JP2019140144A - Quantum cascade laser and light-emitting device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、量子カスケードレーザ、及び量子カスケードレーザを含む発光装置に関する。 The present invention relates to a quantum cascade laser and a light emitting device including the quantum cascade laser.
非特許文献1は、量子カスケードレーザを開示する。
Non-Patent
後端面に金属膜を用いる反射構造は、量子カスケードレーザに、低いしきい値電流及び後端面からの放熱を提供できる。しかし、量子カスケードレーザの導波路メサが後端面に到達しており、後端面に接触を成す金属膜は、コア層、並びにコア層上及び下のクラッド層に電気的な短絡を引き起こす。後端面に金属膜が接触を成すことを回避するために、後端面と金属膜との間に絶縁膜を設けることができる。 The reflection structure using the metal film on the rear end face can provide the quantum cascade laser with a low threshold current and heat dissipation from the rear end face. However, the waveguide mesa of the quantum cascade laser has reached the rear end face, and the metal film in contact with the rear end face causes an electrical short circuit in the core layer and the cladding layer above and below the core layer. In order to avoid contact of the metal film with the rear end face, an insulating film can be provided between the rear end face and the metal film.
量子カスケードレーザは、レーザ構造体内に導波路メサを含むと共に、レーザ構造体を間に備える第1電極及び第2電極を用いてレーザ構造体内の導波路メサにキャリアを供給する。 The quantum cascade laser includes a waveguide mesa in the laser structure, and supplies carriers to the waveguide mesa in the laser structure using the first electrode and the second electrode provided with the laser structure therebetween.
後端面に絶縁膜及び金属膜の順の配列を形成する構造は、量子カスケードレーザへの電気の印加により短絡することがある。発明者の観察によれば、絶縁体及び金属の堆積物が、レーザ構造体上の第1電極及び第2電極上に形成されており、偶発的に、堆積物がレーザ構造体上の第1電極及び第2電極を短絡させている。 A structure in which an insulating film and a metal film are sequentially arranged on the rear end face may be short-circuited by applying electricity to the quantum cascade laser. According to the inventor's observation, insulator and metal deposits are formed on the first electrode and the second electrode on the laser structure, and incidentally, the deposit is first on the laser structure. The electrode and the second electrode are short-circuited.
本発明の一側面は、後端面に金属膜を用いる量子カスケードレーザに、レーザ構造体、第1電極及び第2電極と金属膜との間の短絡の可能性を低減できる構造を提供することを目的とし、またサブマウント及び該サブマウントに搭載された量子カスケードレーザを含む発光装置を提供することを目的とする。 One aspect of the present invention is to provide a quantum cascade laser that uses a metal film on the rear end face, and a structure that can reduce the possibility of a short circuit between the laser structure, the first electrode and the second electrode, and the metal film. It is another object of the present invention to provide a light emitting device including a submount and a quantum cascade laser mounted on the submount.
本発明の一側面に係る発光装置は、導電層を搭載する搭載面と、該搭載面の前縁から隔置された上縁を有する端面とを有するサブマウントと、前記サブマウントの前記搭載面及び前記前縁上に設けられる量子カスケードレーザと、を備え、前記量子カスケードレーザは、第1軸の方向に延在する導波路メサと前記導波路メサを搭載する基板とを含み、前記導波路メサを終端させる第1端面、並びに前記第1軸の方向に交差する第2軸の方向に配列された第1面及び第2面を有するレーザ構造体と、前記レーザ構造体の前記第1面上に設けられた第1電極と、前記レーザ構造体の前記第2面上に設けられた第2電極と、前記レーザ構造体上に設けられた反射構造物と、を含み、前記レーザ構造体は、前記第1軸の方向に配列された第1領域、第2領域、及び第3領域を含み、前記第1領域は、前記第1端面を含み、前記第3領域は、前記第1領域と前記第2領域との間に設けられ、前記サブマウントの前記搭載面は、前記量子カスケードレーザの前記レーザ構造体の前記第2領域を支持し、前記反射構造物は、絶縁膜及び金属膜を含み、前記金属膜は、前記第1領域における前記第1面上の第1縁と、前記第1領域における前記第2面上の第2縁とを有し、前記金属膜は、前記第1電極、前記第2電極及び前記第1端面上を該金属膜の前記第1縁から該金属膜の前記第2縁まで延在し、前記絶縁膜は、前記第1領域における前記第1面上の第1縁と、前記第1領域における前記第2面上の第2縁とを有すると共に、前記第1端面に接触を成して該絶縁膜の前記第1縁から該絶縁膜の前記第2縁まで延在し、前記絶縁膜は、前記金属膜の前記第1縁及び前記第2縁と前記レーザ構造体との間に位置する。 A light-emitting device according to one aspect of the present invention includes a mounting surface on which a conductive layer is mounted, a submount having an upper surface spaced from a front edge of the mounting surface, and the mounting surface of the submount. And a quantum cascade laser provided on the leading edge, the quantum cascade laser including a waveguide mesa extending in a first axis direction and a substrate on which the waveguide mesa is mounted, and the waveguide A first end surface for terminating a mesa, a laser structure having a first surface and a second surface arranged in a direction of a second axis intersecting the direction of the first axis, and the first surface of the laser structure A first electrode provided on the second electrode; a second electrode provided on the second surface of the laser structure; and a reflective structure provided on the laser structure; Are first regions arranged in the direction of the first axis, An area, and a third area, the first area includes the first end face, the third area is provided between the first area and the second area, and the mounting of the submount A surface supports the second region of the laser structure of the quantum cascade laser, the reflective structure includes an insulating film and a metal film, and the metal film is on the first surface in the first region. A first edge of the metal film, and a second edge on the second surface in the first region, and the metal film is formed on the first electrode, the second electrode, and the first end face of the metal film. The insulating film extends from the first edge to the second edge of the metal film, and the insulating film has a first edge on the first surface in the first region and on the second surface in the first region. A second edge and in contact with the first end face from the first edge of the insulating film to the front of the insulating film. It extends to the second edge, wherein the insulating film is located between the first edge and the second edge of the metal film and the laser structure.
本発明の別側面に係る量子カスケードレーザは、第1軸の方向に延在する導波路メサと前記導波路メサを搭載する基板とを含み、前記導波路メサを終端させる第1端面、並びに前記第1軸の方向に交差する第2軸の方向に配列された第1面及び第2面を有するレーザ構造体と、前記レーザ構造体の前記第1面上に設けられた第1電極と、前記レーザ構造体の前記第2面上に設けられた第2電極と、前記レーザ構造体上に設けられた反射構造物と、を含み、前記レーザ構造体は、前記第1軸の方向に配列された第1領域、第2領域、及び第3領域を含み、前記第1領域は、前記第1端面を含み、前記第3領域は、前記第1領域と前記第2領域との間に設けられ、前記反射構造物は、絶縁膜及び金属膜を含み、前記金属膜は、前記第1領域における前記第1面上の第1縁と、前記第1領域における前記第2面上の第2縁とを有し、前記金属膜は、前記第1電極、前記第2電極及び前記第1端面上において該金属膜の前記第1縁から該金属膜の前記第2縁まで前記絶縁膜上を延在し、前記絶縁膜は、前記第1領域における前記第1面上の第1縁と、前記第1領域における前記第2面上の第2縁とを有すると共に前記金属膜の前記第1縁及び前記第2縁と前記レーザ構造体の間に位置し、前記絶縁膜は、前記第1端面に接触を成して該絶縁膜の前記第1縁から該絶縁膜の前記第2縁まで延在する。 A quantum cascade laser according to another aspect of the present invention includes a waveguide mesa extending in a direction of a first axis, a substrate on which the waveguide mesa is mounted, a first end surface that terminates the waveguide mesa, and the A laser structure having a first surface and a second surface arranged in a direction of a second axis intersecting the direction of the first axis, and a first electrode provided on the first surface of the laser structure; A second electrode provided on the second surface of the laser structure; and a reflective structure provided on the laser structure, wherein the laser structure is arranged in the direction of the first axis. A first region, a second region, and a third region, wherein the first region includes the first end face, and the third region is provided between the first region and the second region. The reflective structure includes an insulating film and a metal film, and the metal film is in the first region. A first edge on the first surface and a second edge on the second surface in the first region, wherein the metal film is on the first electrode, the second electrode, and the first end surface; Extending over the insulating film from the first edge of the metal film to the second edge of the metal film, the insulating film comprising: a first edge on the first surface in the first region; A second edge on the second surface in the first region and located between the first edge and the second edge of the metal film and the laser structure, and the insulating film is formed on the first end face. And extending from the first edge of the insulating film to the second edge of the insulating film.
本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。 The above and other objects, features, and advantages of the present invention will become more readily apparent from the following detailed description of preferred embodiments of the present invention, which proceeds with reference to the accompanying drawings.
