太赫兹量子级联激光装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供能够作为两个红外线的差频而发出太赫兹波的量子级联激光装置。太赫兹量子级联激光装置具有基板、半导体层叠体以及第一电极。半导体层叠体具有能够通过次能带间光学跃迁而发出红外线激光且设置在基板上的活性层、以及设置在活性层之上的第一包层，半导体层叠体设置有脊形波导路。在第一包层的上表面设置有沿着脊形波导路的延伸方向分离地设置的第一分布反馈区域以及第二分布反馈区域。第一电极设置在第一包层的上表面。第一分布反馈区域的平面尺寸小于第二分布反馈区域的平面尺寸。

Terahertz quantum cascade laser device

The invention provides a quantum cascade laser device that is capable of emitting a terahertz wave as a difference frequency of two infrared rays. The terahertz quantum cascade laser device has a substrate, a semiconductor layer and a first electrode. The semiconductor laminate has an active layer emitting infrared laser through sub energy band optical transition, and an active layer disposed on the substrate, and a first cladding on the active layer. The semiconductor laminate is provided with a ridge waveguide waveguide. A first distribution feedback region is arranged on the upper surface of the first package layer, and the second distribution feedback region is separated along the extension direction of the ridge waveguide road. The first electrode is arranged on the upper surface of the first cladding layer. The plane size of the first distributed feedback region is less than the plane size of the second distribution feedback region.

【技术实现步骤摘要】
太赫兹量子级联激光装置
本专利技术的实施方式涉及一种太赫兹量子级联激光装置(日文：テラヘルツ量子カスケードレーザ装置)。
技术介绍
当使用具有30GHz～30THz的频率的太赫兹波时，例如，能够对纸袋内的特定物质等进行检测。然而，难以通过高频电路来生成太赫兹波。当将从KTP(KTi0P4)-OPO(OpticalParametricOscillator：光参量振荡器)产生的双波长红外线激光对非线形结晶进行照射时，作为差频而生成太赫兹波。然而，其构成较复杂。专利文献1：日本特开2008-53519号公报
技术实现思路
本专利技术提供一种量子级联激光装置，能够作为2个红外线的差频而发出太赫兹波。实施方式的太赫兹量子级联激光装置具有基板、半导体层叠体以及第一电极。所述半导体层叠体具有能够通过次能带间光学跃迁来发出红外线激光且设置在所述基板上的活性层、以及设置在所述活性层之上的第一包层，所述半导体层叠体设置有脊形波导路。在所述第一包层的上表面设置有沿着所述脊形波导路的延伸方向分离设置的第一分布反馈区域以及第二分布反馈区域。所述第一电极设置在所述第一包层的上表面。所述第一分布反馈区域的平面尺寸小于所述第二分布反馈区域的平面尺寸。附图说明图1(a)是第一实施方式的太赫兹量子级联激光装置的示意俯视图，图1(b)是沿着A-A线的示意剖视图，图1(c)是沿着B-B线的示意剖视图。图2是对量子级联激光装置对于相对电流密度的电压依存性进行说明的图表图。图3(a)是将太赫兹波量子级联激光装置的第一分布反馈区域的一个例子局部放大的示意剖视图，图3(b)是将其第二分布反馈区域的一个例子局部放大的示意剖视图。图4(a)是第一实施方式的变形例的示意俯视图，图4(b)是沿着A-A线的示意剖视图，图4(c)是沿着B-B线的示意剖视图。图5(a)是第二实施方式的太赫兹量子级联激光装置的示意俯视图，图5(b)是沿着A-A线的示意剖视图，图5(c)是沿着B-B线的示意剖视图。图6(a)是将第二实施方式的太赫兹量子级联激光装置的第一分布反馈区域的一个例子局部放大的示意剖视图，图6(b)是将其第二分布反馈区域的一个例子局部放大的示意剖视图。图7(a)是第二实施方式的变形例的示意俯视图，图7(b)是沿着A-A线的示意剖视图，图7(c)是沿着B-B线的示意剖视图。符号的说明10：基板，12：活性层，14：第一包层，14a：第一分布反馈区域，14b：第二分布反馈区域，20：半导体层叠体，30：第一电极，30a：第一区域，30b：第二区域，40：脊形波导路，50：第一帕尔贴元件，52：第二帕尔贴元件，G1：第一红外线激光，G2：第二红外线激光，D1、D2：(衍射光栅的)间距，RTH1、RTH2：热阻，S1、S2：(分布反馈区域的)平面尺寸，TH：太赫兹波具体实施方式以下，参照附图对本专利技术的实施方式进行说明。图1(a)是第一实施方式的太赫兹量子级联激光装置的示意俯视图，图1(b)是沿着A-A线的示意剖视图，图1(c)是沿着B-B线的示意剖视图。太赫兹量子级联激光装置具有基板10、半导体层叠体20以及第一电极30。基板10由具有光学非线形性的InP、InGaAs、GaAs等形成。半导体层叠体20具有活性层12以及第一包层14。活性层12设置在基板10上，并且能够通过次能带间光学跃迁而发出第一红外线激光G1以及第二红外线激光G2。第一包层14具有沿着脊形波导路40的延伸方向(与A-A线平行)分离设置的第一分布反馈区域14a以及第二分布反馈区域14b。活性层12例如是由InxGa1-xAs(0＜x＜1)形成的阱层与由InyAl1-yAs(0＜y＜1)形成的阻挡层交替层叠而得到的量子阱层(英文：quantumwell)被级联连接而形成的。在第一实施方式中，第一分布反馈区域14a的平面尺寸S1小于第二分布反馈区域14b的平面尺寸S2。此外，半导体层叠体20也可以还具有第二包层11。在半导体层叠体20的一方的端面上，能够设置由SiN/Au等形成的高反射膜90。此外，在半导体层叠体12的另一方的端面上，能够设置由Y2O3等形成的低反射膜92，作为光出射面。从基板10的端面10a发出太赫兹波TH。第一分布反馈区域14a的平面尺寸S1通过(第一包层14的上表面的宽度)×(衍射光栅区域的沿着A-A线的长度)来表示。此外，第二分布反馈区域14b的尺寸S2通过(第一包层14的上表面的宽度)×(衍射光栅区域的沿着A-A线的长度)来表示。在衍射光栅的宽度相同的情况下，平面尺寸之比成为衍射光栅区域的长度之比。在半导体层叠体20的上部，至少包括第一包层14和活性层12，并设置有台面形、矩形剖面的脊形波导路40。在脊形波导路40的两侧面设置有由比构成半导体层叠体20的层的折射率更低的折射率形成的电介质层42，将第一红外线激光G1以及第二红外线激光G2分别在水平方向封闭，并且保护活性层12的侧面。此外，半导体层叠体20也可以在活性层12与基板10之间还具有第二包层11。脊宽度W1例如能够成为6～20μm等。第一电极30设置于第一包层14的上表面。第一分布反馈区域14a以及第二分布反馈区域14b由配置在第一包层14的上表面的1维衍射光栅构成。衍射光栅的间距P由式(1)表示。P＝mB×(λ0/2nr)式(1)其中，mB：1以上的整数λ0：自由空间内的波长nr：构成脊形波导路的介质的折射率在基板10具有导电性的情况下，在基板10的背面能够设置第二电极32。图2是对量子级联激光装置的施加电压相对于相对电流密度的依存性进行说明的图表图。衍射光栅沿着脊形波导路40以规定的间距配置。例如，当相对电流密度J超过0.5时，开始出射单一模式的红外线激光，随着施加电压V1增加而红外线激光输出增加。对第一分布反馈区域14a和第二分布期间区域14b提供相同的电压V1，因此电流密度几乎相等。假设，在两个分布反馈区域14a、14b的平面尺寸还相等的情况下，在各个区域中功耗变得相等，因此各个区域的峰值温度也变得几乎相等。因此，第一红外线激光G1以及第二红外线激光G2的波长变得几乎相等，难以生成太赫兹波。与此相对，在第一实施方式中，第一分布反馈区域14a的电流I1相对于第二分布反馈区域14b的电流I2之比(I1/I2)，几乎与两个区域的平面尺寸之比(S1/S2)相同，在平面尺寸较大的第二分布反馈区域14b中消耗的电力，变大为在第一分布反馈区域14a中消耗的电力的约(S2/S1)倍。此外，将第一分布反馈区域14a的热阻设为RTH1，将第二分布反馈区域14b的热阻设为RTH2。在各个区域中，产生热在半导体层叠体12的纵向以及水平方向上传播。在沿着A-A线为细长的区域即第二分布反馈区域14b中，产生热中的水平方向成分主要向与脊A-A线正交的方向扩散。另一方面，在平面形状接近正方形的第一分布反馈区域14a中，产生热中的水平方向成分向四方传播并且扩散，因此放热源的周边长度实际上变长。因此，成为(RTH1/RTH2)＜(S2/S1)，平面尺寸较大的第二分布反馈区域14b的峰值温度容易变得高于第一分布反馈区域14a的峰值温度。即，在电流密度几乎相同时，高电流的第二分布反馈区域14b的峰值温度容易变得高于低电流的第一分布反馈区域14a的峰本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种太赫兹量子级联激光装置，具备：基板；半导体层叠体，具有：活性层，能够通过次能带间光学跃迁而发出红外线激光，且设置在所述基板上；以及设置在所述活性层之上的第一包层，该半导体层叠体设置有脊形波导路，在所述第一包层的上表面设置有沿着所述脊形波导路的延伸方向分离设置的第一分布反馈区域以及第二分布反馈区域；以及第一电极，设置在所述第一包层的上表面；所述第一分布反馈区域的平面尺寸小于所述第二分布反馈区域的平面尺寸。

