained.

本発明の量子カスケードレーザでは、多重量子井戸が、InGaAsを含む量子井戸層とInPを含む障壁層とを有する構成の採用が可能である。また、発振波長として、1.55μm以下の発振波長も可能となる。   In the quantum cascade laser of the present invention, it is possible to adopt a configuration in which the multiple quantum well includes a quantum well layer containing InGaAs and a barrier layer containing InP. Further, an oscillation wavelength of 1.55 μm or less is possible as the oscillation wavelength.

本発明の量子カスケードレーザでは、活性層が、III−V族化合物半導体から構成されることも可能である。この場合、活性層が、In、Ga、As、P、Sb、及び、Nから成る群から選択される複数の元素を含む構成も可能である。   In the quantum cascade laser of the present invention, the active layer can be composed of a III-V group compound semiconductor. In this case, the active layer may include a plurality of elements selected from the group consisting of In, Ga, As, P, Sb, and N.

第1の多重量子井戸のミニギャップと第2の多重量子井戸のミニギャップとの間のエネルギー準位の差が、10meV以上で1eV以下である構成の採用が可能である。この場合、光通信で用いられる光波長での発振が可能である。   It is possible to adopt a configuration in which the difference in energy level between the mini-gap of the first multiple quantum well and the mini-gap of the second multiple quantum well is 10 meV or more and 1 eV or less. In this case, oscillation at an optical wavelength used in optical communication is possible.

前記活性層が、製造が容易なスラブ型導波路を形成する構成の採用が可能である。多重量子井戸と半導体中間層とが15対以上繰り返し形成される構成の採用も可能である。また、前記活性層が、シングルプラズモン型導波路、又は、ダブルプラズモン型導波路を形成する構成も可能である。   It is possible to adopt a configuration in which the active layer forms a slab type waveguide that is easy to manufacture. It is also possible to adopt a configuration in which multiple quantum wells and semiconductor intermediate layers are repeatedly formed in 15 pairs or more. Further, a configuration in which the active layer forms a single plasmon type waveguide or a double plasmon type waveguide is also possible.

本発明の量子カスケードレーザの原理を示す活性層内のバンドプロファイル。The band profile in the active layer which shows the principle of the quantum cascade laser of this invention. 本発明の実現性を実証するシミュレーションの結果を示すバンドプロファイル。The band profile which shows the result of the simulation which demonstrates the feasibility of this invention. 本発明の第1の実施形態の量子カスケードレーザの断面図。Sectional drawing of the quantum cascade laser of the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態の量子カスケードレーザの断面図。Sectional drawing of the quantum cascade laser of the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態の量子カスケードレーザの断面図。Sectional drawing of the quantum cascade laser of the 3rd Embodiment of this invention. 特許文献1に記載された量子カスケードレーザにおけるバンドプロファイル。The band profile in the quantum cascade laser described in Patent Document 1.

図1に、本発明の量子カスケードレーザにおける原理を示す、活性層内のバンドプロファイルを例示する。本発明の量子カスケードレーザ10では、レーザ活性層は、複数の積層された多重量子井戸12からなり、隣接する2つの多重量子井戸12の間には半導体中間層14が配設される。各多重量子井戸12には、複数の量子井戸層と複数の障壁層とがペアになって配設される。各多重量子井戸12のバンドプロファイルの上部には、障壁層のプロファイルのエネルギー準位の上位にこれと隣接してミニギャップ13が形成される。   FIG. 1 illustrates a band profile in the active layer, which illustrates the principle of the quantum cascade laser of the present invention. In the quantum cascade laser 10 of the present invention, the laser active layer includes a plurality of stacked multiple quantum wells 12, and a semiconductor intermediate layer 14 is disposed between two adjacent multiple quantum wells 12. In each multiple quantum well 12, a plurality of quantum well layers and a plurality of barrier layers are disposed in pairs. In the upper part of the band profile of each multiple quantum well 12, a mini-gap 13 is formed adjacent to and above the energy level of the barrier layer profile.

上記構成において、高電位側から多重量子井戸12のミニバンド15内に注入された電子16は、その量子井戸内12では遷移することなく、半導体中間層14を透過する。半導体中間層14を透過した電子16は、次の多重量子井戸12の障壁層のバンドプロファイルの準位よりも高い準位に形成されたミニギャップ13に衝突して、それよりも下位の準位のミニバンド15に遷移する。この構造を採用することにより、電子16の遷移エネルギーが通常の量子カスケードレーザにおけるバンドオフセットよりも大きくなるため、発振のより短波長化が可能となる。従って、従来の量子カスケードレーザでは困難とされていたInGaAs量子井戸層を用いて、1.55μm帯で発振する量子カスケードレーザの実現が可能となる。   In the above configuration, the electrons 16 injected into the miniband 15 of the multiple quantum well 12 from the high potential side pass through the semiconductor intermediate layer 14 without making a transition in the quantum well 12. The electrons 16 transmitted through the semiconductor intermediate layer 14 collide with the minigap 13 formed at a level higher than the band profile level of the barrier layer of the next multiple quantum well 12, and a level lower than that. Transition to the mini-band 15. By adopting this structure, the transition energy of the electrons 16 becomes larger than the band offset in a normal quantum cascade laser, so that the wavelength of oscillation can be shortened. Therefore, it is possible to realize a quantum cascade laser that oscillates in the 1.55 μm band by using an InGaAs quantum well layer, which has been difficult with conventional quantum cascade lasers.

