半导体激光装置制造方法及图纸

实施方式的半导体激光装置具有多个第1单位层叠体和多个第2单位层叠体。多个第1单位层叠体具有包含第1量子阱层且能够通过子带间跃迁发出第1红外线激光的发光区域、以及能够将上述发光区域中向微带能级弛豫的电子向下游侧的单位层叠体输送的电子注入区域。多个第2第2单位层叠体具有包含第2量子阱层且能够通过子带间跃迁发出第2红外线激光的发光区域、以及能够将第2量子阱层的发光区域中向微带能级弛豫的电子向下游侧的单位层叠体输送的电子注入区域。第2量子阱层具有至少一个与第1量子阱层的阱宽度不同的阱宽度。第1单位层叠体与第2单位层叠体具有空间的周期性而层叠。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术的实施方式涉及半导体激光装置。
技术介绍
在环境测量等广泛领域中应用了发出红外光的激光装置。其中，由半导体构成的量子级联激光器小型且便利性较高，能够进行高精度的测量。量子级联激光器例如交替层叠有GaInAs与AlInAs，具有包含量子阱层的活性层。而且，具有活性层的两侧面由例如InP包层夹住的构造。在该情况下，级联连接的量子阱层能够通过载流子的子带间跃迁发出波长为4～20μm的红外线激光。空气中所包含的各种气体通过红外线照射具有气体固有的吸收光谱。因此，通过测量红外线吸收量，能够知晓气体的种类与其浓度。在该情况下，要求从量子级联激光器发出的激光的波长范围较宽。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2010－278326号公报
技术实现思路
专利技术要解决的课题提供一种能够以较宽的波长频带进行红外发光的半导体激光装置。用于解决课题的手段实施方式的半导体激光装置具有多个第1单位层叠体、多个第2单位层叠体。上述多个第1单位层叠体具有包含第1量子阱层且能够通过子带间跃迁发出第1红外光的发光区域、以及能够将上述发光区域中向微带能级弛豫的电子向下游侧的单位层叠体输送的电子注入区域。上述多个第2单位层叠体具有包含第2量子阱层且能够通过子带间跃迁发出第2红外光的发光区域、以及能够将上述第2量子阱层的上述发光区域中向微带能级弛豫的电子向下游侧的单位层叠体输送的电子注入区域。上述第2量子阱层具有至少一个与上述第1量子阱层的阱宽度不同的阱宽度。第1单位层叠体与第2单位层叠体具有空间的周期性而层叠。附图说明图1(a)是局部剖切本专利技术的第1实施方式的半导体激光装置的示意立体图，图1(b)是沿着A－A线的示意剖视图。图2是说明第1实施方式的半导体激光装置的作用的能带图。图3是使第1阱层的宽度变化时的、相对于发光波长的增益的曲线图。图4(a)是第2实施方式的例I的能带图，图4(b)是其虚线区域的放大图，图4(c)是例II的能带图，图4(d)是其虚线区域的放大图，图4(e)是例3的能带图，图4(f)是其虚线区域的放大图。图5是第2实施方式的半导体激光装置相对于发光波长的增益的曲线图。图6(a)是比较例(W1＝6.4μm)的能带图，图6(b)是其虚线区域的放大图，图6(c)是比较例(W1＝6.5μm)的能带图，图6(d)是其虚线区域的放大图，图6(e)是比较例(W1＝6.6μm)的能带图，图6(f)是其虚线区域的放大图。图7(a)是使用了本实施方式的半导体激光装置的呼气诊断装置的构成图，图7(b)是多个气体的吸收光谱的示意图，图7(c)是说明波长控制部的第1调整机构以及第2调整机构的图。具体实施方式以下，一边参照附图一边说明本专利技术的实施方式。图1(a)是局部剖切本专利技术的第1实施方式的半导体激光装置的示意立体图，图1(b)是沿着A－A线的示意剖视图。半导体激光装置至少具有基板10、设于基板10上的层叠体20、以及电介质层40。