JP7351185B2 - 量子カスケードレーザ - Google Patents

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Description

本開示は、量子カスケードレーザに関する。
非特許文献１は、量子カスケードレーザを開示する。
Qi Jie Wang et al., "Highperformance quantum cascade lasers based on three-phononresonance design",APPLIED PHYSICS LETTERS, vol.94, 011103 (2009)
量子カスケードレーザの出射面から出射されるレーザ光は、ある程度の広がり角を有しているため、拡散する場合がある。その場合、例えばレーザ光を受ける受光装置と量子カスケードレーザとの間の光学的結合が不十分になるおそれがある。
本開示は、出射されるレーザ光の拡散を抑制できる量子カスケードレーザを提供する。
本開示の一側面に係る量子カスケードレーザは、第１方向にレーザ光を出射する出射面を有するレーザ構造体と、前記出射面からの前記レーザ光を受ける入射面と、集光された前記レーザ光を出射する凸状面と、を有するレンズと、を備え、前記レーザ構造体は、半導体基板と、前記半導体基板の主面の第１領域上に設けられ前記第１方向に延在するメサ導波路と、を備え、前記レンズは、半導体を含み、前記半導体基板の前記主面の第２領域上に設けられており、前記第１領域及び前記第２領域は前記第１方向に配列される。
本開示によれば、出射されるレーザ光の拡散を抑制できる量子カスケードレーザが提供され得る。
図１は、一実施形態に係る量子カスケードレーザを模式的に示す斜視図である。 図２は、一実施形態に係る量子カスケードレーザを模式的に示す上面図である。 図３は、図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿った断面図である。 図４の（ａ）は、図２のＩＶａ－ＩＶａ線に沿った断面図であり、（ｂ）は、図２のＩＶｂ－ＩＶｂ線に沿った断面図である。 図５は、一実施形態に係る量子カスケードレーザの出射面を模式的に示す正面図である。 図６の（ａ）及び（ｂ）は、平凸レンズの曲率と、平凸レンズによって集光されたレーザ光の遠視野像における半値幅との関係の例を示すグラフである。 図７は、出射面におけるスリットの幅と実効的な反射率との関係の例を示すグラフである。 図８は、スリットの幅と閾値電流との関係の例を示すグラフである。 図９は、スリットの幅を変化させた場合の電流と光出力との関係の例を示すグラフである。 図１０は、スリットの幅及びアルミナ膜厚を変化させた場合の電流と光出力との関係の例を示すグラフである。 図１１の（ａ）～（ｅ）は、一実施形態に係る量子カスケードレーザの製造方法における各工程を示す図である。 図１２は、図１１の（ｅ）の工程を示す上面図である。 図１３は、一実施形態に係る量子カスケードレーザの製造方法における一工程を示す上面図である。 図１４は、一実施形態に係る量子カスケードレーザの製造方法における一工程を示す上面図である。
［本開示の実施形態の説明］
一実施形態に係る量子カスケードレーザは、第１方向にレーザ光を出射する出射面を有するレーザ構造体と、前記出射面からの前記レーザ光を受ける入射面と、集光された前記レーザ光を出射する凸状面と、を有するレンズと、を備え、前記レーザ構造体は、半導体基板と、前記半導体基板の主面の第１領域上に設けられ前記第１方向に延在するメサ導波路と、を備え、前記レンズは、半導体を含み、前記半導体基板の前記主面の第２領域上に設けられており、前記第１領域及び前記第２領域は前記第１方向に配列される。
上記量子カスケードレーザによれば、レーザ構造体の出射面から出射されるレーザ光がレンズの入射面に入射し、レンズの凸状面から集光されたレーザ光が出射される。これにより、レーザ構造体の出射面から出射されるレーザ光が拡散しても、レンズによってレーザ光を集光できる。よって、量子カスケードレーザから出射されるレーザ光の拡散を抑制できる。また、メサ導波路及びレンズがいずれも半導体基板の主面上に設けられている。よって、半導体基板の主面上において、例えばフォトリソグラフィー及びエッチング等によりメサ導波路とレンズとを一緒に形成できる。そのため、メサ導波路に対してレンズを高精度に位置決めできる。
前記レンズは、平凸レンズであり、前記凸状面は、前記半導体基板の前記主面に交差する第２方向から見て凸状に湾曲してもよい。この場合、半導体基板の主面に沿った面において広がったレーザ光を集光できる。
上記量子カスケードレーザは前記出射面上に設けられた反射膜を更に備え、前記反射膜は、前記レーザ光を透過させるスリットを有してもよい。この場合、スリットによりレーザ光が拡散し易くなる。そのような場合であっても、レンズによってレーザ光を集光できる。
前記レーザ構造体は、前記メサ導波路の側面を埋め込む電流ブロック領域を更に備え、前記電流ブロック領域は、アンドープ又は半絶縁性の半導体を含み、前記レンズは、前記第１方向に延在する半導体メサと、前記半導体メサの側面を埋め込む半導体埋込領域とを備え、前記半導体埋込領域は、アンドープ又は半絶縁性の半導体を含んでもよい。この場合、例えばフォトリソグラフィー及びエッチング等により、メサ導波路と半導体メサとを一緒に形成でき、電流ブロック領域と半導体埋込領域とを一緒に形成できる。そのため、メサ導波路に対して半導体メサを高精度に位置決めでき、電流ブロック領域に対して半導体埋込領域を高精度に位置決めできる。
［本開示の実施形態の詳細］
以下、添付図面を参照しながら本開示の実施形態が詳細に説明される。図面の説明において、同一又は同等の要素には同一符号が用いられ、重複する説明は省略される。