図2は、本発明の量子カスケードレーザを実現するために行ったシミュレーション結果を、バンドプロファイルで示す。同図には、活性層内で隣接する2つの多重量子井戸12A、12Bと、その間に配設される半導体中間層14とが示されている。各波線11は、サブバンドを示し、各サブバンド11A、11Bの集合がミニバンド15A、15Bを構成する。隣接するミニバンド15A、15Bの間は、ミニギャップ13で分離されている。多重量子井戸12A、12Bを構成する量子井戸層及び障壁層の組成を調整することにより、障壁層のプロファイルの上側の準位には、ミニギャップ13が形成される。   FIG. 2 is a band profile showing the results of simulation performed to realize the quantum cascade laser of the present invention. In the figure, two adjacent multiple quantum wells 12A and 12B in the active layer and a semiconductor intermediate layer 14 disposed therebetween are shown. Each wavy line 11 represents a subband, and a set of subbands 11A and 11B constitutes minibands 15A and 15B. The adjacent mini bands 15A and 15B are separated by a mini gap 13. By adjusting the composition of the quantum well layers and the barrier layers constituting the multiple quantum wells 12A and 12B, a mini-gap 13 is formed at the upper level of the barrier layer profile.

シミュレーションの結果として、特定組成の材料を選定して、障壁層のエネルギー準位の上位の所望の準位にミニギャップ13が配置できる。つまり、量子井戸層及び障壁層の材料の組成を適切に調整することにより、障壁層のエネルギー準位の直近の上位にエネルギー準位を有するミニギャップ13の形成が可能である。また、1つの多重量子井戸内12A、12Bに1つのミニバンド15A、15Bが形成されるように構成することが可能である。   As a result of the simulation, a material having a specific composition can be selected, and the minigap 13 can be arranged at a desired level higher than the energy level of the barrier layer. That is, by appropriately adjusting the material composition of the quantum well layer and the barrier layer, it is possible to form the minigap 13 having the energy level immediately above the energy level of the barrier layer. Further, it is possible to configure so that one miniband 15A, 15B is formed in one multiple quantum well 12A, 12B.

一例として、InGaAs量子井戸層とInP障壁層とを組み合わせた量子井戸を挙げると、InPのバンドギャップは1.35eVであり、In組成が0.48、Ga組成0.52のInGaAs(以下、In0.48Ga0.52Asと記載する。)のバンドギャップは0.75eVである。このとき、シミュレーションの結果として、図2に示すように、多重量子井戸12Bの障壁層のエネルギー準位の直近の高い準位にエネルギー準位を有するミニギャップ13が形成されることが判明した。このため、上位の多重量子井戸12Aから注入された電子16は、ミニギャップ13に衝突して、多重量子井戸12Bの次のエネルギー準位にあるミニバンド15Bに遷移する。本シミュレーションから、本発明の量子カスケードレーザの実現性が示された。 As an example, when a quantum well is formed by combining an InGaAs quantum well layer and an InP barrier layer, the band gap of InP is 1.35 eV, the In composition is 0.48, and the Ga composition is 0.52 (hereinafter referred to as InGaAs). 0.48 Ga 0.52 As)) is 0.75 eV. At this time, as a result of the simulation, as shown in FIG. 2, it has been found that a mini-gap 13 having an energy level at a high level immediately adjacent to the energy level of the barrier layer of the multiple quantum well 12B is formed. For this reason, the electrons 16 injected from the upper multiple quantum well 12A collide with the minigap 13 and transition to the miniband 15B at the next energy level of the multiple quantum well 12B. From this simulation, the feasibility of the quantum cascade laser of the present invention was shown.

また、その他の量子井戸の組み合わせとしては、バンドギャップが1.63eVのAl0.3Ga0.7Asからなる障壁層と、バンドギャップが1.42eVのGaAsからなる量子井戸層(以下、Al0.3Ga0.7As(1.63eV)/GaAs(1.42eV)と記載する。)、 In0.53Al0.47As(1.42eV)/Ga0.46In0.54As(0.86eV)、GaN(3.4eV)/In0.2Ga0.8N(1.24eV)
等が挙げられる。
Other combinations of quantum wells include a barrier layer made of Al 0.3 Ga 0.7 As with a band gap of 1.63 eV and a quantum well layer made of GaAs with a band gap of 1.42 eV (hereinafter referred to as Al 0.3 Ga 0.7 As (1.63 eV) / GaAs (1.42 eV).), In 0.53 Al 0.47 As (1.42 eV) / Ga 0.46 In 0.54 As (0.86 eV), GaN (3.4 eV) / In 0.2 Ga 0.8 N (1.24 eV)
Etc.