在图1(a)中，还具有第1电极50、第2电极52、以及绝缘膜42。层叠体20具有第1包层22、第1引导层23、活性层24、第2引导层25、以及第2包层28。第1包层22的折射率和第2包层28的折射率比第1引导层23、活性层24、以及第2引导层25的任意一方的折射率都低，在活性层24的层叠方向上将红外线激光60适当封入。另外，层叠体20具有条纹的形状，能够被称作脊波导路RG。若使脊波导路RG的两个端面为镜面，则被引导发出的光作为红外线激光62而从光出射面发出。在该情况下，光轴62定义为将以镜面作为共振面的光共振器的剖面的中心连结的线。即，光轴62与脊波导路RG延伸的方向一致。在与光轴62垂直的剖面上，若与活性层24的第1面24a、第2面24b平行的方向上的宽度WA过宽，则在水平横方向上产生高次模式，难以进行高输出。若活性层24的宽度WA设为例如5～20μm等，则水平横方向模式的控制变得容易。若电介质层40的折射率比构成活性层24的任意一层的折射率低，则能够利用夹住层叠体20的侧面20a、20b而设置的电介质层40沿光轴62构成脊波导路RG。图2是说明第1实施方式的半导体激光装置的作用的能带图。活性层24具有交替层叠有发光区域和注入区域的级联构造。能够将这样的半导体激光称作量子级联激光器。第1单位层叠体80具有第1发光区域82和第1注入区域84。第1注入区域84具有电子注入区域88和抽出势垒层BE。另外，第1注入区域84在下游侧还能够具有调整量子阱层90。第1发光区域82通过第1量子阱层86的子带间跃迁能够发出第1红外线激光。从第1注入区域84向第2发光区域94注入载流子(在本图中是电子)，子带间跃迁之后，电子被从第2发光区域94向第2注入区域96抽出。载流子从上游侧向下游侧移动。即，第1单位层叠体80位于上游侧。另一方面，第2单位层叠体92位于下游侧。例如，可以说第1注入区域84将载流子(电子)输送(注入)到位于下游侧的第2单位层叠体92的第2发光区域93。第2单位层叠体92具有第2发光区域93和第2注入区域95。第2注入区域95具有电子注入区域96和抽出势垒层BE。另外，第2注入区域95在下游侧还能够具有调整量子阱层98。第2发光区域93通过第2量子阱层94的子带间跃迁能够发出包含红外线激光等的第2红外光。另外，第2注入区域95能够将从第2发光区域93注入的载流子(在本图中是电子)的能量向微带能级Lm2弛豫(日语：緩和)。在第1量子阱层86以及第2量子阱层94中，若使阱宽度W1缩窄为例如10nm以下，则能级离散，产生子带(高能级Lu)、子带(低能级Ll)等。从注入势垒层BI注入的电子等的载流子能够有效地封入量子阱层。因此，在载流子从高能级Lu向低能级Ll跃迁的情况下，发出与能量差(Lu1－Ll1)、(Lu2－Ll2)等对应的光(hn)(电子等的载流子的跃迁)。子带间跃迁产生于导带以及价带的某一方中。即，不需要pn结的空穴与电子的再结合，而是仅利用某一方的载流子的跃迁来发光。在本图的情况下，半导体层叠体通过施加于第1电极50和第2电极52之间的电压，经由注入势垒层BI向量子阱层注入电子70，产生子带间跃迁。单位层叠体具有多个微带(也称作子带)。优选的是微带中的能量差较小，接近于连续能带。第1发光区域86的低能级Ll1的电子被弛豫到微带能级Lm1，通过抽出势垒层BE，向第1注入区域88注入，并向下游侧的单位层叠体输送(注入)。另外，第2发光区域93的低能级Ll2的电子向微带能级Lm2弛豫，通过抽出势垒层BE，向第2注入区域95注入，并向下游侧的单位层叠体输送(注入)。将发光区域的量子阱层中的决定子带间跃迁的阱层称作第1阱层，用W1表示其宽度。