図１は、一実施形態に係る量子カスケードレーザを模式的に示す斜視図である。図２は、一実施形態に係る量子カスケードレーザを模式的に示す上面図である。図３は、図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿った断面図である。図４の（ａ）は、図２のＩＶａ－ＩＶａ線に沿った断面図であり、（ｂ）は、図２のＩＶｂ－ＩＶｂ線に沿った断面図である。図５は、一実施形態に係る量子カスケードレーザの出射面を模式的に示す正面図である。図１～図５には、互いに交差するＸ軸方向、Ｙ軸方向（第１方向）及びＺ軸方向（第２方向）が示される。Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向は例えば互いに直交している。
図１～図５に示される量子カスケードレーザ１は、例えば産業用レーザ加工装置又は、環境分析、産業ガス分析、医療診断等における光計測装置に用いられる。量子カスケードレーザ１は、レーザ構造体１０とレンズ６０とを備える。レーザ構造体１０は、Ｙ軸方向にレーザ光Ｌを発振可能な共振器である。レーザ構造体１０は、Ｙ軸方向にレーザ光Ｌを出射する出射面１０ａと、Ｙ軸方向において出射面１０ａとは反対側の反射面１０ｂとを有する。出射面１０ａは、前端面である。反射面１０ｂは後端面である。出射面１０ａ及び反射面１０ｂのそれぞれは、Ｙ軸方向に対して直交してもよい。出射面１０ａ及び反射面１０ｂのそれぞれは、例えば矩形形状を有する。
レーザ構造体１０は、出射面１０ａ及び反射面１０ｂを有する本体１０ｃと、出射面１０ａの下端からＹ軸方向に突出する第１突出部１０ｄと、反射面１０ｂの下端からＹ軸方向に突出する第２突出部１０ｅとを有する。Ｙ軸方向において、本体１０ｃは、第１突出部１０ｄと第２突出部１０ｅとの間に配置される。本体１０ｃは例えば直方体である。第１突出部１０ｄ及び第２突出部１０ｅのそれぞれは、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に延在する板状である。レーザ構造体１０の本体１０ｃは、Ｙ軸方向において例えば１～３ｍｍの長さＬ１、Ｘ軸方向において例えば４００～８００μｍの幅Ｗ１、Ｚ軸方向において１００～２００μｍの厚さＨ１を有する。
レーザ構造体１０は、半導体基板１２を備える。半導体基板１２の主面１２ｓは、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に広がる。半導体基板１２の主面１２ｓは、第１領域１２ｓ１、第２領域１２ｓ２及び第３領域１２ｓ３を備える。第１領域１２ｓ１、第２領域１２ｓ２及び第３領域１２ｓ３はＹ軸方向に配列される。第１領域１２ｓ１は、第２領域１２ｓ２と第３領域１２ｓ３との間に配置される。
レーザ構造体１０は、半導体基板１２の主面１２ｓの第１領域１２ｓ１上に設けられたメサ導波路１４と、メサ導波路１４の側面１４ｓを埋め込む電流ブロック領域１６とを備える。メサ導波路１４はＹ軸方向に延在する。Ｘ軸方向において、メサ導波路１４は、一対の電流ブロック領域１６間に配置される。この場合、レーザ構造体１０は、埋め込みヘテロストラクチャー（ＢＨ）構造を有する。電流ブロック領域１６は、例えばＦｅがドープされたＩｎＰ等のアンドープ又は半絶縁性の半導体を含む。半導体は例えばＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体である。半導体基板１２のうち第１領域１２ｓ１に位置する部分、メサ導波路１４及び電流ブロック領域１６は本体１０ｃを構成する。半導体基板１２のうち第２領域１２ｓ２に位置する部分は第１突出部１０ｄを構成する。半導体基板１２のうち第３領域１２ｓ３に位置する部分は第２突出部１０ｅを構成する。
半導体基板１２は、例えばｎ型ＩｎＰ基板等のｎ型ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体基板である。半導体基板１２は、Ｙ軸方向に延在する凸部１２ａを有する。凸部１２ａ上にはメサ導波路１４が設けられる。
メサ導波路１４は、Ｙ軸方向に延在すると共にＺ軸方向に突出している。Ｙ軸方向はメサ導波路１４の導波路方向である。メサ導波路１４は、主面１２ｓからの高さＨＭを有する。メサ導波路１４の高さＨＭは例えば１０μｍである。メサ導波路１４は、Ｚ軸方向に積層された複数の半導体層を含む積層体である。メサ導波路１４は、半導体基板１２の凸部１２ａ上に設けられた下部クラッド層１４ａと、下部クラッド層１４ａ上に設けられたコア層１４ｂと、コア層１４ｂ上に設けられた回折格子層１４ｃと、回折格子層１４ｃ上に設けられた上部クラッド層１４ｄと、上部クラッド層１４ｄ上に設けられたコンタクト層１４ｅとを備える。Ｚ軸方向において、凸部１２ａ、下部クラッド層１４ａ、コア層１４ｂ、回折格子層１４ｃ、上部クラッド層１４ｄ及びコンタクト層１４ｅは、この順に配列される。
コンタクト層１４ｅ及び電流ブロック領域１６上には、上部電極４０が設けられる。半導体基板１２の裏面（主面１２ｓとは反対側の面）には下部電極５０が設けられる。量子カスケードレーザ１が動作する際には、上部電極４０及び下部電極５０のうち一方がカソード電極、他方がアノード電極として働く。上部電極４０と下部電極５０との間に所定の電圧が印加されることによってコア層１４ｂに電流が注入される。その結果、レーザ光Ｌが発振される。上部電極４０及び下部電極５０は、例えばＴｉ／Ａｕ膜、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ膜又はＧｅ／Ａｕ膜等である。