第1の実施形態
図3は、本発明の第1の実施形態に係る量子カスケードレーザとしての半導体レーザの断面図を示す。半導体レーザ10Aは、下部クラッド層を構成するInP基板(100)21と、そのInP基板21の表面上に順次に積層された、活性層22、InP上部クラッド層23、及び、上部電極(負極)24と、InP基板21の裏面に形成された下部電極(正極)25とを有する。活性層22は、複数の多重量子井戸26と、隣接する2つの多重量子井戸26に挟まれた半導体中間層27とから構成される。各多重量子井戸26は、それぞれがInGaAs量子井戸層及びInP障壁層を含む複数のペア層から構成される。
First Embodiment FIG. 3 shows a cross-sectional view of a semiconductor laser as a quantum cascade laser according to a first embodiment of the present invention. The semiconductor laser 10A includes an InP substrate (100) 21 constituting a lower cladding layer, an active layer 22, an InP upper cladding layer 23, and an upper electrode (negative electrode) sequentially stacked on the surface of the InP substrate 21. 24 and a lower electrode (positive electrode) 25 formed on the back surface of the InP substrate 21. The active layer 22 includes a plurality of multiple quantum wells 26 and a semiconductor intermediate layer 27 sandwiched between two adjacent multiple quantum wells 26. Each multiple quantum well 26 includes a plurality of pair layers each including an InGaAs quantum well layer and an InP barrier layer.

量子カスケードレーザ10Aは、共振器長が1mmで、メサストライプを有するリッジ型レーザとして構成され、そのリッジ幅は10μmである。下部電極25は、Ti/Pt/Au層から成り、上部電極24は、Pd/Pt/Au層から成る。   The quantum cascade laser 10A is configured as a ridge type laser having a cavity length of 1 mm and having a mesa stripe, and its ridge width is 10 μm. The lower electrode 25 is made of a Ti / Pt / Au layer, and the upper electrode 24 is made of a Pd / Pt / Au layer.

双方のInPクラッド層21、23のバンドギャップは1.35eVである。InGaAs量子井戸層は、このInPに格子整合させるため、In組成を0.48、Ga組成を0.52とする。この組成を有するIn0.48Ga0.52Asのバンドギャップは0.75eVである。InGaAs量子井戸層の厚さは2nmであり、InP障壁層の厚さは1nmである。量子井戸層及び障壁層のペア層の数は例えば4ペアである。この多重量子井戸26は、活性層22内に複数が形成されており、その間の半導体中間層27として、厚さが40nmのIn0.48Ga0.52As層が形成されている。 The band gap of both InP clad layers 21 and 23 is 1.35 eV. The InGaAs quantum well layer has an In composition of 0.48 and a Ga composition of 0.52 in order to lattice match this InP. A band gap of In 0.48 Ga 0.52 As having this composition is 0.75 eV. The thickness of the InGaAs quantum well layer is 2 nm, and the thickness of the InP barrier layer is 1 nm. The number of pair layers of the quantum well layer and the barrier layer is, for example, 4 pairs. A plurality of the multiple quantum wells 26 are formed in the active layer 22, and an In 0.48 Ga 0.52 As layer having a thickness of 40 nm is formed as the semiconductor intermediate layer 27 therebetween.

活性層22の厚さは、光閉じ込め係数を出来るだけ大きくするために、全体で約800nmとする。この目的のために、各多重量子井戸26と半導体中間層27のペア数は例えば15.5ペアとし、最下層及び最上層を多重量子井戸26とする。さらに、InP上部クラッド層23の厚さは、例えば3μmである。InP下部クラッド層21は、レーザ構造の結晶成長後に、ラッピング加工によって薄くする。例えば、ラッピング加工後の厚みとして、ハンドリングの容易さを勘案して、50μm程度とする。   The total thickness of the active layer 22 is about 800 nm in order to increase the optical confinement factor as much as possible. For this purpose, the number of pairs of each multiple quantum well 26 and the semiconductor intermediate layer 27 is, for example, 15.5 pairs, and the lowermost layer and the uppermost layer are the multiple quantum wells 26. Furthermore, the thickness of the InP upper cladding layer 23 is, for example, 3 μm. The InP lower cladding layer 21 is thinned by lapping after crystal growth of the laser structure. For example, the thickness after lapping is set to about 50 μm in consideration of ease of handling.

以下、第1の実施形態の量子カスケードレーザ10Aの製造方法を説明する。まず、InP基板を構成する下部クラッド層21の上に、MOCVD法(有機金属気相成長)により、成長温度600℃で、2nm厚みのInGaAsと1nm厚みのInPとをペア層として、4ペアを含む多重量子井戸26を成長する。次に、半導体中間層27を構成するIn0.48Ga0.52As層を40nm厚みに成長する。これら多重量子井戸26の成長と半導体中間層27の成長とを交互に15回繰り返す。 Hereinafter, a manufacturing method of the quantum cascade laser 10A of the first embodiment will be described. First, on the lower clad layer 21 constituting the InP substrate, by MOCVD (metal organic chemical vapor deposition), the growth temperature is 600 ° C., and 2 nm-thick InGaAs and 1 nm-thick InP are paired to form four pairs. A multiple quantum well 26 is grown. Next, an In 0.48 Ga 0.52 As layer constituting the semiconductor intermediate layer 27 is grown to a thickness of 40 nm. The growth of the multiple quantum well 26 and the growth of the semiconductor intermediate layer 27 are alternately repeated 15 times.