【技术特征摘要】
2016.09.05 JP 2016-1727921.一种太赫兹量子级联激光装置，具备：基板；半导体层叠体，具有：活性层，能够通过次能带间光学跃迁而发出红外线激光，且设置在所述基板上；以及设置在所述活性层之上的第一包层，该半导体层叠体设置有脊形波导路，在所述第一包层的上表面设置有沿着所述脊形波导路的延伸方向分离设置的第一分布反馈区域以及第二分布反馈区域；以及第一电极，设置在所述第一包层的上表面；所述第一分布反馈区域的平面尺寸小于所述第二分布反馈区域的平面尺寸。2.如权利要求1所述的太赫兹量子级联激光装置，其中，在所述第一分布反馈区域中生成的第一红外线激光以及在所述第二分布反馈区域中生成的第二红外线激光，从所述脊形波导路的一方的端面出射，所述第一红外线激光与所述第二红外线激光的差频即太赫兹波激光，从所述脊形波导路的相对于所述一方的端面倾斜的所述基板的端面出射。3.如权利要求2所述的太赫兹量子级联激光装置，其中，所述脊形波导路的所述一方的端面相对于所述延伸方向正交，所述第一红外线激光以及所述第二红外线激光从所述一方的端面与所述延...

【专利技术属性】
技术研发人员：角野努，斋藤真司，山根统，
申请(专利权)人：株式会社东芝，
类型：发明
国别省市：日本,JP