下部クラッド層１４ａ及び上部クラッド層１４ｄは、例えばｎ型ＩｎＰ層等のｎ型ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層である。ＩｎＰは中赤外線に対して透明である。
コア層１４ｂは、複数の活性層及び複数の注入層が交互に積層された構造を有する。活性層及び注入層のそれぞれは、複数の井戸層と複数のバリア層とが交互に積層された超格子列を有する。井戸層及びバリア層のそれぞれは、数ｎｍの厚さを有する。超格子列としては、例えばＧａＩｎＡｓ／ＡｌＩｎＡｓ等が使用可能である。キャリアとしては、電子のみが用いられる。伝導帯サブバンド間遷移により、中赤外領域（例えば波長７μｍ）のレーザ光Ｌが発振される。
回折格子層１４ｃは、Ｙ軸方向にピッチΛで周期的に配列された複数の凹部１４ｃ１を有する。ピッチΛは、レーザ光Ｌの発振波長λを規定する。各凹部１４ｃ１は、Ｘ軸方向に延在する溝である。これにより、量子カスケードレーザ１は、分布帰還型（ＤＦＢ：Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｆｅｅｄｂａｃｋ）のレーザとして機能する。回折格子層１４ｃの凹部１４ｃ１は上部クラッド層１４ｄによって埋め込まれる。回折格子層１４ｃは、例えばアンドープ又はｎ型のＧａＩｎＡｓ層等のＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層である。
コンタクト層１４ｅは、例えばｎ型ＧａＩｎＡｓ層等のｎ型ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層である。
下部クラッド層１４ａとコア層１４ｂとの間に光閉じ込め層が設けられてもよい。回折格子層１４ｃとコア層１４ｂとの間に光閉じ込め層が設けられてもよい。光閉じ込め層は、例えばアンドープ又はｎ型のＧａＩｎＡｓ層等のｎ型ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層である。
ｎ型のドーパントとしては、例えばＳｉ、Ｓ、Ｓｎ、Ｓｅ等が使用可能である。
量子カスケードレーザ１は、反射膜２０と反射膜３０とを備える。反射膜２０は、保護膜２２を介して出射面１０ａ上に設けられる。保護膜２２は例えば出射面１０ａの全面を覆う。Ｙ軸方向における保護膜２２の第１端部は、レーザ構造体１０の本体１０ｃの上面においてＹ軸方向に延在してもよい。保護膜２２の第１端部は上部電極４０に到達してもよい。Ｙ軸方向における保護膜２２の第２端部は、レーザ構造体１０の第１突出部１０ｄの上面においてＹ軸方向に延在してもよい。Ｙ軸方向における反射膜２０の第１端部は、保護膜２２の第１端部上においてＹ軸方向に延在してもよい。反射膜２０の第１端部と上部電極４０との間には空隙ＳＰ１が形成される。空隙ＳＰ１は、上部電極４０と反射膜２０とを電気的に分離する。空隙ＳＰ１により、上部電極４０に高い電圧（例えば１０Ｖ以上）が印加された際に、上部電極４０と反射膜２０との間に電気的短絡が起こるのを避けることができる。Ｙ軸方向における反射膜２０の第２端部は、レーザ構造体１０の第１突出部１０ｄの上面においてＹ軸方向に延在してもよい。
反射膜３０は、保護膜３２を介して反射面１０ｂ上に設けられる。保護膜３２及び反射膜３０は例えば反射面１０ｂの全面を覆う。Ｙ軸方向における保護膜３２の第１端部は、レーザ構造体１０の本体１０ｃの上面においてＹ軸方向に延在してもよい。保護膜３２の第１端部は上部電極４０に到達してもよい。Ｙ軸方向における保護膜３２の第２端部は、レーザ構造体１０の第２突出部１０ｅの上面においてＹ軸方向に延在してもよい。Ｙ軸方向における反射膜３０の第１端部は、保護膜３２の第１端部上においてＹ軸方向に延在してもよい。反射膜３０の第１端部と上部電極４０との間には空隙ＳＰ２が形成される。空隙ＳＰ２は、上部電極４０と反射膜３０とを電気的に分離する。空隙ＳＰ２により、上部電極４０に高い電圧（例えば１０Ｖ以上）が印加された際に、上部電極４０と反射膜３０との間に電気的短絡が起こるのを避けることができる。Ｙ軸方向における反射膜３０の第２端部は、レーザ構造体１０の第２突出部１０ｅの上面においてＹ軸方向に延在してもよい。
保護膜２２及び保護膜３２は、例えばアルミナ膜、ＳｉＯ２膜、ＳｉＯＮ膜、ＳｉＮ膜等の誘電体膜又は絶縁膜である。
反射膜２０及び反射膜３０は、例えば金を含む。反射膜２０及び反射膜３０のそれぞれは、例えばＴｉ／Ａｕ膜、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ膜又はＧｅ／Ａｕ膜である。反射膜２０及び反射膜３０の厚さは１０ｎｍ以上であってもよいし、５０ｎｍ以上であってもよいし、１００ｎｍ以上であってもよい。反射膜３０の厚さは、２００ｎｍ以下であってもよい。膜厚を５０ｎｍ以上にすると反射膜の製造の再現性がよい。膜厚が厚いほど反射率を上げることができるが、反射膜が２００ｎｍより厚くなると反射率の増加が少なくなる。波長７μｍの光に対する反射膜２０及び反射膜３０の反射率は、８０％以上であってもよいし、９０％以上であってもよい。反射率が高いほど閾値電流(レーザ発振に必要な電流)を下げることができる。
図５に示されるように、出射面１０ａは、本体１０ｃにおける半導体基板１２の端面、メサ導波路１４の端面及び電流ブロック領域１６の端面を含む。より具体的には、出射面１０ａはコア層１４ｂの端面１４ｂｅを含む。端面１４ｂｅは、第１領域１４ｂｅ１と、第１領域１４ｂｅ１とは異なる第２領域１４ｂｅ２とを含む。反射膜２０は、第１領域１４ｂｅ１を覆っており、第２領域１４ｂｅ２を覆っていない。すなわち、反射膜２０は、コア層１４ｂの端面１４ｂｅを部分的に覆っている。本実施形態では、Ｘ軸方向において、第２領域１４ｂｅ２が一対の第１領域１４ｂｅ１間に配置される。