以上説明したように、本発明のいくつの側面によれば、後端面に金属膜を用いる量子カスケードレーザに、レーザ構造体、第1電極及び第2電極と金属膜との間の短絡の可能性を低減できる構造を提供でき、また、サブマウント及び該サブマウントに搭載された量子カスケードレーザを含む発光装置を提供できる。 As described above, according to some aspects of the present invention, a quantum cascade laser using a metal film on the rear end face may cause a short circuit between the laser structure, the first electrode and the second electrode, and the metal film. In addition, a light emitting device including a submount and a quantum cascade laser mounted on the submount can be provided.
いくつかの具体例を記述する。 Some specific examples are described.
具体例に係る発光装置は、(a)導電層を搭載する搭載面と、該搭載面の前縁から隔置された上縁を有する端面とを有するサブマウントと、(b)前記サブマウントの前記搭載面及び前記前縁上に設けられる量子カスケードレーザと、を備え、前記量子カスケードレーザは、第1軸の方向に延在する導波路メサと前記導波路メサを搭載する基板とを含み、前記導波路メサを終端させる第1端面、並びに前記第1軸の方向に交差する第2軸の方向に配列された第1面及び第2面を有するレーザ構造体と、前記レーザ構造体の前記第1面上に設けられた第1電極と、前記レーザ構造体の前記第2面上に設けられた第2電極と、前記レーザ構造体上に設けられた反射構造物と、を含み、前記レーザ構造体は、前記第1軸の方向に配列された第1領域、第2領域、及び第3領域を含み、前記第1領域は、前記第1端面を含み、前記第3領域は、前記第1領域と前記第2領域との間に設けられ、前記サブマウントの前記搭載面は、前記量子カスケードレーザの前記レーザ構造体の前記第2領域を支持し、前記反射構造物は、絶縁膜及び金属膜を含み、前記金属膜は、前記第1領域における前記第1面上の第1縁と、前記第1領域における前記第2面上の第2縁とを有し、前記金属膜は、前記第1電極、前記第2電極及び前記第1端面上を該金属膜の前記第1縁から該金属膜の前記第2縁まで延在し、前記絶縁膜は、前記第1領域における前記第1面上の第1縁と、前記第1領域における前記第2面上の第2縁とを有すると共に、前記第1端面に接触を成して該絶縁膜の前記第1縁から該絶縁膜の前記第2縁まで延在し、前記絶縁膜は、前記金属膜の前記第1縁及び前記第2縁と前記レーザ構造体との間に位置する。 A light emitting device according to a specific example includes: (a) a submount having a mounting surface on which a conductive layer is mounted; and an end surface having an upper edge spaced from the front edge of the mounting surface; A quantum cascade laser provided on the mounting surface and the front edge, the quantum cascade laser including a waveguide mesa extending in a first axis direction and a substrate on which the waveguide mesa is mounted; A laser structure having a first end surface for terminating the waveguide mesa, and a first surface and a second surface arranged in a direction of a second axis intersecting the direction of the first axis; and the laser structure of the laser structure A first electrode provided on the first surface, a second electrode provided on the second surface of the laser structure, and a reflective structure provided on the laser structure, The laser structure is a first region arranged in the direction of the first axis. A second region and a third region; the first region includes the first end surface; the third region is provided between the first region and the second region; and The mounting surface supports the second region of the laser structure of the quantum cascade laser, the reflective structure includes an insulating film and a metal film, and the metal film includes the first region in the first region. A first edge on the surface and a second edge on the second surface in the first region, and the metal film is formed on the first electrode, the second electrode, and the first end surface. The insulating film extends from the first edge of the film to the second edge of the metal film, and the insulating film includes a first edge on the first surface in the first region and the second surface in the first region. And an insulating film from the first edge of the insulating film in contact with the first end face. It extends to the second edge, wherein the insulating film is located between the first edge and the second edge of the metal film and the laser structure.
発光装置によれば、サブマウントは、端面の上縁から隔置された搭載面を有しており、搭載面は、レーザ構造体の第2領域を支持すると共に第3領域を支持しない。この結果、量子カスケードレーザの反射構造物の金属膜を搭載面上の導電層から離すことができる。 According to the light emitting device, the submount has a mounting surface spaced from the upper edge of the end surface, and the mounting surface supports the second region of the laser structure and does not support the third region. As a result, the metal film of the reflective structure of the quantum cascade laser can be separated from the conductive layer on the mounting surface.
量子カスケードレーザは、共振器のための反射構造物をレーザ構造体上に有する。反射構造物は金属膜及び絶縁膜を含み、金属膜及び絶縁膜は、第1領域の第1面及び第2面上にも設けられる。 The quantum cascade laser has a reflective structure for the resonator on the laser structure. The reflective structure includes a metal film and an insulating film, and the metal film and the insulating film are also provided on the first surface and the second surface of the first region.
具体的には、反射構造物の金属膜は、第1端面上の主部分と、第1領域の第1面及び第2面上にそれぞれ位置する第1部分及び第2部分とを含む構造を有し、該主部分に連続的に繋がる第1部分及び第2部分の形成により、金属膜の主部分に所望の厚みを提供できる。 Specifically, the metal film of the reflective structure has a structure including a main portion on the first end surface, and a first portion and a second portion located on the first surface and the second surface of the first region, respectively. By forming the first portion and the second portion that are continuously connected to the main portion, a desired thickness can be provided to the main portion of the metal film.
また、絶縁膜は、金属膜の第1縁及び第2縁とレーザ構造体の間に位置すると共に第1端面に接触を成す。絶縁膜は、第1端面上において第1端面に接触を成す主部分と、該主部分に繋がり第1領域の第1面及び第2面上にそれぞれ位置する第1部分及び第2部分とを含む構造を有する。該主部分に連続的に繋がる第1部分及び第2部分の形成により、主部分に加えて第1部分及び第2部分にも所望の厚みを提供して、金属膜が第1端面に接触しないようにできる。 The insulating film is located between the first edge and the second edge of the metal film and the laser structure and is in contact with the first end face. The insulating film includes a main portion that contacts the first end surface on the first end surface, and a first portion and a second portion that are connected to the main portion and located on the first surface and the second surface of the first region, respectively. It has a structure including. By forming the first part and the second part continuously connected to the main part, a desired thickness is provided to the first part and the second part in addition to the main part, and the metal film does not contact the first end face. You can
さらに、絶縁膜は、第1面及び第2面上において、金属膜の第1縁及び第2縁とレーザ構造体の間に設けられて、金属膜が絶縁膜の第1縁及び第2縁を覆うことを避けることができ、これによって、確実に、反射構造物の金属膜を量子カスケードレーザの第1電極及び第2電極から離すことができる。 Furthermore, the insulating film is provided between the first edge and the second edge of the metal film and the laser structure on the first surface and the second surface, and the metal film is provided with the first edge and the second edge of the insulating film. Thus, the metal film of the reflecting structure can be reliably separated from the first electrode and the second electrode of the quantum cascade laser.
具体例に係る量子カスケードレーザは、(a)第1軸の方向に延在する導波路メサと前記導波路メサを搭載する基板とを含み、前記導波路メサを終端させる第1端面、並びに前記第1軸の方向に交差する第2軸の方向に配列された第1面及び第2面を有するレーザ構造体と、(b)前記レーザ構造体の前記第1面上に設けられ第1電極と、(c)前記レーザ構造体の前記第2面上に設けられ第2電極と、(d)前記レーザ構造体上に設けられた反射構造物と、を含み、前記レーザ構造体は、前記第1軸に配列された第1領域、第2領域、及び第3領域を含み、前記第1領域は、前記第1端面を含み、前記第3領域は、前記第1領域と前記第2領域との間に設けられ、前記反射構造物は、絶縁膜及び金属膜を含み、前記金属膜は、前記第1領域における前記第1面上の第1縁と、前記第1領域における前記第2面上の第2縁とを有し、前記金属膜は、前記第1電極、前記第2電極及び前記第1端面上において該金属膜の前記第1縁から該金属膜の前記第2縁まで前記絶縁膜上を延在し、前記絶縁膜は、前記第1領域における前記第1面上の第1縁と、前記第1領域における前記第2面上の第2縁とを有すると共に前記金属膜の前記第1縁及び前記第2縁と前記レーザ構造体の間に位置し、前記絶縁膜は、前記第1端面に接触を成して該絶縁膜の前記第1縁から該絶縁膜の前記第2縁まで連続する。 A quantum cascade laser according to a specific example includes (a) a first end face that includes a waveguide mesa extending in a first axis direction and a substrate on which the waveguide mesa is mounted, and terminates the waveguide mesa; A laser structure having a first surface and a second surface arranged in a direction of a second axis intersecting the direction of the first axis; and (b) a first electrode provided on the first surface of the laser structure. And (c) a second electrode provided on the second surface of the laser structure, and (d) a reflective structure provided on the laser structure, the laser structure comprising: The first region includes the first region, the second region, and the third region, the first region includes the first end surface, and the third region includes the first region and the second region. The reflective structure includes an insulating film and a metal film, and the metal film is formed in the first region. A first edge on the first surface and a second edge on the second surface in the first region, wherein the metal film comprises the first electrode, the second electrode, and the first end surface. Extending over the insulating film from the first edge of the metal film to the second edge of the metal film, the insulating film having a first edge on the first surface in the first region; A second edge on the second surface in the first region and located between the first edge and the second edge of the metal film and the laser structure, the insulating film being the first edge Continuing from the first edge of the insulating film to the second edge of the insulating film in contact with the end face.