次に、InP上部クラッド層23を3μmの厚みに成長する。以上のようにして、半導体レーザ10Aを構成する半導体積層構造が完成する。次いで、半導体積層構造の表面にSiN層などでパターニングされたストライプ層を形成し、これをマスクとして、半導体積層構造のパターニングを行う。パターニングには、ドライエッチング装置を使用し、リッジ幅が10μmのメサストライプを形成する。 Next, the InP upper cladding layer 23 is grown to a thickness of 3 μm. As described above, the semiconductor multilayer structure constituting the semiconductor laser 10A is completed. Next, a stripe layer patterned with a SiN x layer or the like is formed on the surface of the semiconductor multilayer structure, and the semiconductor multilayer structure is patterned using this as a mask. For patterning, a dry etching apparatus is used to form a mesa stripe having a ridge width of 10 μm.

その後、パッシベーション膜として、上記のようにパターニングされた半導体積層構造の表面に、PECVD法(プラズマ化学気相成長)により、図示しないSiN膜を120nm厚みに堆積する。次いで、エッチングにより、上部電極24の形状に合わせた開口をSiN膜上に形成する。 Thereafter, a SiN x film (not shown) is deposited to a thickness of 120 nm as a passivation film on the surface of the semiconductor multilayer structure patterned as described above by PECVD (plasma chemical vapor deposition). Next, an opening matching the shape of the upper electrode 24 is formed on the SiN x film by etching.

次いで、EB蒸着法を用い、開口から露出する上部クラッド層の表面上に、Pd/Pt/Auからなる上部電極24を形成する。なお、蒸着の方法として、抵抗加熱蒸着法やスパッタ法などにより蒸着しても良い。   Next, the upper electrode 24 made of Pd / Pt / Au is formed on the surface of the upper cladding layer exposed from the opening by using the EB vapor deposition method. Note that vapor deposition may be performed by resistance heating vapor deposition, sputtering, or the like.

次に、ラッピング装置を用いて、InP基板21の裏面から、InP基板21の厚さが50μmになるように研磨する。その後、共振器構造を形成するため、半導体積層を含む基板を、ストライプメサの延長方向と垂直方向にへき開を行う。このへき開により、共振器長1mmのメサが得られる。さらに、メサを挟んだ箇所を単位としてメサと平行方向に基板をダイシングして、基板を個々の半導体レーザ素子に分離する。必要に応じて、へき開面に誘電体反射膜を形成することにより、本実施形態の半導体レーザ10Aが完成する。   Next, using a lapping apparatus, polishing is performed from the back surface of the InP substrate 21 so that the thickness of the InP substrate 21 becomes 50 μm. Thereafter, in order to form a resonator structure, the substrate including the semiconductor stack is cleaved in a direction perpendicular to the extension direction of the stripe mesa. By this cleavage, a mesa having a resonator length of 1 mm is obtained. Further, the substrate is diced in a direction parallel to the mesa in units where the mesa is sandwiched, and the substrate is separated into individual semiconductor laser elements. If necessary, a dielectric reflection film is formed on the cleavage plane to complete the semiconductor laser 10A of the present embodiment.

第2の実施形態
図4は、本発明の第2の実施形態に係る量子カスケードレーザから成る半導体レーザを示す断面図である。本実施形態の半導体レーザ10Bは、基板を構成するInPクラッド層21上に、InGaAs量子井戸層とInP量子障壁層とを交互に積層して形成した多重量子井戸26と、InGaAs半導体中間層27とを交互に積層して、活性層22を形成する。活性層22の上にAuからなる上部電極24を堆積して、半導体積層構造を形成する。このような、クラッド層を有しない積層構造は、シングルプラズモン構造と呼ばれ、Au電極における大きな消衰係数のため、積層上部への光漏れが極めて小さいという利点を有する。このため、発生した光が、活性層22内に効率的に閉じ込められる。この半導体レーザ10Bは、例えば共振器長が1mmのメサストライプを有するリッジ型のレーザであり、リッジ幅は例えば10μmである。
Second Embodiment FIG. 4 is a sectional view showing a semiconductor laser comprising a quantum cascade laser according to the second embodiment of the present invention. The semiconductor laser 10B of this embodiment includes a multiple quantum well 26 formed by alternately laminating InGaAs quantum well layers and InP quantum barrier layers on an InP cladding layer 21 constituting a substrate, an InGaAs semiconductor intermediate layer 27, and the like. Are alternately stacked to form the active layer 22. An upper electrode 24 made of Au is deposited on the active layer 22 to form a semiconductor multilayer structure. Such a laminated structure having no cladding layer is called a single plasmon structure and has an advantage that light leakage to the upper part of the laminated layer is extremely small because of a large extinction coefficient in the Au electrode. For this reason, the generated light is efficiently confined in the active layer 22. The semiconductor laser 10B is a ridge type laser having a mesa stripe with a resonator length of 1 mm, for example, and the ridge width is, for example, 10 μm.