反射膜２０は、レーザ光Ｌを透過させるスリット２０ａを有する。スリット２０ａは、第２領域１４ｂｅ２に設けられる。スリット２０ａは、Ｚ軸方向に延在している。スリット２０ａの幅ＷＳは、メサ導波路１４の幅ＷＭよりも小さい。この場合、反射膜２０は、半導体基板１２の端面の一部、メサ導波路１４の端面の一部、及び電流ブロック領域１６の端面を覆う。本実施形態において、スリット２０ａにおける出射面１０ａ上には保護膜２２が設けられる。これにより、例えば酸化等により出射面１０ａの半導体結晶が劣化することを抑制できる。また、保護膜２２が、スリット２０ａに対応するスリットを有してもよい。この場合、スリット２０ａにおいて、半導体基板１２の端面の一部及びメサ導波路１４の端面の一部が空間に露出することになる。これにより、出射面１０ａにおける放熱性が向上するので、量子カスケードレーザ１の温度特性を改善できる。スリット２０ａの幅ＷＳは、例えば１～５μｍである。メサ導波路１４の幅ＷＭは例えば２～５μｍである。幅ＷＭが２μｍ以上のメサ導波路１４は、小さい閾値電流を有することができる。幅ＷＭが５μｍ以下のメサ導波路１４は、単一横モード発振に好適である。Ｚ軸方向において、スリット２０ａの長さＨＳは、出射面１０ａにおけるレーザ光ＬのスポットサイズＳＰの大きさＨＳＰよりも大きい。
出射面１０ａのうち反射膜２０によって覆われている領域（第１領域１４ｂｅ１等）において、波長７μｍの光に対する反射率は、例えば９０％以上である。一方、出射面１０ａのうち反射膜２０によって覆われていない領域（第２領域１４ｂｅ２等）において、波長７μｍの光に対する反射率は、例えば３０％以下である。波長７μｍの光に対する出射面１０ａの実効的な反射率は、例えば２０～８０％である。幅ＷＳが１～５μｍのスリット２０ａにより、この範囲の実効的な反射率が得られる。
発振波長に対する出射面１０ａの実効的な反射率Ｒｅｆｆ（％）は、下記式（１）のように表される。
Ｒｅｆｆ＝１００－Γ×（１－Ｒ／１００） … （１）
Γは、出射面１０ａのうち反射膜２０によって覆われていない領域（スリット２０ａの領域）に分布する光強度の百分率（％）を表す。Γは、ビーム伝搬法（ＢＰＭ：Ｂｅａｍ Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ Ｍｅｔｈｏｄ）により計算される。Ｒは、反射膜２０が設けられていない状態において発振波長に対する出射面１０ａの反射率（％）を表す。例えば、Γが４６％、Ｒが２４％の場合、Ｒｅｆｆは６５％となる。
レンズ６０は、出射面１０ａからのレーザ光Ｌを受ける入射面６０ａと、集光されたレーザ光Ｌを出射する凸状面６０ｂとを有する。レンズ６０は、半導体を含み、半導体基板１２の主面１２ｓの第２領域１２ｓ２上に設けられる。レンズ６０の入射面６０ａと出射面１０ａとの間には空間が設けられるが、当該空間が設けられなくてもよい。入射面６０ａと出射面１０ａとの間の距離は例えば５μｍ以上であってもよい。この場合、スリット２０ａを高精度に形成できる。レンズ６０は、例えば平凸レンズである。平凸レンズは半円柱形状を有する。入射面６０ａはＹ軸方向に例えば直交している。凸状面６０ｂは、半導体基板１２の主面１２ｓに交差するＺ軸方向から見て凸状に湾曲している。
レンズ６０は、第２領域１２ｓ２上に設けられＹ軸方向に延在する半導体メサ６４と、半導体メサ６４の側面６４ｓを埋め込む半導体埋込領域６６とを備える。Ｘ軸方向において、半導体メサ６４は、一対の半導体埋込領域６６間に配置される。半導体メサ６４及び半導体埋込領域６６は、第２領域１２ｓ２に位置する台座６２上に設けられる。台座６２はレンズ６０の一部を構成している。台座６２は、例えば半導体基板１２と同じ半導体を含む。本実施形態において、台座６２は半導体基板１２と一体化されている。台座６２は、凸部６２ａを有している。半導体メサ６４は凸部６２ａ上に設けられる。半導体埋込領域６６は、例えば電流ブロック領域１６と同じアンドープ又は半絶縁性の半導体を含む。Ｙ軸方向から見て、半導体メサ６４はメサ導波路１４と重なっており、半導体埋込領域６６は電流ブロック領域１６と重なっており、台座６２の凸部６２ａは半導体基板１２の凸部１２ａと重なっている。
半導体メサ６４は、台座６２の凸部６２ａ上に順に設けられた半導体層６４ａ，６４ｂ，６４ｃ，６４ｄ，６４ｅを備える。半導体層６４ａ～６４ｅは、下部クラッド層１４ａ、コア層１４ｂ、回折格子層１４ｃ、上部クラッド層１４ｄ及びコンタクト層１４ｅとそれぞれ同じ半導体を含んでもよい。Ｙ軸方向から見て、半導体層６４ａ～６４ｅは、下部クラッド層１４ａ、コア層１４ｂ、回折格子層１４ｃ、上部クラッド層１４ｄ及びコンタクト層１４ｅとそれぞれ重なっている。
本実施形態の量子カスケードレーザ１によれば、図２に示されるように、レーザ構造体１０の出射面１０ａから出射されるレーザ光Ｌがレンズ６０の入射面６０ａに入射し、レンズ６０の凸状面６０ｂから集光されたレーザ光Ｌが出射される。これにより、レーザ構造体１０の出射面１０ａから出射されるレーザ光Ｌが拡散しても、レンズ６０によってレーザ光Ｌを集光できる。よって、量子カスケードレーザ１から出射されるレーザ光Ｌの拡散を抑制できる。また、メサ導波路１４及びレンズ６０がいずれも半導体基板１２の主面１２ｓ上に設けられている。よって、半導体基板１２の主面１２ｓ上において、例えばフォトリソグラフィー及びエッチング等によりメサ導波路１４とレンズ６０とを一緒に形成できる。そのため、メサ導波路１４に対してレンズ６０を高精度に位置決めできる。具体的には、メサ導波路１４の光軸とレンズ６０の光軸とを、実質的に（製造ばらつきの範囲内で）一致させることができる。