量子カスケードレーザによれば、共振器のための反射構造物がレーザ構造体上に設けられる。反射構造物は金属膜及び絶縁膜を含み、金属膜及び絶縁膜は、第1領域の第1面及び第2面上にも設けられる。 According to the quantum cascade laser, a reflecting structure for the resonator is provided on the laser structure. The reflective structure includes a metal film and an insulating film, and the metal film and the insulating film are also provided on the first surface and the second surface of the first region.
具体的には、反射構造物の金属膜は、第1端面上の主部分と、第1領域の第1面及び第2面上にそれぞれ位置する第1部分及び第2部分とを含む構造を有し、該主部分に連続的に繋がる第1部分及び第2部分の形成により、金属膜の主部分に所望の厚みを提供できる。 Specifically, the metal film of the reflective structure has a structure including a main portion on the first end surface, and a first portion and a second portion located on the first surface and the second surface of the first region, respectively. By forming the first portion and the second portion that are continuously connected to the main portion, a desired thickness can be provided to the main portion of the metal film.
また、絶縁膜は、金属膜の第1縁及び第2縁とレーザ構造体の間に位置すると共に第1端面に接触を成す。絶縁膜は、第1端面上において第1端面に接触を成す主部分と、該主部分に繋がり第1領域の第1面及び第2面上にそれぞれ位置する第1部分及び第2部分とを含む構造を有する。該主部分に連続的に繋がる第1部分及び第2部分の形成により、主部分に加えて第1部分及び第2部分にも所望の厚みを提供して、金属膜が第1端面に接触しないようにできる。 The insulating film is located between the first edge and the second edge of the metal film and the laser structure and is in contact with the first end face. The insulating film includes a main portion that contacts the first end surface on the first end surface, and a first portion and a second portion that are connected to the main portion and located on the first surface and the second surface of the first region, respectively. It has a structure including. By forming the first part and the second part continuously connected to the main part, a desired thickness is provided to the first part and the second part in addition to the main part, and the metal film does not contact the first end face. You can
さらに、絶縁膜は、第1面及び第2面上において、金属膜の第1縁及び第2縁とレーザ構造体の間に設けられて、金属膜が絶縁膜の第1縁及び第2縁を覆うことを避けることができ、これによって、反射構造物の金属膜を量子カスケードレーザの第1電極及び第2電極から離すことができる。 Furthermore, the insulating film is provided between the first edge and the second edge of the metal film and the laser structure on the first surface and the second surface, and the metal film is provided with the first edge and the second edge of the insulating film. Thus, the metal film of the reflecting structure can be separated from the first electrode and the second electrode of the quantum cascade laser.
具体例に係る発光装置では、前記サブマウントの前記端面は、前記第1軸の方向に交差する基準面に沿って延在しており、前記量子カスケードレーザは、前記基準面を越えて突出していない。 In the light emitting device according to the specific example, the end surface of the submount extends along a reference plane intersecting the direction of the first axis, and the quantum cascade laser protrudes beyond the reference plane. Absent.
発光装置によれば、量子カスケードレーザは基準面に対して後退して、意図しない損傷の可能性を低減する。 According to the light emitting device, the quantum cascade laser is retracted with respect to the reference plane to reduce the possibility of unintentional damage.
具体例に係る発光装置では、前記レーザ構造体は、前記第1端面の反対側の第2端面を含み、前記サブマウントは、前記搭載面より突出する突起を有し、前記サブマウントの前記突起は、前記量子カスケードレーザの前記第2端面を位置決めしている。 In the light emitting device according to the specific example, the laser structure includes a second end surface opposite to the first end surface, and the submount includes a protrusion protruding from the mounting surface, and the protrusion of the submount Positions the second end face of the quantum cascade laser.
発光装置によれば、量子カスケードレーザの第2端面を位置決めは、第2端面の位置をサブマウントに対して正確に決めることを可能にする。 According to the light emitting device, positioning the second end face of the quantum cascade laser allows the position of the second end face to be accurately determined with respect to the submount.
具体例に係る発光装置では、前記第2電極は、前記基板に接触を成しており、前記第1端面の下端から離れた縁を有する。 In the light emitting device according to the specific example, the second electrode is in contact with the substrate and has an edge separated from the lower end of the first end face.
発光装置によれば、第2電極は、第1端面まで延在していなくてもよい。 According to the light emitting device, the second electrode may not extend to the first end surface.
具体例に係る発光装置では、前記サブマウントは、前記搭載面の前記縁に位置する段差と、前記端面の前記上縁から該段差の下端まで前記第1軸の方向に延在する窪面とを有し、前記段差は、前記搭載面から前記窪面に延在する側端面を有し、前記窪面は、前記量子カスケードレーザの前記反射構造物から離れている。 In the light emitting device according to the specific example, the submount includes a step located at the edge of the mounting surface, and a recessed surface extending in the direction of the first axis from the upper edge of the end surface to the lower end of the step. The step has a side end surface extending from the mounting surface to the recessed surface, and the recessed surface is separated from the reflecting structure of the quantum cascade laser.
発光装置によれば、サブマウントの窪面は、搭載面の縁に位置する段差の側端面から端面の上縁まで第1軸の方向に延在しており、サブマウントの導電層から、量子カスケードレーザの反射構造物を離すことができる。 According to the light emitting device, the concave surface of the submount extends in the direction of the first axis from the side end surface of the step located at the edge of the mounting surface to the upper edge of the end surface. The reflecting structure of the cascade laser can be separated.
具体例に係る発光装置では、前記サブマウントの前記導電層は、前記段差の前記側端面上に設けられる。 In the light emitting device according to the specific example, the conductive layer of the submount is provided on the side end face of the step.
発光装置によれば、導電層が段差の側端面上に設けられることで、前記搭載面上の前記半田材が前記反射構造物に到達することを確実に回避できる。 According to the light emitting device, by providing the conductive layer on the side end surface of the step, it is possible to reliably avoid the solder material on the mounting surface from reaching the reflective structure.
具体例に係る発光装置では、前記サブマウントは、前記第1軸及び前記第2軸に交差する第3軸の方向に延在すると共に前記搭載面を終端させる一又は複数の溝を有しており、前記サブマウントは、前記第1軸の方向に配列された第1領域、第2領域、及び第3領域を含み、前記第1領域は、前記端面を含み、前記第2領域は、前記搭載面を含み、前記第3領域は前記溝を含み、前記第3領域は、前記第1領域と前記第2領域との間に設けられ、前記サブマウントの前記第1領域及び前記第2領域は、前記量子カスケードレーザを支持する。 In the light emitting device according to the specific example, the submount has one or a plurality of grooves extending in the direction of the third axis intersecting the first axis and the second axis and terminating the mounting surface. The submount includes a first region, a second region, and a third region arranged in the direction of the first axis, the first region includes the end surface, and the second region includes A mounting surface, the third region includes the groove, and the third region is provided between the first region and the second region, and the first region and the second region of the submount. Supports the quantum cascade laser.
発光装置によれば、サブマウントの溝は、サブマウントの第1領域及び第2領域が量子カスケードレーザを支持することを可能にすると共に、サブマウントの第3領域は、量子カスケードレーザを支持しない。 According to the light emitting device, the submount groove allows the first and second regions of the submount to support the quantum cascade laser, and the third region of the submount does not support the quantum cascade laser. .
具体例に係る発光装置は、前記量子カスケードレーザの前記第2電極を前記導電層に固定する半田材を更に備える。 The light emitting device according to the specific example further includes a solder material that fixes the second electrode of the quantum cascade laser to the conductive layer.
発光装置によれば、導電層上の半田材が、反射構造物から離される。 According to the light emitting device, the solder material on the conductive layer is separated from the reflective structure.
具体例に係る発光装置では、前記半田材は、AuSn、Sn、SnPb、AgSn、In、及び銀ペーストのいずれかを含む。 In the light emitting device according to the specific example, the solder material includes any of AuSn, Sn, SnPb, AgSn, In, and silver paste.
発光装置によれば、上記の半田材を使用可能である。 According to the light emitting device, the above solder material can be used.
具体例に係る発光装置では、前記サブマウントは、AlN、CuW、CuMo、及びダイヤモンドのいずれかを含む。 In the light emitting device according to the specific example, the submount includes any one of AlN, CuW, CuMo, and diamond.
発光装置によれば、上記のサブマウント材を使用可能である。 According to the light emitting device, the above-described submount material can be used.
具体例に係る発光装置では、前記サブマウントを搭載すると共に前記サブマウントにダイボンドされたキャリアを更に備える。 The light emitting device according to the specific example further includes a carrier on which the submount is mounted and die-bonded to the submount.
