面发光量子级联激光器制造技术

本发明专利技术提供提高了散热性、降低了从芯片侧面的光的泄漏的面发光量子级联激光器。面发光量子级联激光器具有活性层和第1半导体层。第1半导体层设置在活性层之上，具有第1面。第1面包括由第1凹部构成第1二维光栅的内部区域以及由第2凹部构成第2二维光栅的外周区域。第1凹部的光栅间隔是第2凹部的光栅间隔的m倍。第1凹部的平面形状为，关于在第1平面形状的重心通过并且与第1二维光栅的至少1边平行的线非对称。第2凹部的平面形状为，关于在平面形状的重心通过并且与第2二维光栅的全部的边平行的线分别对称。激光具有与第2凹部的光栅间隔对应的发光波长并且从内部区域在与活性层大致垂直的方向上被放出。

【技术实现步骤摘要】
面发光量子级联激光器
本专利技术的实施方式涉及面发光量子级联激光器。
技术介绍
面发光量子级联激光器在TM模式下振荡，并且放出从红外线到太赫兹波长的激光。光谐振器能够通过与活性层接近而设置的二维光子晶体来构成。具有二维光子晶体的面发光量子级联激光器，作为能够在相对于活性层的表面垂直的方向上放出激光的面发光型而动作。然而，若为了获得高输出而提高动作电流，则芯片动作温度会变高并且从芯片侧面的光的泄漏增加。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2014－197659号公报
技术实现思路
提供提高了散热性、降低了从芯片侧面的光的泄漏的面发光量子级联激光器。实施方式的面发光量子级联激光器具有活性层和第1半导体层。上述活性层层叠有多个量子阱层，能够通过次能带间跃迁而放出激光。上述第1半导体层设置于上述活性层之上，具有第1面。上述第1面包括由第1凹部构成第1二维光栅的内部区域以及由第2凹部构成第2二维光栅的外周区域。上述第1凹部的光栅间隔是上述第2凹部的光栅间隔的m倍(其中，m为1以上的整数)。上述外周区域包围上述内部区域。上述第1凹部的开口端的第1平面形状为，关于在上述第1平面形状的重心通过并且与上述第1二维光栅的至少1边平行的线非对称。上述第2凹部的开口端的第2平面形状为，关于在上述第2平面形状的重心通过并且与上述第2二维光栅的全部的边平行的线分别对称。上述激光具有与上述第2凹部的上述光栅间隔对应的发光波长并且从上述内部区域在与上述活性层大致垂直的方向上被放出。附图说明图1是第1实施方式的面发光量子级联激光器的示意立体图。图2A是第1实施方式的面发光量子级联激光器的局部示意俯视图，图2B是第1凹部的示意俯视图。图3A是沿着图2A的A－A线的示意剖视图，图3B是沿着B－B线的示意剖视图。图4A是第1实施方式的第1变形例的内部区域的示意剖视图，图4B是外周区域的示意剖视图。图5A是表示第1实施方式的面发光量子级联激光器的温度分布的曲线图，图5B是表示比较例的面发光量子级联激光器的温度分布的曲线图。图6是第2实施方式的面发光量子级联激光器的示意立体图。图7是第2实施方式的面发光量子级联激光器的局部示意俯视图。图8A是沿着图7的A－A线的示意剖视图，图8B是沿着B－B线的示意剖视图。图9A是第2实施方式的第1变形例的内部区域的示意剖视图，图9B是外周区域的示意剖视图。图10是第3实施方式的面发光量子级联激光器的示意立体图。图11A是第3实施方式的沿着C－C线的示意剖视图，图11B是沿着图10的D－D线的示意剖视图，图11C是第2凹部的变形例，是沿着图10的D－D线的示意剖视图。图12是说明第3实施方式的面发光量子级联激光器的温度分布的曲线图。图13A～图13C是第4实施方式的面发光量子级联激光器的示意剖视图。图14A是第5实施方式的面发光量子级联激光器的示意俯视图，图14B是包括正三角光栅的内部区域的示意俯视图。图15是第6实施方式的面发光量子级联激光器的示意俯视图。符号说明5面发光量子级联激光器，20活性层，30第1半导体层，32第1面，33内部区域，34外周区域，35、36上部电极，39第2半导体层，50绝缘体层，61、63第1凹部，64第2凹部，80，82激光，90下部电极，90a(下部电极的)开口部，P1、P3(第1凹部的)光栅间隔，P2、P4(第2凹部的)光栅间隔，G1(第1凹部的)重心，G2(第2凹部的)重心，G3(正三角形凹部的)重心，D1、D2、D3、D4凹部的深度。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是第1实施方式的面发光量子级联激光器的示意立体图。此外，图2A是第1实施方式的面发光量子级联激光器的除了上部电极以外的局部示意俯视图，图2B是第1凹部的示意俯视图。面发光量子级联激光器(SurfaceEmittingQuantumCascadeLaser)5具有活性层20和第1半导体层30。