レンズ６０の凸状面６０ｂが、半導体基板１２の主面１２ｓに交差するＺ軸方向から見て凸状に湾曲していると、半導体基板１２の主面１２ｓに沿った面（例えばＸＹ平面）において広がったレーザ光Ｌを集光できる。
出射面１０ａ上に設けられた反射膜２０が、レーザ光Ｌを透過させるスリット２０ａを有していると、スリット２０ａによってレーザ光Ｌが拡散し易くなる。そのような場合であっても、レンズ６０によってレーザ光Ｌを集光できる。例えばスリット２０ａがＺ軸方向に延在する場合、レーザ光Ｌは、スリット２０ａによって、半導体基板１２の主面１２ｓに沿った面（例えばＸＹ平面）において拡散し易くなる。そのような場合であっても、広がったレーザ光Ｌをレンズ６０により集光できる。
また、コア層１４ｂの端面１４ｂｅの第１領域１４ｂｅ１においてレーザ光Ｌの大部分は反射膜２０によって反射される。一方、コア層１４ｂの端面１４ｂｅの第２領域１４ｂｅ２においてレーザ光Ｌの大部分は出射面１０ａから出射される。そのため、第１領域１４ｂｅ１と第２領域１４ｂｅ２との面積比を調整することによって、出射面１０ａにおけるレーザ光Ｌの実効的な反射率Ｒｅｆｆを制御できる。第１領域１４ｂｅ１が第２領域１４ｂｅ２に対して小さくなるに連れて、出射面１０ａにおけるレーザ光Ｌの実効的な反射率は小さくなる。反対に、第１領域１４ｂｅ１が第２領域１４ｂｅ２に対して大きくなるに連れて、出射面１０ａにおけるレーザ光Ｌの実効的な反射率は大きくなる。実効的な反射率は、波長７μｍの光に対して例えば２０～８０％の範囲で調整可能である。よって、反射膜２０の膜厚を高精度に制御する必要がない。さらに、レーザ光Ｌの光出力を例えば１０ｍＷ以上とすることもできる。
レンズ６０が半導体メサ６４と半導体埋込領域６６とを備える場合、例えばフォトリソグラフィー及びエッチング等により、メサ導波路１４と半導体メサ６４とを一緒に形成でき、電流ブロック領域１６と半導体埋込領域６６とを一緒に形成できる。そのため、メサ導波路１４に対して半導体メサ６４を高精度に位置決めでき、電流ブロック領域１６に対して半導体埋込領域６６を高精度に位置決めできる。具体的には、メサ導波路１４の光軸とレンズ６０の光軸とを、実質的に（製造ばらつきの範囲内で）一致させることができる。
以下、図６を参照しながら、量子カスケードレーザ１と同様の構成を有する量子カスケードレーザを例として行ったシミュレーションについて説明する。出射面上に設けられた反射膜のスリットの幅を２μｍ、レンズ６０の入射面６０ａと出射面１０ａとの間の距離を１μｍ、レーザ光の波長を７．３６５μｍとした。まず、１つ目の量子カスケードレーザでは、平凸レンズの厚み（Ｙ軸方向における長さ）を１０μｍに固定し、ＸＹ平面における平凸レンズの曲率を変化させて、平凸レンズによって集光されたレーザ光の遠視野像における半値幅を算出した。次に、２つ目の量子カスケードレーザでは、平凸レンズの厚み（Ｙ軸方向における長さ）を１００μｍに固定し、ＸＹ平面における平凸レンズの曲率を変化させて、平凸レンズによって集光されたレーザ光の遠視野像における半値幅を算出した。１つ目の量子カスケードレーザの結果を図６の（ａ）に示す。２つ目の量子カスケードレーザの結果を図６の（ｂ）に示す。横軸は、ＸＹ平面における平凸レンズの曲率（単位：１／ｍｍ）を示す。縦軸は、平凸レンズによって集光されたレーザ光の遠視野像（ＦＦＰ）における半値幅（ＦＷＨＭ）（単位：度）を示す。
図６の（ａ）において、実線Ｃ１は、Ｘ軸方向における半値幅を示す。実線Ｃ２は、Ｚ軸方向における半値幅を示す。実線Ｃ１では、ＸＹ平面において平凸レンズのＸ軸方向の集光効果があるため、曲率が０から大きくなるに連れて半値幅が小さくなり、曲率が１１０［１／ｍｍ］近傍で極小値に到達した後、曲率が大きくなるに連れて半値幅が大きくなる。一方、実線Ｃ２では、Ｚ軸方向における曲率は０であるため、曲率が変化しても半値幅は変化しない。
図６の（ｂ）において、実線Ｃ３は、Ｘ軸方向における半値幅を示す。実線Ｃ４は、Ｚ軸方向における半値幅を示す。実線Ｃ３では、ＸＹ平面において平凸レンズのＸ軸方向の集光効果があるため、曲率が０から大きくなるに連れて半値幅が小さくなり、曲率が１４［１／ｍｍ］近傍で極小値に到達した後、曲率が大きくなるに連れて半値幅が大きくなる。一方、実線Ｃ４では、Ｚ軸方向における曲率は０であるため、曲率が変化しても半値幅は変化しない。
図６の（ａ）では、Ａ及びＢに示される点で実線Ｃ１と実線Ｃ２とが交差する。図６の（ｂ）では、Ｃ及びＤに示される点で実線Ｃ３と実線Ｃ４とが交差する。よって、Ａ，Ｂ，Ｃ及びＤに示される点において、Ｚ軸方向における半値幅とＸ軸方向における半値幅とが一致する。すなわち、Ａ，Ｂ，Ｃ及びＤに示される点では、集光されたレーザ光のビーム断面形状がほぼ真円となる。ほぼ真円のビーム断面形状を有するレーザ光が出射されると、量子カスケードレーザと外部の光学素子（例えば光ファイバ又は球面レンズ）との間の光結合効率が良くなる。
上述のように、Ｚ軸方向における半値幅とＸ軸方向における半値幅とが一致する点は通常２つ存在する。一般に曲率が小さいほど製造が容易であるため、図６の（ａ）ではＡで示される点、図６の（ｂ）ではＣで示される点が選択される。Ａで示される点が選択される場合、Ｘ軸方向における平凸レンズの長さは３０．６μｍである。Ｃで示される点が選択される場合、Ｘ軸方向における平凸レンズの長さは２４５μｍである。Ｘ軸方向における量子カスケードレーザの長さは通常３００～４００μｍであるため、上記寸法の平凸レンズを形成することができる。レーザ構造体の出射面と平凸レンズの入射面との間のＹ軸方向における距離、Ｙ軸方向における平凸レンズの厚み（Ｙ軸方向における長さ）、及び平凸レンズのＹ軸方向における曲率を調整することによって、ほぼ真円のビーム断面形状を有するレーザ光を得ることができる。