発光装置によれば、サブマウントはキャリアにダイボンドされてもよい。 According to the light emitting device, the submount may be die-bonded to the carrier.
具体例に係る発光装置では、前記キャリアは、Cu、CuW、Fe合金、及び真鍮のいずれかを含む。 In the light emitting device according to the specific example, the carrier includes any one of Cu, CuW, Fe alloy, and brass.
発光装置によれば、上記のキャリア材を使用可能である。 According to the light emitting device, the carrier material described above can be used.
具体例に係る発光装置及び量子カスケードレーザでは、前記絶縁膜は、SiO2、SiON、SiN、アルミナ、BCB、ポリイミドのいずれかを含む。 In the light emitting device and the quantum cascade laser according to the specific example, the insulating film includes any of SiO 2 , SiON, SiN, alumina, BCB, and polyimide.
発光装置及び量子カスケードレーザによれば、上記の絶縁膜を使用可能である。 According to the light emitting device and the quantum cascade laser, the above insulating film can be used.
具体例に係る発光装置及び量子カスケードレーザでは、前記金属膜は金を含む。 In the light emitting device and the quantum cascade laser according to the specific example, the metal film includes gold.
発光装置及び量子カスケードレーザによれば、金属膜に金を使用可能である。 According to the light emitting device and the quantum cascade laser, gold can be used for the metal film.
本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、発光装置、及び量子カスケードレーザ、並びに発光装置及び量子カスケードレーザを作製する方法に係る実施形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。 The knowledge of the present invention can be easily understood by considering the following detailed description with reference to the accompanying drawings shown as examples. Subsequently, embodiments of the light emitting device, the quantum cascade laser, and the method for manufacturing the light emitting device and the quantum cascade laser will be described with reference to the accompanying drawings. Where possible, the same parts are denoted by the same reference numerals.
図1は、本実施形態に係る発光装置を模式的に示す図面である。図2は、本実施形態に係る発光装置の量子カスケードレーザの反射端部を模式的に示す一部破断図である。図3の(a)部は、図2に示されたIIIa−IIIa線に沿ってとられた断面を示す図面である。図3の(b)部は、図2に示されたIIIb−IIIb線に沿ってとられた断面を示す図面である。図4の(a)部及び(b)部は、本実施形態に係る発光装置の量子カスケードレーザの出射端部を模式的に示す一部破断図である。 FIG. 1 is a drawing schematically showing a light emitting device according to this embodiment. FIG. 2 is a partially broken view schematically showing a reflection end portion of the quantum cascade laser of the light emitting device according to the present embodiment. Part (a) of FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line IIIa-IIIa shown in FIG. Part (b) of FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line IIIb-IIIb shown in FIG. Parts (a) and (b) of FIG. 4 are partially broken views schematically showing the emission end of the quantum cascade laser of the light emitting device according to this embodiment.
図1を参照すると、発光装置11は、量子カスケードレーザ13及びサブマウント15を備える。量子カスケードレーザ13は、サブマウント15上に設けられる。
Referring to FIG. 1, the
図1〜図4を参照すると、量子カスケードレーザ13は、レーザ構造体17、第1電極19、第2電極21、及び反射構造物23を含む。レーザ構造体17は、第1軸Ax1の方向に延在する導波路メサ25、導波路メサ25を搭載する基板27、第1端面29、及び第2端面31を含む。第1端面29及び第2端面31は、第1軸Ax1の方向に配列される。導波路メサ25は、第1端面29において終端しており、本実施例では、導波路メサ25は第2端面31から第1端面29まで延在する。レーザ構造体17は、第1面17a及び第2面17bを有しており、第1面17a及び第2面17bは、第1軸Ax1の方向に交差する第2軸Ax2の方向に配列されると共に、第1軸Ax1の方向に延在する。第1電極19及び第2電極21は、それぞれ、レーザ構造体17の第1面17a及び第2面17b上に設けられ、具体的には、レーザ構造体17の第1面17a及び第2面17bに接触を成す。レーザ構造体17は、第1領域17c、第2領域17d、及び第3領域17eを含み、第1領域17c、第2領域17d、及び第3領域17eは、第1軸Ax1方向に配列される。第3領域17eは、第1領域17cと第2領域17dとの間に設けられる。第1領域17cは、第1端面29を含み、第2領域17dは、第2端面31を含むことができる。
1 to 4, the
反射構造物23は、レーザ構造体17上に設けられる。具体的には、反射構造物23は、第1端面29上に設けられ、第2端面31には設けられない。反射構造物23は、金属膜33及び絶縁膜35を含む。
The
金属膜33は、第1領域17cにおける第1面17a上に位置する第1縁33aと、第1領域17cにおける第2面17b上に位置する第2縁33bとを有する。金属膜33は、第1電極19、第2電極21及び第1端面29上を該金属膜33の第1縁33aから該金属膜33の第2縁33bまで延在する。
The
絶縁膜35は、第1領域17cにおける第1面17a上に位置する第1縁35aと、第1領域17cにおける第2面17b上に位置する第2縁35bとを有すると共に、第1端面29に接触を成して該絶縁膜35の第1縁35aから該絶縁膜35の第2縁35bまで連続する。絶縁膜35は、金属膜33の第1縁33a及び第2縁33bとレーザ構造体17との間に位置する。
The insulating
量子カスケードレーザ13によれば、共振器のための反射構造物23がレーザ構造体17上に設けられる。反射構造物23は金属膜33及び絶縁膜35を含み、絶縁膜35は、金属膜33の第1縁33a及び第2縁33bとレーザ構造体17の間に位置すると共に第1端面29に接触を成す。反射構造物23の金属膜33は、第1端面29上に設けられる主部分33cと、第1領域17cの第1面17a及び第2面17b上にそれぞれ位置する第1部分33d及び第2部分33eとを含み、該主部分33cに繋がる第1部分33d及び第2部分33eの形成により、金属膜33の主部分33cに所望の厚みを提供できる。
According to the
絶縁膜35は、第1端面29に接触を成す主部分35cと、該主部分35cに繋がっており第1領域17cの第1面17a及び第2面17b上にそれぞれ設けられる第1部分35d及び第2部分35eとを含む。該主部分35cに繋がる第1部分35d及び第2部分35eの形成により、主部分35cに所望の厚みを提供して、確実に、金属膜33が第1端面29に接触しないようにできる。絶縁膜35が、第1面17a及び第2面17b上において、金属膜33の第1縁33a及び第2縁35bとレーザ構造体17の間に設けられて、金属膜33が絶縁膜35の第1縁35a及び第2縁35bを覆うことを避けることができ、これによって、反射構造物23の金属膜33を量子カスケードレーザ13の第1電極19及び第2電極21から離すことができる。