ここで、活性層22の構成は、第1の実施形態と同様とする。   Here, the configuration of the active layer 22 is the same as that of the first embodiment.

活性層22の厚さは、光閉じ込め係数を出来るだけ大きくするために、全体で約200nmとする。このため、多重量子井戸26と半導体中間層27のペア数は3.5ペアとし、最上層及び最下層を多重量子井戸26とする。Au上部電極24の厚さは10nmである。InPクラッド層21は、レーザ積層構造の結晶成長後、ラッピング加工において薄くする。ハンドリングの容易さを勘案して、その最終厚みを50μm程度とする。   The total thickness of the active layer 22 is about 200 nm in order to increase the optical confinement factor as much as possible. For this reason, the number of pairs of the multiple quantum well 26 and the semiconductor intermediate layer 27 is 3.5 pairs, and the uppermost layer and the lowermost layer are the multiple quantum wells 26. The thickness of the Au upper electrode 24 is 10 nm. The InP cladding layer 21 is thinned by lapping after crystal growth of the laser laminated structure. Considering the ease of handling, the final thickness is about 50 μm.

以下、第2の実施形態に係る量子カスケードレーザを構成する半導体レーザ10Bの製造方法を説明する。まず、InPクラッド層21を構成するInP基板上に、MOCVD法(有機金属気相成長)により、成長温度600℃で、2nm厚みのInGaAs層と、1nm厚みのInP障壁層とから成る量子井戸構造を4ペア成長し多重量子井戸26を形成する。次に、半導体中間層であるInGaAs層27を40nm厚みに成長する。これら多重量子井戸26と半導体中間層27の成長を交互に15回繰り返す。このようにして、半導体レーザを構成する半導体積層構造が完成する。   Hereinafter, a method for manufacturing the semiconductor laser 10B constituting the quantum cascade laser according to the second embodiment will be described. First, a quantum well structure comprising an InGaAs layer having a thickness of 2 nm and an InP barrier layer having a thickness of 1 nm on an InP substrate constituting the InP clad layer 21 at a growth temperature of 600 ° C. by MOCVD (metal organic chemical vapor deposition). 4 pairs are grown to form a multiple quantum well 26. Next, an InGaAs layer 27 as a semiconductor intermediate layer is grown to a thickness of 40 nm. The growth of the multiple quantum well 26 and the semiconductor intermediate layer 27 is repeated 15 times alternately. In this way, a semiconductor multilayer structure constituting the semiconductor laser is completed.

半導体積層構造の表面にストライプ状のSiN層を形成し、これをマスクとして半導体積層構造のパターニングを行う。パターニングには、ドライエッチング装置を用い、リッジ幅が10μmのメサストライプを形成する。その後、パッシベーション膜として、半導体積層構造の表面に、PECVD法(プラズマ化学気相成長)を用いて、SiN膜を120nm厚みに堆積する。次いで、上部電極の形状に合わせた開口をSiN膜上に形成する。 A striped SiN x layer is formed on the surface of the semiconductor multilayer structure, and the semiconductor multilayer structure is patterned using this as a mask. For patterning, a mesa stripe having a ridge width of 10 μm is formed using a dry etching apparatus. Thereafter, a SiN x film is deposited as a passivation film to a thickness of 120 nm on the surface of the semiconductor multilayer structure by using PECVD (plasma chemical vapor deposition). Next, an opening matching the shape of the upper electrode is formed on the SiN x film.

SiN膜の開口内に露出する半導体積層の表面に、EB蒸着法を用い、Au上部電極を堆積する。蒸着の方法としては、抵抗加熱蒸着法やスパッタ法などを用いてもよい。次に、ラッピング装置を用いて、InP基板21の裏面から、InP基板の最終厚さが50μmになるように研磨する。 An Au upper electrode is deposited on the surface of the semiconductor stack exposed in the opening of the SiN x film by using the EB vapor deposition method. As a vapor deposition method, a resistance heating vapor deposition method, a sputtering method, or the like may be used. Next, the lapping apparatus is used to polish from the back surface of the InP substrate 21 so that the final thickness of the InP substrate becomes 50 μm.