また、図６の（ａ）及び（ｂ）において、Ｘ軸方向における半値幅の極小値はいずれも２０度以下と小さい。よって、平凸レンズから出射されるレーザ光は、Ｘ軸方向に広がらない。よって、平行光に近いレーザ光が得られる。
次に、図７～図１０を参照しながら、量子カスケードレーザ１と同様の構成を有する量子カスケードレーザを例として行ったシミュレーションについて説明する。ただし、本例の量子カスケードレーザは、回折格子層を有していないファブリペロー（ＦＰ）型の量子カスケードレーザである。この量子カスケードレーザは、ｎ型ＩｎＰ基板上に、ｎ型ＩｎＰ下部クラッド層、コア層、ｎ－ＧａＩｎＡｓ上部光閉じ込め層、ｎ－ＩｎＰ上部クラッド層、ｎ－ＧａＩｎＡｓコンタクト層が順に形成されたメサ導波路を有する。コア層は、ＧａＩｎＡｓ／ＡｌＩｎＡｓの超格子列からなる活性層及び注入層により構成される単位構造が積層された構成を有する。メサ導波路の幅はＷＭである。メサ導波路の側面は、Ｆｅ－ＩｎＰ電流ブロック領域によって埋め込まれる。ｎ－ＧａＩｎＡｓコンタクト層上にはＡｕ上部電極が設けられる。ｎ型ＩｎＰ基板の裏面にはＡｕ下部電極が設けられる。レーザ構造体の後端面の全面には、アルミナ絶縁膜を介してＡｕ高反射膜（反射率ほぼ１００％）が設けられる。レーザ構造体の前端面（出射面）の全面には、アルミナ絶縁膜を介してスリットを有するＡｕ高反射膜（反射率ほぼ１００％）が設けられる。スリットは、メサ導波路に対応する位置に設けられる。スリットの幅はＷＳである。レーザ光の発振波長は、７．３６５μｍである。本波長に対するアルミナの吸収は無視できる程度に微小であるため、アルミナの吸収をゼロと近似して計算を行った。Ａｕ高反射膜の厚さは、全反射が得られる程度の十分な厚さ（例えば１００～２００ｎｍ）とした。
レーザ光の出射面における反射率は、Ａｕ高反射膜だけでなく、アルミナ絶縁膜の膜厚にも依存する。アルミナ絶縁膜の膜厚は、λ（＝λ０／ｎ）を単位として表される。λ０は、真空中での発振波長（すなわち７．３６５μｍ）を表す。ｎは、波長λ０に対するアルミナの屈折率（すなわち約１．３７８３）を表す。レーザ光の出射面における反射率は、アルミナ絶縁膜の膜厚に対して正弦波を描くように０．５λの周期で変動する。ここでは、アルミナ膜厚をλ／４に固定し、メサ導波路の幅ＷＭを１～５μｍの範囲で変化させ、スリットの幅ＷＳを１～５μｍの範囲で変化させて計算を行った。計算結果を図７に示す。
図７は、出射面におけるスリットの幅と実効的な反射率との関係の例を示すグラフである。図７中、Ｒ０は、出射面にコーティングが無い場合の結果を示す。Ｒ１１はメサ導波路の幅ＷＭが１μｍである時の結果を示す。Ｒ１２はメサ導波路の幅ＷＭが２μｍである時の結果を示す。Ｒ１３はメサ導波路の幅ＷＭが３μｍである時の結果を示す。Ｒ１４はメサ導波路の幅ＷＭが４μｍである時の結果を示す。Ｒ１５はメサ導波路の幅ＷＭが５μｍである時の結果を示す。図７に示されるように、スリットの幅ＷＳを調整することによって、実効的な反射率を約２０～８０％の範囲内で調整できる。また、メサ導波路の幅ＷＭが２～５μｍの場合の実効的な反射率に比べて、メサ導波路の幅ＷＭが１μｍの場合の実効的な反射率は有意に大きくなっている。メサ導波路の幅ＷＭが１μｍと小さくなると、メサ導波路内への光の閉じ込めが困難となる。その結果、メサ導波路の外側に拡散した光が増加し、当該光がＡｕ高反射膜によって全反射されるので、メサ導波路の幅ＷＭが１μｍの場合の実効的な反射率が大きくなる。
図７から分かるように、メサ導波路の幅ＷＭ、スリットの幅ＷＳ及びアルミナ膜厚を調整することによって、出射面における実効的な反射率を約２０～８０％の範囲内で調整できる。また、スリットの位置では、出射面にＡｕ高反射膜が形成されず、アルミナ絶縁膜のみが形成されているので、Ａｕ高反射膜によるレーザ光の吸収を回避できる。その結果、高い光出力（例えば１０ｍＷ以上）のレーザ光が得られる。さらに、メサ導波路の幅ＷＭ、スリットの幅ＷＳ及びアルミナ膜厚を調整することによって、出射面にコーティングが無い場合（図７のＲ０）よりも低い実効的な反射率を得ることも可能である。
また、図７に対応する閾値電流の計算を行った。計算結果を図８に示す。図８は、スリットの幅と閾値電流との関係の例を示すグラフである。図８中、Ｉ１は、メサ導波路の幅ＷＭが１μｍの場合の結果を示す。Ｉ２は、メサ導波路の幅ＷＭが２μｍの場合の結果を示す。Ｉ３は、メサ導波路の幅ＷＭが３μｍの場合の結果を示す。Ｉ４は、メサ導波路の幅ＷＭが４μｍの場合の結果を示す。Ｉ５は、メサ導波路の幅ＷＭが５μｍの場合の結果を示す。図７及び図８から分かるように、メサ導波路の幅ＷＭの各値において、スリットの幅ＷＳが減少すると、実効的な反射率が高まるため、閾値電流は減少する。メサ導波路の幅ＷＭが２～５μｍの範囲では、スリットの幅ＷＳが同じであれば、メサ導波路の幅ＷＭが小さくなるほど閾値電流も小さくなる。これは、メサ導波路の幅ＷＭが小さくなると、電流が注入されるコア層の幅も小さくなるためである。しかし、メサ導波路の幅ＷＭが１μｍの場合、実効的な反射率は最大になるにも拘らず、閾値電流は最大となっている。上述の通り、メサ導波路の幅ＷＭが１μｍと小さいと、メサ導波路内への光の閉じ込めが困難となるため、コア層における誘導放出による光の増幅が困難となる。その結果、閾値電流が増加する。実効的な反射率の増加による閾値電流の低減効果よりも、光の増幅が困難になることによる閾値電流の増加効果の方が大きいので、閾値電流が大きくなる。