The insulating
図1を再び参照するとサブマウント15は、ベース15a及びベース15a上の導電層15bを備え、ベース15aは、導電層15bを搭載する搭載面15cと端面15dとを有する、端面15dは、該搭載面15cの前縁15eから隔置された上縁15fを有する。搭載面15cの前縁15e及び端面15dの上縁15fは、第1軸Ax1の方向に配列される。
Referring back to FIG. 1, the
サブマウント15の搭載面15cは、量子カスケードレーザ13のレーザ構造体17の第2領域17dを支持するが、量子カスケードレーザ13のレーザ構造体17の第3領域17eを支持しない。
The mounting
発光装置11によれば、サブマウント15は、端面15dの上縁15fから隔置された搭載面15cを有しており、搭載面15cは、レーザ構造体17の第2領域17dを支持すると共に第3領域17eを支持しない。この結果、量子カスケードレーザ13の反射構造物23の金属膜33を搭載面15c上の導電層15bから離すことができる。
According to the
量子カスケードレーザ13は、共振器のための反射構造物23をレーザ構造体17上に有する。反射構造物23は金属膜33及び絶縁膜35を含み、金属膜33及び絶縁膜35は、第1領域17cの第1面17a及び第2面17b上にも設けられる。
The
具体的には、反射構造物23の金属膜33は、第1端面29上に位置する主部分33cと、第1領域17cの第1面17a及び第2面17b上にそれぞれ位置する第1部分33d及び第2部分33eとを含む構造を有し、該主部分33cに連続的に繋がる第1部分33d及び第2部分33eの形成により、金属膜33の主部分33cに所望の厚みを提供できる。また、絶縁膜35は、金属膜33の第1縁33a及び第2縁33bとレーザ構造体17の間に位置すると共に、第1端面29に接触を成す。絶縁膜35は、第1端面29上において第1端面29に接触を成す主部分35cと、該主部分35cに繋がっており第1領域17cの第1面17a及び第2面17b上にそれぞれ接触を成す第1部分35d及び第2部分35eとを含む構造を有する。該主部分35cに連続的に繋がる第1部分35d及び第2部分35eの形成により、主部分35cに加えて第1部分35d及び第2部分35eにも所望の厚みを提供して、確実に、金属膜33が第1端面29に接触しないようにできる。
Specifically, the
さらに、絶縁膜35は、第1面17a及び第2面17b上において、金属膜33の第1縁33a及び第2縁33bとレーザ構造体17の間に設けられて、金属膜33が絶縁膜35の第1縁35a及び第2縁35bを到達することまたは覆うことを避けることができ、これによって、確実に、反射構造物23の金属膜33を量子カスケードレーザ13の第1電極19及び第2電極21から離すことができる。
Further, the insulating
絶縁膜35は、SiO2、SiON、SiN、アルミナ、ベンゾシクロブテン(BCB)、ポリイミドのうちの少なくともいずれかを含むことができる。発光装置11によれば、上記の絶縁材を絶縁膜35に使用可能である。これらの絶縁体は、優れた耐久性及び絶縁性を提供できる。これらの誘電体膜はスパッタやCVD、スピンコートといった成膜法を用いて容易に形成されることができる。
The insulating
また、金属膜33は金を含むことができる。発光装置11によれば、金属膜33に金を使用可能である。金膜は、例えば蒸着により形成されることができる。
The
発光装置11は、量子カスケードレーザ13の第2電極21をサブマウント15の導電層15bに固定する半田材37を更に備えることができる。発光装置11によれば、導電層15b上の半田材37が、反射構造物23から離される。
The
サブマウント15のベース15aは、AlN、CuW、CuMo、及びダイヤモンドのうちの少なくともいずれかを含むことができる。発光装置11によれば、サブマウント15は、上記のサブマウント材を使用可能である。必要な場合には、サブマウント15は、搭載面15cに絶縁性を与える絶縁膜を導電性のベース15a上に備えることができる。また、半田材37は、AuSn、Sn、SnPb、AgSn、In、及び銀ペーストのうちの少なくともいずれかを含むことができる。発光装置11によれば、上記の半田材を使用可能である。
The
発光装置11は、サブマウント15を搭載するキャリア39を更に備えることができる。サブマウント15はキャリア39にダイボンドされてもよい。キャリア39は、Cu、CuW、Fe合金、及び真鍮のいずれかを含むことができる。発光装置11によれば、上記のキャリア材を使用可能である。
The
図2及び図3を参照すると、量子カスケードレーザ13では、導波路メサ25は、コア層25a、下部クラッド層25b、及び上部クラッド層25cを含み、コンタクト層25dを更に含むことができる。量子カスケードレーザ13は、ファブリペロ−型を有することができる。或いは、量子カスケードレーザ13は、分布帰還型を有することができ、回折格子層25eを更に含む。回折格子層25eは、量子カスケードレーザ13の発振波長を規定する周期構造を有する。本実施例では、導波路メサ25は、下部クラッド層25b、コア層25a、回折格子層25e、上部クラッド層25c、及びコンタクト層25dを含み、基板27の主面27a上に順に配列される。量子カスケードレーザ13は、導波路メサ25の側面を埋め込み、電流ブロック層として機能する半導体埋込領域26を含むことができ、半導体埋込領域26は、高比抵抗のアンドープ半導体及び/又は半絶縁性半導体を備える。第1電極19が、半導体埋込領域26及び導波路メサ25上に設けられ、第2電極21が、基板27の裏面27b上に設けられる。基板27は、例えば導電性の半導体基板を含むことができる。
2 and 3, in the
本実施例では、発光装置11は、第2端面31上に設けられた、保護膜或いは端面反射率制御膜として機能する端面膜38を含むことができ、端面膜38を介してレーザ光ビームLを出射することができる。或いは、発光装置11は、端面膜38を備えることなく、第2端面31から直接にレーザ光ビームLを出射することができる。
In the present embodiment, the
量子カスケードレーザ13では、図4の(a)部に示されるように、反射構造物23の金属膜33は、第1縁33aの位置において厚さT33Uを有しており、厚さT33Uは例えば10nm以上である。反射構造物23の絶縁膜35は、第1縁35aの位置において厚さT35Uを有しており、厚さT35Uは例えば20nm以上である。また、金属膜33の第1縁33aと絶縁膜35の第1縁35aとの上部間隔EXTUは例えば10〜100nmである。
In the
図4の(b)部に示されるように、反射構造物23の金属膜33は、第2縁33bの位置において厚さT33Dを有しており、厚さT33Dは例えば10nm以上である。反射構造物23の絶縁膜35は、第2縁35bの位置において厚さT35Dを有しており、厚さT35Dは例えば20nm以上である。また、金属膜33の第2縁33bと絶縁膜35の第2縁35bとの上部間隔EXTDは例えば10〜100nmである。
4B, the
反射構造物23の金属膜33は、第1端面29上において厚さT33Fを有しており、厚さT33Fは例えば50〜200nmである。十分な大きさの厚さT33U、T33Dは、第1端面29上において所望の厚さT33Fを提供できる。また、反射構造物23の絶縁膜35は、第1端面29上において厚さT35Fを有しており、厚さT35Fは例えば100〜300nmである。十分な大きさの厚さT35U、T35Dは、第1端面29上において所望の厚さT35Fを提供できる。
The
図5〜図8を参照しながら、量子カスケードレーザ13を作製する方法を説明する。理解を容易にするために、可能な場合には、量子カスケードレーザ13に用いられた参照符号を用いて製造方法を説明する。
A method for producing the
図5の(a)部に示されるように、基板生産物SPを準備する。本実施例では、基板生産物SPは、支持体(基板27)と、支持体上を延在する複数の導波路メサ25と、導波路メサ25を埋め込む半導体埋込領域26と、上部電極層(第1電極19)の連続膜と、下部電極層(第2電極21)の連続膜とを含む。基板生産物SPは、4本のレーザバーLDBを作製可能な素子アレイを含む。基板生産物SPは、結晶成長、フォトリソグラフィ、エッチング、再成長といった半導体プロセスを用いて作製され、ウエハ生産物から作製される。
As shown in part (a) of FIG. 5, a substrate product SP is prepared. In this embodiment, the substrate product SP includes a support (substrate 27), a plurality of
図5の(b)部に示されるように、基板生産物SPをへき開により分割して、レーザバーLDB1を得る。レーザバーLDB1は、12個の素子区画を含む一次元アレイを有する。 As shown in part (b) of FIG. 5, the substrate product SP is divided by cleavage to obtain a laser bar LDB1. The laser bar LDB1 has a one-dimensional array including 12 element sections.