その後、基板をメサストライプと垂直方向にへき開を行い、半導体レーザの共振器構造を形成する。このへき開により、共振器長が1mmのレーザを得る。さらに、メサを挟んだ箇所を単位として、メサと平行方向にダイシングを行い、半導体基板を個々の半導体レーザ素子に分離する。必要に応じて、へき開面に誘電体反射膜を形成することにより、半導体レーザが完成する。以上の工程を経ることで、第2の実施形態の半導体レーザを製造できる。   Thereafter, the substrate is cleaved in a direction perpendicular to the mesa stripe to form a semiconductor laser resonator structure. By this cleavage, a laser having a resonator length of 1 mm is obtained. Further, the semiconductor substrate is separated into individual semiconductor laser elements by performing dicing in a direction parallel to the mesa in units of positions where the mesa is sandwiched. If necessary, a semiconductor laser is completed by forming a dielectric reflection film on the cleavage plane. Through the above steps, the semiconductor laser of the second embodiment can be manufactured.

第3の実施形態
図5は、本発明の第3の実施形態に係る量子カスケードレーザを構成する半導体レーザの断面図である。本半導体レーザ10Cは、InGaAs量子井戸層とInP量子障壁層からなる複数の多重量子井戸26を積層し、隣接する多重量子井戸26の間に半導体中間層27を挟んで活性層22としている。活性層22の上部にはAu上部電極24が形成されている。また、活性層22の下部にはAu下部電極25が形成されている。このように活性層の上下にクラッド層を有しない構造は、ダブルプラズモン構造と呼ばれる。ダブルプラズモン構造は、積層の上下を挟むAu電極24、25における大きな消衰係数のため、上部および下部への光のもれが極めて小さくなり、ほとんど全ての光が活性層22内に閉じ込められる。この半導体レーザの共振器長は、例えば1mmであり、メサを有するリッジ型のレーザとして構成され、リッジ幅は例えば10μmである。
Third Embodiment FIG. 5 is a cross-sectional view of a semiconductor laser constituting a quantum cascade laser according to a third embodiment of the present invention. In the semiconductor laser 10C, a plurality of multiple quantum wells 26 each including an InGaAs quantum well layer and an InP quantum barrier layer are stacked, and the semiconductor intermediate layer 27 is sandwiched between adjacent multiple quantum wells 26 to form an active layer 22. An Au upper electrode 24 is formed on the active layer 22. An Au lower electrode 25 is formed below the active layer 22. Such a structure having no cladding layer above and below the active layer is called a double plasmon structure. Since the double plasmon structure has a large extinction coefficient in the Au electrodes 24 and 25 sandwiching the upper and lower layers, light leakage to the upper and lower portions is extremely small, and almost all light is confined in the active layer 22. The cavity length of this semiconductor laser is, for example, 1 mm, and is configured as a ridge type laser having a mesa, and the ridge width is, for example, 10 μm.

ここで、活性層22の構成は、第1の実施形態と同様とする。   Here, the configuration of the active layer 22 is the same as that of the first embodiment.

活性層22の厚さは、光閉じ込め係数を出来るだけ大きくするために、全体で約200nmとする。この目的のため、多重量子井戸26と半導体中間層27のペア数は3.5とする。また、上部および下部のAu電極の厚さは、例えば50nmとする。   The total thickness of the active layer 22 is about 200 nm in order to increase the optical confinement factor as much as possible. For this purpose, the number of pairs of the multiple quantum well 26 and the semiconductor intermediate layer 27 is 3.5. The thickness of the upper and lower Au electrodes is, for example, 50 nm.

以下、図5の量子カスケードレーザを構成する半導体レーザの製造方法を説明する。まず、InP基板上にMOCVD法(有機金属気相成長)により、成長温度600℃で、1nm厚みのInGaAs量子井戸層及び2nm厚みのInP障壁層から成るペア層を4ペア含む多重量子井戸構造を4ペア成長する。次に、InGaAs半導体中間層でを40nm厚みに成長する。これら多重量子井戸と半導体中間層の成長を交互に15回繰り返す。以上のようにして、半導体レーザ構成する半導体積層構造が完成する。   Hereinafter, a method for manufacturing the semiconductor laser constituting the quantum cascade laser of FIG. 5 will be described. First, a multiquantum well structure including four pairs of a pair of InGaAs quantum well layers having a thickness of 1 nm and an InP barrier layer having a thickness of 2 nm is formed on an InP substrate by MOCVD (metal organic chemical vapor deposition) at a growth temperature of 600 ° C. 4 pairs grow. Next, an InGaAs semiconductor intermediate layer is grown to a thickness of 40 nm. The growth of these multiple quantum wells and the semiconductor intermediate layer is repeated 15 times alternately. As described above, the semiconductor multilayer structure constituting the semiconductor laser is completed.

次に、塩酸及び燐酸を含む混合液をエッチャントとし、InP基板を取り除く。この場合、InPのエッチングレートはInGaAsのレートに比べて、十分に速いため、InPが除去されると、InGaAs層でエッチストップする。半導体積層構造の表面にパターニングされたSiNストライプ層を形成し、これをマスクとしてパターニングを行い、半導体積層構造をエッチングする。エッチングは、ドライエッチング装置で行い、リッジ幅が10μmの半導体レーザのメサストライプを形成する。 Next, a mixed solution containing hydrochloric acid and phosphoric acid is used as an etchant to remove the InP substrate. In this case, since the InP etching rate is sufficiently faster than the InGaAs rate, when InP is removed, the etching is stopped at the InGaAs layer. A patterned SiN x stripe layer is formed on the surface of the semiconductor multilayer structure, and patterning is performed using this as a mask to etch the semiconductor multilayer structure. Etching is performed by a dry etching apparatus to form a mesa stripe of a semiconductor laser having a ridge width of 10 μm.