また、メサ導波路の幅ＷＭを５μｍ、アルミナ膜厚をλ／４に固定し、スリットの幅ＷＳを変化させた場合の電流－光出力特性の計算を行った。計算結果を図９に示す。図９は、スリットの幅を変化させた場合の電流と光出力との関係の例を示すグラフである。図９中、Ｌ０は、出射面にコーティングが無い場合の結果を示す。Ｌ１は、スリットの幅ＷＳが１μｍの場合の結果を示す。Ｌ２は、スリットの幅ＷＳが２μｍの場合の結果を示す。Ｌ３は、スリットの幅ＷＳが３μｍの場合の結果を示す。Ｌ４は、スリットの幅ＷＳが４μｍの場合の結果を示す。Ｌ５は、スリットの幅ＷＳが５μｍの場合の結果を示す。図９に示されるように、スリットの幅ＷＳが小さくなると、実効的な反射率が増加するため、閾値電流を低減できる。しかし、スリットからの出射光の取り出しが困難化するため、出射光のスロープ効率が減少する。よって、高出力が得られにくい。一方、スリットの幅ＷＳが大きくなると、実効的な反射率が減少するため、閾値電流が増加する。しかし、スリットからの出射光の取り出しが容易になるため、出射光のスロープ効率が増加する。よって、高出力が得られやすい。また、スリットの幅ＷＳが４μｍでは、出射面にコーティングが無い場合とほぼ同じ結果が得られる。これは、図７に示されるように、スリットの幅ＷＳが４μｍでは、出射面にコーティングが無い場合とほぼ同じ実効的な反射率が得られるからである。
また、メサ導波路の幅ＷＭを５μｍに固定し、アルミナ膜厚をλ／４又はλ／１６とし、スリットの幅ＷＳを変化させた場合の電流－光出力特性の計算を行った。計算結果を図１０に示す。図１０は、スリットの幅及びアルミナ膜厚を変化させた場合の電流と光出力との関係の例を示すグラフである。図１０中、Ｌ１は、アルミナ膜厚がλ／４であり、スリットの幅ＷＳが１μｍの場合の結果を示す。Ｌ１１は、アルミナ膜厚がλ／１６であり、スリットの幅ＷＳが１μｍの場合の結果を示す。Ｌ３は、アルミナ膜厚がλ／４であり、スリットの幅ＷＳが３μｍの場合の結果を示す。Ｌ１３は、アルミナ膜厚がλ／１６であり、スリットの幅ＷＳが３μｍの場合の結果を示す。Ｌ５は、アルミナ膜厚がλ／４であり、スリットの幅ＷＳが５μｍの場合の結果を示す。Ｌ１５は、アルミナ膜厚がλ／１６であり、スリットの幅ＷＳが５μｍの場合の結果を示す。スリットの幅ＷＳが同じ場合、アルミナ膜厚が大きい方が実効的な反射率が低減される。よって、図１０に示されるように、スリットの幅ＷＳが大きくなると閾値電流が増加する一方、高出力が得られる。これは、図９における傾向と同じである。
次に、図１１～図１４を参照して、本実施形態に係る量子カスケードレーザ１の製造方法の例について説明する。図１１の（ａ）～（ｅ）は、一実施形態に係る量子カスケードレーザの製造方法における各工程を示す図である。図１２～図１４は、一実施形態に係る量子カスケードレーザの製造方法における一工程を示す上面図である。量子カスケードレーザ１は、例えば以下のように製造される。
まず、図１１の（ａ）に示されるように、半導体基板１１２上に順に設けられた半導体層１１４ａ，１１４ｂ，１１４ｃ，１１４ｄ，１１４ｅ上に、レーザ構造体１０の本体１０ｃを形成するためのマスクＭ１と、レンズ６０を形成するためのマスクＭ２とを形成する。半導体基板１１２は、図１～図５に示される量子カスケードレーザ１の半導体基板１２及び台座６２となる。半導体層１１４ａ，１１４ｂ，１１４ｃ，１１４ｄ，１１４ｅは、それぞれ下部クラッド層１４ａ、コア層１４ｂ、回折格子層１４ｃ、上部クラッド層１４ｄ及びコンタクト層１４ｅとなる。半導体層１１４ａ，１１４ｂ，１１４ｃ，１１４ｄ，１１４ｅは、例えば有機金属成長法（ＯＭＶＰＥ法）又は分子線エピタキシー（ＭＢＥ法）により形成される。回折格子層１４ｃとなる半導体層１１４ｃには、フォトリソグラフィー及びエッチングにより凹部１４ｃ１が形成される。
半導体層１１４ａ，１１４ｂ，１１４ｃ，１１４ｄ，１１４ｅは、Ｙ軸方向に延在する半導体メサを構成している。半導体メサは、メサ導波路１４及び半導体メサ６４となる。Ｘ軸方向において複数の半導体メサが配列されている。複数の半導体メサは、フォトリソグラフィー及びエッチングにより形成される。半導体メサの側面は、アンドープ又は半絶縁性の半導体を含む半導体埋込領域によって埋め込まれる。半導体埋込領域は、電流ブロック領域１６及び半導体埋込領域６６となる。半導体埋込領域は、例えば有機金属成長法又は分子線エピタキシーにより形成される。
マスクＭ１とマスクＭ２とは、Ｙ軸方向において交互に配列される。マスクＭ１と一方の隣り合うマスクＭ２との間にはＸ軸方向に延在するスリットＭａが形成される。マスクＭ１と他方の隣り合うマスクＭ２との間にはＸ軸方向に延在するスリットＭｂが形成される。隣り合うマスクＭ１間の間隔は、レーザ構造体１０の第１突出部１０ｄ及び第２突出部１０ｅのＹ軸方向における合計長さに対応している。
次に、図１１の（ｂ）に示されるように、マスクＭ１及びＭ２を用いて、半導体層１１４ａ，１１４ｂ，１１４ｃ，１１４ｄ，１１４ｅ及び半導体基板１１２の一部をドライエッチングする。これにより、スリットＭａ及びＭｂにはトレンチＴ１及びＴ２がそれぞれ形成される。その結果、マスクＭ１の下にメサ導波路１４及び電流ブロック領域１６が形成される。マスクＭ２の下にはレンズ６０が形成される。すなわち、レーザ構造体１０の本体１０ｃ、第１突出部１０ｄ及び第２突出部１０ｅが形成される。トレンチＴ１には、出射面１０ａと入射面６０ａとが露出する。トレンチＴ２には、反射面１０ｂと凸状面６０ｂとが露出する。出射面１０ａ及び反射面１０ｂは、共振器を形成するので、Ｙ軸方向に対して直交する。入射面６０ａも、レーザ光Ｌが入射するので、Ｙ軸方向に対して直交する。凸状面６０ｂは、レンズ面を構成するので、ＸＹ平面に直交する。そのため、垂直エッチング性に優れた反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によりドライエッチングが行われる。