図6の(a)部に示されるように、第1端面29上に絶縁膜35のための堆積を行う。所望の第1縁35a及び第2縁35bを得るために、上部プロテクタPTU及び下部プロテクタPTDが用いられる、上部プロテクタPTU及び下部プロテクタPTDは、それぞれ、レーザバーLDB1のレーザ構造体17の第1領域を覆わないように上部プロテクタPTU及び下部プロテクタPTDを位置合わせして、第1電極19及び第2電極21を覆う。上部プロテクタPTU及び下部プロテクタPTDは、レーザバーLDB1のレーザ構造体17の第1領域17c上の第1電極19及び第2電極21、並びに第1端面29を覆わない。上部プロテクタPTU及び下部プロテクタPTDをレーザバーLDB1に取り付けた後に、レーザ構造体17の第1端面29に向けて絶縁膜35のためのフラックスF35を提供して、絶縁膜35の堆積を完了させる。絶縁膜35が、第1領域17cの第1電極19上及び第2電極21上並びに第1端面29上に形成される。
As shown in part (a) of FIG. 6, deposition for the insulating
図6の(b)部に示されるように、上部プロテクタPTU及び下部プロテクタPTDをレーザバーLDB1から取り除いて、所望の位置に第1縁35a及び第2縁35bを有する絶縁膜35を含むレーザバーLDB1を得る。
As shown in FIG. 6B, the upper protector PTU and the lower protector PTD are removed from the laser bar LDB1, and the laser bar LDB1 including the insulating
図7の(a)部に示されるように、第1端面29上に金属膜33のための堆積を行う。所望の第1縁33a及び第2縁33bを得るために、上部プロテクタPTU及び下部プロテクタPTDが用いられる、上部プロテクタPTU及び下部プロテクタPTDが、それぞれ、レーザバーLDB1上の絶縁膜35の第1縁35a及び第2縁35bを含む第1部分35d、及び第2部分35eの所望の一部のエリアを覆うように、上部プロテクタPTU及び下部プロテクタPTDを位置合わせして、第1電極19及び第2電極21並びに絶縁膜35の端部分を覆うことで、絶縁膜35の端部分の近くに金属が堆積されることを妨げる。上部プロテクタPTU及び下部プロテクタPTDは、レーザバーLDB1のレーザ構造体17の第1領域上において第1電極19及び第2電極21上の上記第1縁35a及び第2縁35bを含む所望の一部のエリア以外の絶縁膜35、及び第1端面29上の絶縁膜35を覆わない。
As shown in FIG. 7A, the
図7の(b)部に示されるように、上部プロテクタPTU及び下部プロテクタPTDをレーザバーLDB1に再び取り付けた後に、レーザ構造体17の第1端面29に向けて金属膜33のためのフラックスF33を提供して、金属膜33の堆積を完了させる。金属膜33の連続膜が、第1領域17cの第1面17a及び第2面17b並びに第1端面29上に形成される。
As shown in FIG. 7B, after the upper protector PTU and the lower protector PTD are attached again to the laser bar LDB1, the flux F33 for the
図8の(a)部に示されるように、上部プロテクタPTU及び下部プロテクタPTDをレーザバーLDB1から取り除いて、絶縁膜35上における所望の位置に第1縁33a及び第2縁33bを有する金属膜33を含むレーザバーLDB1を得る。
As shown in FIG. 8A, the upper protector PTU and the lower protector PTD are removed from the laser bar LDB1, and the
必要な場合には、図8の(b)部に示されるように、第2端面31上に端面膜38のための堆積を行う。上部プロテクタPTU及び下部プロテクタPTDをレーザバーLDB1に取り付けた後に、レーザ構造体17の第2端面31に向けてフラックスF38を提供して、堆積を完了させる。この後に、上部プロテクタPTU及び下部プロテクタPTDをレーザバーLDB1から取り除いて、絶縁膜35及び金属膜33を含むレーザバーLDB1を得る。レーザバーLDB1を素子区画の境界において分割して、反射構造物23を含む量子カスケードレーザ13を得る。
If necessary, deposition for the
(実施例1)
図9、図10を参照しながら、実施例1に係る量子カスケードレーザ13を説明する。図9は図10のIX−IX線に沿って取られた断面図である。基板27は、導電性を有しており、例えばn型InP基板を備えることができる。中赤外のレーザ光を放出する量子カスケードレーザの半導体層の半導体材料は、InPに近い格子定数を有する。InPの半導体基板は、これらの半導体層に良好な結晶品質を提供できる。InPは、中赤外光を透過可能であって、このInP基板は下部クラッドとして使用可能である。半導体基板は、分子線エピタキシー及び有機金属気相成長といった成長法による結晶成長に用いられる。
Example 1
The
下部クラッド層25b及び上部クラッド層25cは、中赤外光を透過可能なn−InPを備えることができ。下部クラッド層25b及び上部クラッド層25cのInPは、InP基板に格子整合する。また、InPは2元混晶であって、InP基板上に良好な結晶成長を提供できる。更に、InPの熱伝導性は、中赤外の量子カスケートレーザに使用可能な半導体材料の中で最も大きく、InPのクラッド層は、コア層25aからの良好な放熱を可能にして、量子カスケートレーザに向上された温度特性を提供できる。
The
コア層25aは、活性層及び注入層を含む単位構造の積層を用いており、具体的には、交互に多段に接続された活性層及び注入層を備える。活性層及び注入層の各々は、超格子構造を含み、超格子構造は、交互に積層された複数の量子井戸層及び複数のバリア層を含む。各量子井戸層は、数ナノメートル厚を有する薄膜であって、各バリア層は、量子井戸層よりも高いバンドギャップ及び数ナノメートル厚を有する薄膜である。量子カスケードレーザは、単一のキャリア、例えば電子を用いて、活性層内の伝導帯における電子のサブバンド上準位から下準位へのサブバンド間遷移によって放出される中赤外光を共振器で増幅する。サブバンド間遷移は、中赤外波長の光を提供できる。既に説明したように、コア層25aは、交互に配置された、超格子構造の活性層及び注入層の超格子構造から成り、注入層を経由することで、上流の活性層の伝導帯におけるサブバンド間遷移による発光をもたらした電子が、下流の活性層へスムーズに注入されて、各活性層におけるサブバン間遷移による発光が連続的に生じ、その結果、QCLとしての発振が可能になる。量子井戸層は、例えばGaInAs及びGaInAsPを備えることができ、バリア層はAlInAsを備えることができる。これらの材料を量子井戸層及びバリア層を含む活性層の超格子構造は、例えば3〜20μmの中赤外波長の遷移を提供する上準位と下準位とのエネルギー差を提供できる。
The
コンタクト層25d、必要な場合に使用される。コンタクト層25dは、第1電極19に良好なオーミックコンタクトを提供できる低いバンドギャップを有すると共に、InP基板に格子整合可能な材料を備え、例えばn−GaInAsを含むことができる。
The
回折格子層25eは、量子カスケードレーザ13に分布帰還構造を提供する。回折格子層25eは、第1軸Ax1の方向に延在するようにエッチングにより形成された回折格子構造を有する。回折格子構造は、周期Pに対応したブラッグ波長の単一モード発振を提供できる。回折格子層25eは、大きい結合係数を提供できる高屈折率の半導体、例えばアンドープ又はn型のGaInAsを含むことができる。
The
半導体埋込領域26は、量子カスケードレーザ13に埋込ヘテロ構造を提供する。半導体埋込領域26は、高抵抗のアンドープ又は半絶縁半導体を含む電流ブロック層として機能し、導波路メサ25にキャリアを閉じ込める。半絶縁性半導体は、Fe、Ti、Cr、Coといった遷移金属を添加したIII−V化合物半導体であって、特にFeのドーパントを備えることが好ましい。遷移金属の添加によれば、半絶縁半導体は、電子に対して例えば105(Ωcm)以上の高抵抗を提供できる。可能な場合には、半絶縁半導体に替えて、アンドープIII−V化合物半導体を電流ブロック層に使用してもよい。アンドープまたは半絶縁の半導体埋込層は、InP、GaInAs、AlInAs、GaInAsP、AlGaInAsといった化合物半導体によって提供される。これら半導体はInPに格子整合する。
The semiconductor buried
第1電極19及び第2電極21は、例えばTi/Au、Ti/Pt/Au、又はGe/Auを備えることができる。
The
必要な場合には、コア層25aの上に、下に、又は上下に、光閉じ込め領域を設けて、コア層25aへの導波光の閉じ込めを強化することができる。光閉じ込め領域は、InPに格子整合可能な高屈折率の半導体、例えばアンドープ、n型のGaInAsを備えることができる。
If necessary, an optical confinement region can be provided above, below or above and below the
半導体へのn型導電性付与はは、Si、S、Sn、Seといったn型ドーパントの添加により実現される。 Giving n-type conductivity to a semiconductor is realized by adding an n-type dopant such as Si, S, Sn, or Se.
量子カスケードレーザ13は、半導体埋込領域26に替えて導波路メサ25の側面を覆う誘電体絶縁膜を備えるハイメサ構造を有することができる。誘電体絶縁膜は、電流狭窄構造として働き、SiO2、SiON、SiNといったシリコン系無機絶縁膜を備えることができる。
The
図9及び図10を参照しながら、実施例1に係る発光装置を説明する。量子カスケードレーザ13は、第1軸Ax1方向において、反射構造物23を備える素子後端をサブマウント15の端面15d(マーカー)に位置合わせすることによって、基準にサブマウント15の導電層15b上に位置合わせされる。端面15dに対する前縁15eの後退量SBは、例えば100〜200nmであることができる。
A light emitting device according to Example 1 will be described with reference to FIGS. 9 and 10. The
また、第1電極19及び第2電極21上において十分な厚さの絶縁膜35及び金属膜33を得るために、第1領域17cの長さ、第1長L1は、例えば100nm以下であることができ、第1電極19及び第2電極21上において十分な被覆量の絶縁膜35及び金属膜33を得るために、第1長L1は、例えば20nm以上であることができる。
In addition, in order to obtain the insulating
サブマウント15では、搭載面15cの前縁15eは、端面15dの上縁15fから後退量SBだけ後退して、端面15dと前縁15eの間に位置する窪みを有する。本実施例では、サブマウント15は、搭載面15cの前縁15eに位置する段差STPと、端面15dの上縁15fから段差STPの下端まで第1軸Ax1の方向に延在する窪面15gとを有する。段差STPは、搭載面15cから窪面15gに延在する側端面15hを有する。窪面15gは、量子カスケードレーザ13の反射構造物23から離れている。
In the
発光装置11によれば、サブマウント15の窪面15gは、搭載面15cの前縁15eに位置する段差STPの側端面15hから端面15dの上縁15fまで第1軸Ax1の方向に延在しており、サブマウント15の導電層15bから、量子カスケードレーザ13の反射構造物23を離すことができる。第2電極21を固定する半田材37の縁と反射構造物23の第2縁(第2縁33b及び第2縁35b)との間隔(第3領域17eの幅)は、確実な絶縁を得るために、例えば10nm以上であることができ、適切なキャリア経路、サブマウント15と量子カスケードレーザ13との接合力、及び/又はサブマウントのための放熱経路を提供するために、例えば100nm以下であることができる。