その後、パッシベーション膜として、半導体積層構造の表面にPECVD法(プラズマ化学気相成長)によりSiN膜を120nm堆積する。次いで、上部電極の形状に合わせた開口をSiN膜上に形成する。開口内に露出する半導体積層の表面に、EB蒸着法により、Au電極を形成する。なお、蒸着の方法として、抵抗加熱蒸着法やスパッタ法などにより蒸着しても良い。 Thereafter, a SiN x film is deposited as a passivation film to a thickness of 120 nm on the surface of the semiconductor multilayer structure by PECVD (plasma chemical vapor deposition). Next, an opening matching the shape of the upper electrode is formed on the SiN x film. An Au electrode is formed on the surface of the semiconductor stack exposed in the opening by EB vapor deposition. Note that vapor deposition may be performed by resistance heating vapor deposition, sputtering, or the like.

その後、共振器構造を形成するため、基板をメサストライプと垂直方向にへき開する。へき開は、共振器長が1mmとなるように行う。さらに、メサを挟んだ箇所を単位としてメサと平行方向にダイシングを行うことで、積層構造を個々の半導体レーザ素子に分離する。必要に応じて、へき開面に誘電体反射膜を形成することにより、半導体レーザが完成する。以上の工程を経ることで、実施形態3の半導体レーザを製造できる。   Thereafter, the substrate is cleaved in a direction perpendicular to the mesa stripe to form a resonator structure. The cleavage is performed so that the resonator length is 1 mm. Further, the laminated structure is separated into individual semiconductor laser elements by performing dicing in the direction parallel to the mesa in units where the mesa is sandwiched. If necessary, a semiconductor laser is completed by forming a dielectric reflection film on the cleavage plane. Through the above steps, the semiconductor laser according to the third embodiment can be manufactured.

本発明は、短波長、狭線幅、及び、超高速変調の光通信用半導体レーザを実現できる量子カスケードレーザ提供する。本発明の量子カスケードレーザは、情報通信における伝送容量の大容量化、高速化を実現するために利用できる。   The present invention provides a quantum cascade laser capable of realizing a semiconductor laser for optical communication with a short wavelength, a narrow line width, and ultra-high speed modulation. The quantum cascade laser of the present invention can be used to realize an increase in transmission capacity and speed in information communication.

本発明を特別に示し且つ例示的な実施形態を参照して説明したが、本発明は、その実施形態及びその変形に限定されるものではない。当業者に明らかなように、本発明は、添付の特許請求の範囲に規定される本発明の精神及び範囲を逸脱することなく、種々の変更が可能である。   Although the invention has been particularly shown and described with reference to illustrative embodiments, the invention is not limited to these embodiments and variations thereof. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications can be made to the present invention without departing from the spirit and scope of the invention as defined in the appended claims.

10:量子カスケードレーザ
11:サブバンド
12:多重量子井戸
13:ミニギャップ
14:半導体中間層
15:ミニバンド
16:電子
21:下部クラッド層(InP基板)
22:活性層
23:上部クラッド層
24:上部電極
25:下部電極
26:多重量子井戸
27:半導体中間層
10: Quantum cascade laser 11: Subband 12: Multiple quantum well 13: Mini gap 14: Semiconductor intermediate layer 15: Mini band 16: Electron 21: Lower cladding layer (InP substrate)
22: Active layer 23: Upper clad layer 24: Upper electrode 25: Lower electrode 26: Multiple quantum well 27: Semiconductor intermediate layer

Claims (9)