在第1实施方式中，第2量子阱层94中的产生伴随着发光的电子跃迁的阱层宽度W1与第1量子阱层86中的产生伴随着发光的电子跃迁的阱宽度W1不同。图3是使第1阱层宽度变化时的、相对于发光波长的增益的曲线图。纵轴是增益(1/cm)，横轴是发光波长(μm)。对应于将第1阱层的宽度W1扩宽为6.3nm(A)、6.4nm(B)、6.5nm(C)、6.6nm(D)，发光波长的峰值变长至6.1μm、6.15μm、6.2μm、6.25μm。另外，通过改变单位层叠体的第1阱层的宽度W1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体激光装置，具备：多个第1单位层叠体，具有包含第1量子阱层且能够通过子带间跃迁发出第1红外光的发光区域、以及能够将上述发光区域中向微带能级弛豫的电子向下游侧的单位层叠体输送的电子注入区域；以及多个第2单位层叠体，具有包含第2量子阱层且能够通过子带间跃迁发出第2红外光的发光区域、以及能够将上述第2量子阱层的上述发光区域中向微带能级弛豫的电子向下游侧的单位层叠体输送的电子注入区域，上述第2量子阱层具有至少一个与上述第1量子阱层的阱宽度不同的阱宽度；第1单位层叠体与第2单位层叠体具有空间的周期性而层叠。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.03.13 JP 2014-0503771.一种半导体激光装置，具备：多个第1单位层叠体，具有包含第1量子阱层且能够通过子带间跃迁发出第1红外光的发光区域、以及能够将上述发光区域中向微带能级弛豫的电子向下游侧的单位层叠体输送的电子注入区域；以及多个第2单位层叠体，具有包含第2量子阱层且能够通过子带间跃迁发出第2红外光的发光区域、以及能够将上述第2量子阱层的上述发光区域中向微带能级弛豫的电子向下游侧的单位层叠体输送的电子注入区域，上述第2量子阱层具有至少一个与上述第1量子阱层的阱宽度不同的阱宽度；第1单位层叠体与第2单位层叠体具有空间的周期性而层叠。2.根据权利要求1所述的半导体激光装置，上述第1量子阱层中的决定上述子带间跃迁的阱层的阱宽度与上述第2量子阱层中的决定上述子带间跃迁的阱层的阱宽度不同。3.根据权利要求1所述的半导体激光装置，上述多个第1单位层叠体在上述电子注入区域的下游侧包含调整量子阱层，上述多个第2单位层叠体在上述电子注入区域的下游侧包含调整量子阱层，在第1单位层叠体与第2单位层叠体层叠的界面，上游侧的单位层叠体的调整量子阱层将比上游侧的电子注入区域的微带能级低的跃迁能级连续地生成至与下游侧邻接的单位层叠体的发光区域。4.根据权利要求3所述的半导体激光装置，上述多个第1单位层叠体以及上述多个第2单位层叠体的至少某一方的上述调整量子阱层以相同的构造具有多个阱层与势垒层所成的对。5.根据权利要求4所述的半导体激光装置，与上述调整量子阱层的上游侧邻接的电子注入区域包含多个量子阱层，上述调整量子阱层的上述阱层的宽度以及上述势垒层的宽度分别与构成上述多个量子阱层中的邻接的量子阱层的、阱层的宽度和势垒层的宽度相同。6.根据权利要求1所述的半导体激光装置，上述多个第1单位层叠体具有向上述第1量子阱层注入电子的注入势垒层、以及从上述第1量子阱层抽出电子的抽出势垒层，上述多个第2单位层叠体具有向上述第2量子阱层注入电子的注入势垒层、以及从上述第2量子阱层抽出电子的抽出势垒层。7.根据权利要求2所述的半导体激光装置，上述多个第1单位层叠体在上述电子注入区域的下游侧包含调整量子阱层，上述多个第2单位层叠体在上述电子注入区域的下游侧包含调整量子阱层，在第1单位层叠体与第2单位层叠体层叠的界面，上游侧的单位层...

【专利技术属性】
技术研发人员：薮原秀彦，
申请(专利权)人：株式会社东芝，
类型：发明
国别省市：日本;JP