According to the
サブマウント15は、段差STPは、窪面15g及び側端面15hによって規定される段差STPに替えて、搭載面15cの前縁15eから端面15dの上縁15fまで延在する傾斜面を備えることができる。
In the
(実施例2)
図11及び図12を参照しながら、実施例2に係る発光装置を説明する。図11は図12のXI−XI線に沿って取られた断面図である。実施例2に係る発光装置11では、サブマウント15は、第1軸Ax1及び第2軸Ax2に交差する第3軸Ax3の方向に延在すると共に搭載面15cを終端させる溝GVを有する。溝GVは、搭載面15cを終端させる段差STPと、第3軸Ax3の方向に延在する壁部WLLとによって規定されており、具体的には、側端面15h、窪面15g及び壁側面15iによって規定される。本実施例では、壁部WLLは、端面15dを含む。
(Example 2)
A light-emitting device according to Example 2 will be described with reference to FIGS. 11 is a cross-sectional view taken along line XI-XI in FIG. In the
サブマウント15は、第1軸Ax1方向に配列された第1領域R1、第2領域R2、及び第3領域R3を含み、第3領域R3は、第1領域R1と第2領域R2との間に設けられる。第1領域R1は、端面15dを含み、第2領域は、搭載面15cを含み、第3領域R3は溝GVを含む。サブマウント15の第1領域R1及び第2領域R2は、量子カスケードレーザ13を支持すると共に、第3領域R3は、量子カスケードレーザ13を支持しない。
The
発光装置11によれば、サブマウント15の溝GVは、サブマウント15の第1領域R1及び第2領域R2が量子カスケードレーザ13を支持することを可能にする。第1領域R1における量子カスケードレーザ13の支持は、第1端面29付近のコア層25aにおける発熱に放熱経路を提供する。また、同じく第1領域R1が量子カスケードレーザ13を支持する為、第1端面29近傍の量子カスケードレーザ13の機械強度が向上し、振動、落下等の衝撃に対する量子カスケードレーザ13の耐性向上も得られる。サブマウントの第3領域R3は、溝GVを含み、量子カスケードレーザを支持させずに、導電層15b上の半田材37を区分けする。具体的には、サブマウント15の第1領域R1上の半田材37は、金属膜33に接触を成す一方で、絶縁膜35により第2電極21から絶縁される。サブマウント15の第2領域R2上の導電層15bは、半田材37を介して第2電極21に接続される。
According to the
量子カスケードレーザ13は、第1軸Ax1方向において、反射構造物23を備える素子後端をサブマウント15の端面15d(マーカー)に位置合わせすることで、基準にサブマウント15の導電層15b上に位置合わせされる。
The
(実施例3)
図13及び図14を参照しながら、実施例3に係る発光装置を説明する。図13は図14のXIII−XIII線に沿って取られた断面図である。実施例3に係る発光装置11では、サブマウント15は、第3軸Ax3の方向に延在すると共に搭載面15cを終端させる溝GVと、溝GV内に設けられた一又は複数の中間壁MDWとを含む。中間壁MDWは、第3軸Ax3の方向に延在すると共に量子カスケードレーザ13を支持しない。サブマウント15の導電層15bは、中間壁MDWの上面上に設けられない。溝GV内の中間壁MDWは、サブマウント15の第2領域R2上の半田材37が第1領域R1上の半田材37に偶発的に接続することを避けることができる。量子カスケードレーザ13において発生した熱は、サブマウント15の第2領域R2上の半田材37及び第1領域R1上の半田材37を介してサブマウント15に伝わる。
(Example 3)
A light emitting device according to Example 3 will be described with reference to FIGS. 13 and 14. 13 is a cross-sectional view taken along line XIII-XIII in FIG. In the
量子カスケードレーザ13は、第1軸Ax1方向において、反射構造物23を備える素子後端をサブマウント15の端面15d(マーカー)に基準にサブマウント15の導電層15b上に位置合わせされる。
The
(実施例4)
図15及び図16を参照しながら、実施例4に係る発光装置を説明する。実施例4に係る量子カスケードレーザ13は、第2領域17dと第3領域17eとの境界に位置する突起物41を備えることができる。突起物41は、第1電極19上に設けられ、また第3軸Ax3方向において、量子カスケードレーザ13の一側面から他側面まで延在することができる。第1軸Ax1方向において、突起物41をサブマウント15の搭載面15cの前縁15e(側端面15h)に対して位置合わせすることで、量子カスケードレーザ13をサブマウント15の導電層15b上に位置合わせすることが出来る。突起物41としては、例えばSiO2、SiON、SiN、アルミナ、BCB、ポリイミド等の誘電体等の材料を使用できる。また、ここでは一例として、素子表面上の位置合わせマーカーに突起物41を使用する例を示したが、これには限定されず、例えば、上部電極をエッチングして形成した凹部パターン等、マーカーとして使用可能な任意の構造や材料を使用できる。しかし、必要な場合には、量子カスケードレーザ13は、反射構造物23を備える素子後端をサブマウント15の端面15d(マーカー)に位置合わせすることで、サブマウント15の導電層15b上に位置合わせされるようにしてもよい。
Example 4
A light emitting device according to Example 4 will be described with reference to FIGS. 15 and 16. The
また、サブマウント15の端面15dは基準面REFに沿って延在する。量子カスケードレーザ13は、基準面REFを越えて突出していない。発光装置11によれば、量子カスケードレーザ13は基準面REFに対して後退して、意図しない損傷の可能性を低減する。後退量SBは、窪面15gの長さから独立している。
Further, the
実施例4に係る突起物41は、実施例1〜実施例3及び後置の実施例に係る量子カスケードレーザ13に使用されることができる。
The
(実施例5)
図17及び図18を参照しながら、実施例5に係る発光装置を説明する。図17は図18のXVII−XVII線に沿って取られた断面図である。実施例5に係る発光装置11では、サブマウント15は、搭載面15cより突出する突起15jを含む。突起15jは、量子カスケードレーザ13のコア層の高さより十分に低い高さを有し、例えば基板27の主面27aの高さより低い。サブマウント15の突起15jは、第1軸Ax1方向において、量子カスケードレーザ13の第1端面29の反対側の第2端面31を位置決めしている。発光装置11によれば、量子カスケードレーザ13の第2端面31を位置決めは、第2端面31の位置をサブマウント15に対して正確に決めることを可能にする。本実施例では、突起15jは、端面15dの反対側に位置する他端15kに位置する。
(Example 5)
A light-emitting device according to Example 5 will be described with reference to FIGS. 17 is a cross-sectional view taken along line XVII-XVII in FIG. In the
実施例5に係る突起15jは、実施例1〜実施例3及び後置の実施例に係るサブマウント15に使用されることができる。
The
(実施例6)
図10及び図19を参照しながら、実施例6に係る発光装置を説明する。図19は図10のIX−IX線に沿って取られた断面図である。実施例6に係る発光装置11では、量子カスケードレーザ13の第2電極21は、基板27の裏面27bに接触を成しており、第1端面29の下端29dから離れた縁21aを有する。具体的には、第2電極21は、レーザ構造体17の第2領域17dの第2面17b上に設けられると共に、第1領域17c及び第3領域17eの第2面17b上に設けられない。発光装置11によれば、第2電極21は、第1端面29まで延在していなくてもよい。
(Example 6)
A light emitting device according to Example 6 will be described with reference to FIGS. 10 and 19. 19 is a cross-sectional view taken along line IX-IX in FIG. In the
第2電極21の縁21aは、反射構造物23から離れており、具体的には、反射構造物23の絶縁膜35の第2縁35b及び金属膜33の第2縁33bから離れている。反射構造物23の絶縁膜35は、レーザ構造体17の第2面17bに接触を成すと共に、絶縁膜35は、レーザ構造体17の第2面17b(基板27の裏面27b)から金属膜33を絶縁できる。第2電極21の縁21aと反射構造物23の第2縁(第2縁33b及び第2縁35b)との間隔は、確実な絶縁を得るために、例えば10nm以上であることができ、適切なキャリア経路を提供するために、例えば100nm以下であることができる。
The
実施例6に係る第2電極21は、実施例1〜実施例5及び後置の実施例に係る量子カスケードレーザ13に使用されることができる。
The
(実施例7)
図20を参照しながら、実施例7に係る発光装置を説明する。実施例7に係る発光装置11では、サブマウント15の導電層15bは、搭載面15cから前縁15eを経由して側端面15h上に延在する。サブマウント15の導電層15b上の溶融半田の余剰分は、側端面15h上の導電層15bに沿って流れる。側端面15h上の導電層15bにより、溶融した半田材37の余剰分が吸収される為は、量子カスケードレーザ13とサブマウント15の導電層15bとを接合する半田材37が反射構造物23に到達することを回避できる。
(Example 7)
A light emitting device according to Example 7 will be described with reference to FIG. In the
実施例7に係る第2電極21は、実施例1〜実施例6に係る量子カスケードレーザ13に使用されることができる。
The
サブマウント15及び量子カスケードレーザ13は、実施形態において上記に記述された具体例に限定されない。
The
本実施形態においては、サブマウント15上の半田材37が端面高反射のための金属膜33に接触し難くなり、これ故に、反射構造物23内の金属膜33を経由する短絡を回避できる。
In this embodiment, it is difficult for the
好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。 While the principles of the invention have been illustrated and described in the preferred embodiments, it will be appreciated by those skilled in the art that the invention can be modified in arrangement and detail without departing from such principles. The present invention is not limited to the specific configuration disclosed in the present embodiment. We therefore claim all modifications and changes that come within the scope and spirit of the following claims.