多重量子井戸と半導体中間層とが交互に積層された活性層を備え、ミニバンド間のキャリアの遷移によって発光する量子カスケードレーザであって、
第1の多重量子井戸の伝導帯に含まれるミニバンド内を透過したキャリアが、前記第1の多重量子井戸よりも低準位側に配設された第2の多重量子井戸の障壁層のエネルギー準位よりも高いエネルギー準位にあるミニギャップに衝突し、該第2の多重量子井戸の伝導帯に含まれるミニギャップに遷移して発光することを特徴とする量子カスケードレーザ。
A quantum cascade laser comprising an active layer in which multiple quantum wells and semiconductor intermediate layers are alternately stacked, and emitting light by transition of carriers between minibands,
The energy of the barrier layer of the second multiple quantum well in which the carriers transmitted through the miniband included in the conduction band of the first multiple quantum well are disposed on the lower level side than the first multiple quantum well. A quantum cascade laser that emits light by colliding with a mini-gap at an energy level higher than the level and transitioning to a mini-gap included in a conduction band of the second multiple quantum well.
前記多重量子井戸が、InGaAsを含む量子井戸層とInPを含む障壁層とを有する、請求項1に記載の量子カスケードレーザ。   The quantum cascade laser according to claim 1, wherein the multiple quantum well has a quantum well layer containing InGaAs and a barrier layer containing InP. 1.55μm以下の発振波長を有する、請求項2に記載の量子カスケードレーザ。   The quantum cascade laser according to claim 2, having an oscillation wavelength of 1.55 μm or less. 前記活性層が、III−V族化合物半導体から構成される、請求項1〜3の何れか一に記載の量子カスケードレーザ。   The quantum cascade laser according to any one of claims 1 to 3, wherein the active layer is made of a group III-V compound semiconductor. 前記活性層が、In、Ga、As、P、Sb、及び、Nから成る群から選択される複数の元素を含む、請求項4に記載の量子カスケードレーザ。   The quantum cascade laser according to claim 4, wherein the active layer includes a plurality of elements selected from the group consisting of In, Ga, As, P, Sb, and N. 前記第1の多重量子井戸のミニギャップと前記第2の多重量子井戸のミニギャップとの間のエネルギー準位の差が、10meV以上、1eV以下である、請求項1〜5の何れか一に記載の量子カスケードレーザ。   The energy level difference between the mini-gap of the first multiple quantum well and the mini-gap of the second multiple quantum well is 10 meV or more and 1 eV or less. The quantum cascade laser described. 前記活性層がスラブ型導波路を形成する、請求項1〜6の何れか一に記載の量子カスケードレーザ。   The quantum cascade laser according to claim 1, wherein the active layer forms a slab waveguide. 多重量子井戸と半導体中間層とが15対以上繰り返し形成される、請求項1〜7の何れか一に記載の量子カスケードレーザ。   The quantum cascade laser according to claim 1, wherein the multiple quantum well and the semiconductor intermediate layer are repeatedly formed by 15 pairs or more. 前記活性層が、シングルプラズモン型導波路、又は、ダブルプラズモン型導波路を形成する、請求項1〜8の何れか一に記載の量子カスケードレーザ。   The quantum cascade laser according to claim 1, wherein the active layer forms a single plasmon waveguide or a double plasmon waveguide.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015056660A (en) * 2013-09-13 2015-03-23 アルプス レーザズ エスアー Wavelength tunable laser, and manufacturing method and operation method for wavelength tunable laser
JP2015173195A (en) * 2014-03-12 2015-10-01 浜松ホトニクス株式会社 quantum cascade laser
US11258233B2 (en) 2017-12-27 2022-02-22 Kabushiki Kaisha Toshiba Quantum cascade laser

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08279647A (en) * 1994-04-04 1996-10-22 At & T Corp Unipolar semiconductor laser
JPH09102653A (en) * 1995-07-31 1997-04-15 At & T Ipm Corp Semiconductor laser
JP2003195237A (en) * 2001-12-27 2003-07-09 Toshiba Corp Semiconductor optical function device
JP2004507903A (en) * 2000-08-31 2004-03-11 アルプ ラゼール エス.アー. Quantum cascade laser
JP2005175295A (en) * 2003-12-12 2005-06-30 Hitachi Ltd Semiconductor optical element and optical module
JP2007517411A (en) * 2003-12-31 2007-06-28 ウイスコンシン アラムニ リサーチ ファンデーション Semiconductor devices for mid-infrared electroluminescence between subbands
JP2008177366A (en) * 2007-01-18 2008-07-31 Hamamatsu Photonics Kk Quantum cascade laser

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08279647A (en) * 1994-04-04 1996-10-22 At & T Corp Unipolar semiconductor laser
JPH09102653A (en) * 1995-07-31 1997-04-15 At & T Ipm Corp Semiconductor laser
JP2004507903A (en) * 2000-08-31 2004-03-11 アルプ ラゼール エス.アー. Quantum cascade laser
JP2003195237A (en) * 2001-12-27 2003-07-09 Toshiba Corp Semiconductor optical function device
JP2005175295A (en) * 2003-12-12 2005-06-30 Hitachi Ltd Semiconductor optical element and optical module
JP2007517411A (en) * 2003-12-31 2007-06-28 ウイスコンシン アラムニ リサーチ ファンデーション Semiconductor devices for mid-infrared electroluminescence between subbands
JP2008177366A (en) * 2007-01-18 2008-07-31 Hamamatsu Photonics Kk Quantum cascade laser

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015056660A (en) * 2013-09-13 2015-03-23 アルプス レーザズ エスアー Wavelength tunable laser, and manufacturing method and operation method for wavelength tunable laser
CN104466670A (en) * 2013-09-13 2015-03-25 阿尔佩斯激光有限公司 Tunable laser, a method for making, and a method for operating such a laser
US9209600B2 (en) 2013-09-13 2015-12-08 Alpes Lasers Sa Tunable laser, a method for making, and a method for operating such a laser
JP2015173195A (en) * 2014-03-12 2015-10-01 浜松ホトニクス株式会社 quantum cascade laser
US11258233B2 (en) 2017-12-27 2022-02-22 Kabushiki Kaisha Toshiba Quantum cascade laser

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