次に、マスクＭ１及びＭ２を除去した後、図１１の（ｃ）に示されるように、例えばＣＶＤ法、フォトリソグラフィー及びドライエッチングにより、出射面１０ａを覆う保護膜２２と、反射面１０ｂを覆う保護膜３２とを形成する。保護膜２２は、トレンチＴ１の底及びレーザ構造体１０の本体１０ｃの上面の一部も覆う。保護膜３２は、トレンチＴ２の底及びレーザ構造体１０の本体１０ｃの上面の一部も覆う。
次に、図１１の（ｄ）に示されるように、反射膜２０の第１端部と上部電極４０との間の空隙ＳＰ１を形成するためのレジストマスクＭ３と、反射膜３０の第１端部と上部電極４０との間の空隙ＳＰ２を形成するためのレジストマスクＭ４とを保護膜２２及び保護膜３２上にそれぞれ形成する。続いて、例えば蒸着又はスパッタリングにより金属膜１４０をレジストマスクＭ３及びレジストマスクＭ４上に形成する。金属膜１４０は、半導体基板１１２の全面にわたって形成される。
次に、図１１の（ｅ）及び図１２に示されるように、リフトオフによりレジストマスクＭ３及びＭ４を剥離することによって、空隙ＳＰ１及びＳＰ２をそれぞれ形成する。その結果、レーザ構造体１０の本体１０ｃ上に上部電極４０が形成される。一方、レーザ構造体１０の第１突出部１０ｄ及び第２突出部１０ｅには金属膜１２０が形成される。金属膜１２０は、トレンチＴ１及びＴ２、レンズ６０を覆う。図１２に示されるように、レーザ構造体１０の本体１０ｃ、第１突出部１０ｄ及び第２突出部１０ｅを含む単位構造ＵがＸ軸方向及びＹ軸方向にアレイ配置される。
次に、図１３に示されるように、フォトリソグラフィー及びエッチングにより、反射膜２０及び反射膜３０を形成するための開口Ｍ５ａを有するレジストマスクＭ５を金属膜１２０上に形成する。開口Ｍ５ａは、レンズ６０上に位置する。
次に、図１４に示されるように、金属膜１２０をエッチングする。エッチングの例は、反応性イオンエッチング又はイオンミリング等のドライエッチング、ヨウ素／ヨウ化カリウム混合液を用いたウェットエッチングである。その後、レジストマスクＭ５を剥離する。これにより、金属膜１２０から反射膜２０及び反射膜３０が形成される。
その後、半導体基板１１２の裏面を研磨することによって、半導体基板１１２の厚さを例えば１００～２００μｍまで薄くする。次に、半導体基板１１２の裏面に、例えば蒸着により下部電極５０を形成する。
次に、例えば格子状の切断線ＣＴに沿って半導体基板１１２、保護膜（保護膜２２と保護膜３２との境界）及び下部電極５０を切断することにより、単位構造Ｕに対応する量子カスケードレーザ１が得られる。切断の例は、へき開、ダイシング等である。
以上、本開示の好適な実施形態について詳細に説明されたが、本開示は上記実施形態に限定されない。
例えば、レンズ６０は、両凸レンズであってもよい。この場合、Ｚ軸方向から見て入射面６０ａも凸状に湾曲している。
１…量子カスケードレーザ
１０…レーザ構造体
１０ａ…出射面
１０ｂ…反射面
１０ｃ…本体
１０ｄ…第１突出部
１０ｅ…第２突出部
１２…半導体基板
１２ａ…凸部
１２ｓ…主面
１２ｓ１…第１領域
１２ｓ２…第２領域
１２ｓ３…第３領域
１４…メサ導波路
１４ａ…下部クラッド層
１４ｂ…コア層
１４ｂｅ…端面
１４ｂｅ１…第１領域
１４ｂｅ２…第２領域
１４ｃ…回折格子層
１４ｃ１…凹部
１４ｄ…上部クラッド層
１４ｅ…コンタクト層
１４ｓ…側面
１６…電流ブロック領域
２０…反射膜
２０ａ…スリット
２２…保護膜
３０…反射膜
３２…保護膜
４０…上部電極
５０…下部電極
６０…レンズ
６０ａ…入射面
６０ｂ…凸状面
６２…台座
６２ａ…凸部
６４…半導体メサ
６４ａ～６４ｅ…半導体層
６４ｓ…側面
６６…半導体埋込領域
１１２…半導体基板
１１４ａ…半導体層
１１４ｂ…半導体層
１１４ｃ…半導体層
１１４ｄ…半導体層
１１４ｅ…半導体層
１２０…金属膜
１４０…金属膜
Ｃ１…実線
Ｃ２…実線
Ｃ３…実線
Ｃ４…実線
ＣＴ…切断線
Ｌ…レーザ光
Ｍ１…マスク
Ｍ２…マスク
Ｍ３…レジストマスク
Ｍ４…レジストマスク
Ｍ５…レジストマスク
Ｍ５ａ…開口
Ｍａ…スリット
Ｍｂ…スリット
ＳＰ…スポットサイズ
ＳＰ１…空隙
ＳＰ２…空隙
Ｔ１…トレンチ
Ｔ２…トレンチ
Ｕ…単位構造

Claims (3)

  1. 第１方向にレーザ光を出射する出射面を有するレーザ構造体と、
    前記出射面からの前記レーザ光を受ける入射面と、集光された前記レーザ光を出射する凸状面と、を有するレンズと、
    を備え、
    前記レーザ構造体は、半導体基板と、前記半導体基板の主面の第１領域上に設けられ前記第１方向に延在するメサ導波路と、前記メサ導波路の側面を埋め込む電流ブロック領域と、を備え、前記電流ブロック領域は、アンドープ又は半絶縁性の半導体を含み、
    前記レンズは、半導体を含み、前記半導体基板の前記主面の第２領域上に設けられており、
    前記レンズは、前記第１方向に延在する半導体メサと、前記半導体メサの側面を埋め込む半導体埋込領域とを備え、前記半導体埋込領域は、アンドープ又は半絶縁性の半導体を含み、
    前記第１領域及び前記第２領域は前記第１方向に配列される、量子カスケードレーザ。
  2. 前記レンズは、平凸レンズであり、前記凸状面は、前記半導体基板の前記主面に交差する第２方向から見て凸状に湾曲している、請求項１に記載の量子カスケードレーザ。
  3. 前記出射面上に設けられた反射膜を更に備え、
    前記反射膜は、前記レーザ光を透過させるスリットを有する、請求項１又は請求項２に記載の量子カスケードレーザ。
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