JP2018093023A - 量子カスケードレーザ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】量子カスケードレーザは、活性層と、第1および第2のクラッド層と、光ガイド層と、を有する。活性層は、複数の注入量子井戸領域と複数の発光量子井戸領域とを有する。それぞれの注入量子井戸領域とそれぞれの発光量子井戸領域とは、交互に積層される。前記第1および第2のクラッド層は、前記活性層を両側から挟むように設けられ、前記それぞれの発光量子井戸領域の実効屈折率よりも低い屈折率を有する。前記光ガイド層は、前記活性層を積層方向に2分割するように配置される。前記光ガイド層は、前記それぞれの発光量子井戸領域の前記実効屈折率よりも高い屈折率を有し、前記それぞれの発光量子井戸領域の量子井戸層のすべての井戸層の厚さよりも大きい厚さを有する。
【選択図】図1
Description
図1(a)は第1の実施形態にかかる量子カスケードレーザの活性層に対して垂直方向の光閉じ込めを説明するグラフ図、図1(b)は伝導帯のエネルギ準位を表すグラフ図である。
図1(a)において、縦軸は屈折率n(実線)および光強度IL(ドット線)を表し、横軸Zは半導体層の垂直(積層方向)位置を表す。図1(a)に表すように、第1の実施形態の量子カスケードレーザは、活性層24(24a、24b)と、第1のクラッド層23と、第2のクラッド層26と、光ガイド層25と、を有する。
図2(a)、(b)において、縦軸は屈折率nおよび光強度IL、横軸は垂直位置Z、である。図2(a)に表す第1比較例の量子カスケードレーザにおいて、活性層124は第1クラッド層123と第2クラッド層126とに挟まれており、注入量子井戸領域の屈折率および発光量子井戸領域の屈折率よりも高い実効屈折率を有する光ガイド層は設けられない。このため、光閉じ込め作用が弱く光強度ILの分布は活性層124内に広がる。このため、しきい値電流を低減できず高出力化が困難である。
量子カスケードレーザは基板10をさらに有することができ、基板10の上にはMOCVD(Metal Organic Chemincal Vapor Deposition)法やMBE(Molecular Beam Epitaxy)法を用いて結晶成長された積層体20がさらに設けられる。積層体20は、ストライプ状のリッジ導波RGに加工される。さらに、基板10と積層体20とを覆うように誘電体層40、42が設けられる。積層体20の上面が露出するように誘電体層40、42が開口され、第1電極50が設けられる。また基板10の裏面には第2電極52が設けられる。
図4(a)において、縦軸は屈折率(実線)nまたは光強度(破線)IL、横軸は垂直位置Zを表す。
図5において、縦軸は屈折率(実線)nまたは光強度(破線)IL、横軸は垂直方向の位置Zを表す。
図6(a)において、縦軸は屈折率(実線)nまたは光強度(破線)IL、横軸は垂直位置Zを表す。
図7(a)において、縦軸は屈折率(実線)nまたは光強度(破線)IL、横軸は垂直位置Zを表す。
Claims (5)
- 複数の注入量子井戸領域と複数の発光量子井戸領域とを有し、それぞれの注入量子井戸領域とそれぞれの発光量子井戸領域とが交互に積層された活性層であって、前記それぞれの発光量子井戸領域はキャリアのサブバンド間光学遷移によりレーザ光を放出し、前記それぞれの注入量子井戸層は前記サブバンド間光学遷移後の前記キャリアをミニバンド準位へ緩和して下流の発光量子井戸領域に注入する、活性層と、
前記活性層を両側から挟むように設けられ、前記それぞれの発光量子井戸領域の実効屈折率よりも低い屈折率を有する第1および第2のクラッド層と、
前記活性層を積層方向に2分割するように配置された光ガイド層であって、前記それぞれの発光量子井戸領域の前記実効屈折率よりも高い屈折率を有し、前記それぞれの発光量子井戸領域の量子井戸層のすべての井戸層の厚さよりも大きい厚さを有する、光ガイド層と、
を備えた量子カスケードレーザ。 - 前記光ガイド層は、前記活性層を積層方向に略2等分するように設けられる、請求項1記載の量子カスケードレーザ。
- 基板をさらに備え、
前記第1および第2のクラッド層は、前記基板と格子整合する材料を含む、請求項1または2に記載の量子カスケードレーザ。 - 前記光ガイド層の前記厚さは、100nm以上かつ500nm以下である、請求項1〜3のいずれか1つに記載の量子カスケードレーザ。
- 前記基板は、InPを含み、
前記それぞれの発光量子井戸領域は、InxGa1−xAs(但し、0<x<1)を含む井戸層およびInyAl1−yAs(但し、0<y<1)を含む障壁層を有し、
前記光ガイド層は、InzGa1−zAs(但し、0<z<1)を含み、
前記第1のクラッド層および前記第2のクラッド層は、InPを含む、請求項1〜4のいずれか1つに記載の量子カスケードレーザ。
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