以上説明したように、本実施形態によれば、後端面に金属膜を用いる量子カスケードレーザに、レーザ構造体、第1電極及び第2電極と金属膜との間の短絡の可能性を低減できる構造を提供でき、また、サブマウント及び該サブマウントに搭載された量子カスケードレーザを含む発光装置を提供できる。 As described above, according to the present embodiment, it is possible to reduce the possibility of a short circuit between the laser structure, the first electrode and the second electrode, and the metal film in the quantum cascade laser using the metal film on the rear end face. A structure can be provided, and a light-emitting device including a submount and a quantum cascade laser mounted on the submount can be provided.
11…発光装置、13…量子カスケードレーザ、15…サブマウント、17…レーザ構造体、19…第1電極、21…第2電極、23…反射構造物、25…導波路メサ、27…基板、29…第1端面、31…第2端面、33…金属膜、35…絶縁膜。
DESCRIPTION OF
Claims (15)
導電層を搭載する搭載面と、該搭載面の前縁から隔置された上縁を有する端面とを有するサブマウントと、
前記サブマウントの前記搭載面及び前記前縁上に設けられる量子カスケードレーザと、
を備え、
前記量子カスケードレーザは、
第1軸の方向に延在する導波路メサと前記導波路メサを搭載する基板とを含み、前記導波路メサを終端させる第1端面、並びに前記第1軸の方向に交差する第2軸の方向に配列された第1面及び第2面を有するレーザ構造体と、
前記レーザ構造体の前記第1面上に設けられた第1電極と、
前記レーザ構造体の前記第2面上に設けられた第2電極と、
前記レーザ構造体上に設けられた反射構造物と、
を含み、
前記レーザ構造体は、前記第1軸の方向に配列された第1領域、第2領域、及び第3領域を含み、前記第1領域は、前記第1端面を含み、前記第3領域は、前記第1領域と前記第2領域との間に設けられ、前記サブマウントの前記搭載面は、前記量子カスケードレーザの前記レーザ構造体の前記第2領域を支持し、
前記反射構造物は、絶縁膜及び金属膜を含み、
前記金属膜は、前記第1領域における前記第1面上の第1縁と、前記第1領域における前記第2面上の第2縁とを有し、前記金属膜は、前記第1電極、前記第2電極及び前記第1端面上を該金属膜の前記第1縁から該金属膜の前記第2縁まで延在し、
前記絶縁膜は、前記第1領域における前記第1面上の第1縁と、前記第1領域における前記第2面上の第2縁とを有すると共に、前記第1端面に接触を成して該絶縁膜の前記第1縁から該絶縁膜の前記第2縁まで延在し、前記絶縁膜は、前記金属膜の前記第1縁及び前記第2縁と前記レーザ構造体との間に位置する、発光装置。 A light emitting device,
A submount having a mounting surface on which the conductive layer is mounted, and an end surface having an upper edge spaced from the front edge of the mounting surface;
A quantum cascade laser provided on the mounting surface and the leading edge of the submount;
With
The quantum cascade laser is:
A first end face that terminates the waveguide mesa, and a second axis that intersects the first axis direction, the waveguide mesa extending in the first axis direction and a substrate on which the waveguide mesa is mounted. A laser structure having a first surface and a second surface arranged in a direction;
A first electrode provided on the first surface of the laser structure;
A second electrode provided on the second surface of the laser structure;
A reflective structure provided on the laser structure;
Including
The laser structure includes a first region, a second region, and a third region arranged in the direction of the first axis, the first region includes the first end surface, and the third region includes: Provided between the first region and the second region, the mounting surface of the submount supports the second region of the laser structure of the quantum cascade laser;
The reflective structure includes an insulating film and a metal film,
The metal film has a first edge on the first surface in the first region and a second edge on the second surface in the first region, and the metal film includes the first electrode, Extending on the second electrode and the first end surface from the first edge of the metal film to the second edge of the metal film;
The insulating film has a first edge on the first surface in the first region and a second edge on the second surface in the first region, and makes contact with the first end surface. The insulating film extends from the first edge of the insulating film to the second edge of the insulating film, and the insulating film is positioned between the first edge and the second edge of the metal film and the laser structure. A light emitting device.
前記量子カスケードレーザは、前記基準面を越えて突出していない、請求項1に記載された発光装置。 The end surface of the submount extends along a reference plane intersecting the first axis;
The light emitting device according to claim 1, wherein the quantum cascade laser does not protrude beyond the reference plane.
前記サブマウントは、前記搭載面より突出する突起を有し、
前記サブマウントの前記突起は、前記量子カスケードレーザの前記第2端面を位置決めしている、請求項1又は請求項2に記載された発光装置。 The laser structure includes a second end surface opposite to the first end surface,
The submount has a protrusion protruding from the mounting surface,
The light emitting device according to claim 1, wherein the protrusion of the submount positions the second end face of the quantum cascade laser.
前記段差は、前記搭載面から前記窪面に延在する側端面を有し、
前記窪面は、前記量子カスケードレーザの前記反射構造物から離れている、請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載された発光装置。 The submount has a step located at the front edge of the mounting surface, and a concave surface extending in the direction of the first axis from the upper edge of the end surface to the lower end of the step,
The step has a side end surface extending from the mounting surface to the recessed surface,
The light emitting device according to any one of claims 1 to 4, wherein the concave surface is separated from the reflective structure of the quantum cascade laser.
前記サブマウントは、前記第1軸の方向に配列された第1領域、第2領域、及び第3領域を含み、前記第1領域は、前記端面を含み、前記第2領域は、前記搭載面を含み、前記第3領域は前記溝を含み、前記第3領域は、前記第1領域と前記第2領域との間に設けられ、
前記サブマウントの前記第1領域及び前記第2領域は、前記量子カスケードレーザを支持する、請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載された発光装置。 The submount has one or a plurality of grooves extending in the direction of a third axis intersecting the first axis and the second axis and terminating the mounting surface,
The submount includes a first region, a second region, and a third region arranged in the direction of the first axis, the first region includes the end surface, and the second region includes the mounting surface. The third region includes the groove, and the third region is provided between the first region and the second region,
5. The light-emitting device according to claim 1, wherein the first region and the second region of the submount support the quantum cascade laser.
第1軸の方向に延在する導波路メサと前記導波路メサを搭載する基板とを含み、前記導波路メサを終端させる第1端面、並びに前記第1軸の方向に交差する第2軸の方向に配列された第1面及び第2面を有するレーザ構造体と、
前記レーザ構造体の前記第1面上に設けられた第1電極と、
前記レーザ構造体の前記第2面上に設けられた第2電極と、
前記レーザ構造体上に設けられた反射構造物と、
を含み、
前記レーザ構造体は、前記第1軸に配列された第1領域、第2領域、及び第3領域を含み、前記第1領域は、前記第1端面を含み、前記第3領域は、前記第1領域と前記第2領域との間に設けられ、
前記反射構造物は、絶縁膜及び金属膜を含み、
前記金属膜は、前記第1領域における前記第1面上の第1縁と、前記第1領域における前記第2面上の第2縁とを有し、前記金属膜は、前記第1電極、前記第2電極及び前記第1端面上において該金属膜の前記第1縁から該金属膜の前記第2縁まで前記絶縁膜上を延在し、
前記絶縁膜は、前記第1領域における前記第1面上の第1縁と、前記第1領域における前記第2面上の第2縁とを有すると共に前記金属膜の前記第1縁及び前記第2縁と前記レーザ構造体の間に位置し、前記絶縁膜は、前記第1端面に接触を成して該絶縁膜の前記第1縁から該絶縁膜の前記第2縁まで延在する、量子カスケードレーザ。 A quantum cascade laser,
A first end face that terminates the waveguide mesa, and a second axis that intersects the first axis direction, the waveguide mesa extending in the first axis direction and a substrate on which the waveguide mesa is mounted. A laser structure having a first surface and a second surface arranged in a direction;
A first electrode provided on the first surface of the laser structure;
A second electrode provided on the second surface of the laser structure;
A reflective structure provided on the laser structure;
Including
The laser structure includes a first region, a second region, and a third region arranged on the first axis, the first region includes the first end surface, and the third region includes the first region. Provided between one region and the second region;
The reflective structure includes an insulating film and a metal film,
The metal film has a first edge on the first surface in the first region and a second edge on the second surface in the first region, and the metal film includes the first electrode, Extending on the insulating film from the first edge of the metal film to the second edge of the metal film on the second electrode and the first end face;
The insulating film has a first edge on the first surface in the first region and a second edge on the second surface in the first region, and the first edge and the first edge of the metal film. Located between two edges and the laser structure, the insulating film extending from the first edge of the insulating film to the second edge of the insulating film in contact with the first end face; Quantum cascade laser.
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