活性层20，层叠有多个量子阱层，能够通过次能带间跃迁而放出激光80。第1半导体层30设置在活性层20之上，具有第1面32。第1面32包括由第1凹部61构成第1二维光栅的内部区域33以及由第2凹部64构成第2二维光栅的外周区域34。此外，第1半导体层30能够在活性层20一侧包括包覆层等。另外，优选如图2A所示那样、第1凹部61与第2凹部64不重叠。图2A及图2B所示的二维光栅是正方形光栅，但也可以是矩形光栅。第1凹部61的光栅间隔P1是第2凹部64的光栅间隔P2的2倍，外周区域34包围内部区域33。第1凹部61的开口端的平面形状为，关于在平面形状的重心G1通过并且与第1二维光栅的至少1边平行的线(50或51)非对称。第2凹部64的开口端的平面形状为，关于在平面形状的重心G2通过并且与第2二维光栅的全部的边(52以及53)平行的线分别对称。激光80从内部区域33在与活性层20大致垂直的方向上被放出。另外，在本说明书中，所谓的大致垂直的方向，设为相对于活性层20的表面为81°以上、99°以下的方向。第1凹部61的开口端的平面形状为，能够包括多个点对称的形状。例如，如图2B所示那样，在从第1面32切掉3个圆柱61a、61b、61c后，成为第1凹部61。另外，在图2B中，3个圆柱61a、61b、61c设置为俯视时内接于等腰直角三角形61d。但是，本专利技术的实施方式并不限于此。例如，不需要俯视时圆柱互相接触。如果在规定的波长下作为衍射光栅的光栅点而起作用，则可以互相分离或者可以重叠。此外，第2凹部64能够设为圆柱(平面形状为圆)等。面发光量子级联激光器5可以还具有：上部电极35，设置在内部区域33中的未设置第1凹部61的部分以及外周区域34中的未设置第2凹部64的部分；第2半导体层39，设置在活性层20的面中的设置有第1半导体层30的面的相反侧的面上；以及下部电极90，设置在第2半导体层39的面中的活性层20一侧的相反侧的面上。第2半导体层39可以具有包覆层39a以及基板39b等。若第1半导体层30以及第2半导体层39分别包括n型层，则发生次能带间跃迁的载流子是电子。第1半导体层30的厚度可以设为数μm，第2半导体层39的厚度可以设为数μm等。在对上部电极35以及下部电极90施加的电场的作用下，载流子在量子阱层通过，由此发生次能带间跃迁，放出波长为2μm至100μm的单一模式的激光。第1凹部61的光栅间隔P1以及第2凹部64的光栅间隔P2，设为激光80的介质内波长程度。为了参考，对一维光栅的情况下的激光的取出方向进行说明。量子级联激光器装置，主要放出TM(TransverseMagnetic)波。在导波通路中，将基于衍射光栅的衍射角设为θ，将衍射光栅的次数设为M(整数)，将衍射次数设为m(整数)的情况下，下式成立。cosθ＝1±2m/M式(1)在1阶衍射光栅的情况下，按照式(1)，m＝0的模式是在0°方向上放出，m＝1的模式是在180°方向上放出，但在垂直方向并不放出。此外，2阶衍射光栅的情况下，按照式(1)，m＝1的模式是在相对于导波通路为±90°方向上散射。m＝0以及m＝2的模式，是在与导波通路平行的方向上的散射，因此实质上放出的光仅在±90°方向。图3A是沿着图2A的A－A线的示意剖视图，图3B是本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种面发光量子级联激光器，具备：活性层，层叠有多个量子阱层，能够通过次能带间跃迁而放出激光；以及第1半导体层，设置于上述活性层之上，具有第1面，上述第1面包括由第1凹部构成第1二维光栅的内部区域以及由第2凹部构成第2二维光栅的外周区域，上述第1凹部的光栅间隔是上述第2凹部的光栅间隔的m倍，其中，m为1以上的整数，上述外周区域包围上述内部区域，上述第1凹部的开口端的第1平面形状为，关于在上述第1平面形状的重心通过并且与上述第1二维光栅的至少1边平行的线非对称，上述第2凹部的开口端的第2平面形状为，关于在上述第2平面形状的重心通过并且与上述第2二维光栅的全部的边平行的线分别对称，上述激光具有与上述第2凹部的上述光栅间隔对应的发光波长并且从上述内部区域在与上述活性层大致垂直的方向上被放出。

【技术特征摘要】
2017.09.05 JP 2017-1703091.一种面发光量子级联激光器，具备：活性层，层叠有多个量子阱层，能够通过次能带间跃迁而放出激光；以及第1半导体层，设置于上述活性层之上，具有第1面，上述第1面包括由第1凹部构成第1二维光栅的内部区域以及由第2凹部构成第2二维光栅的外周区域，上述第1凹部的光栅间隔是上述第2凹部的光栅间隔的m倍，其中，m为1以上的整数，上述外周区域包围上述内部区域，上述第1凹部的开口端的第1平面形状为，关于在上述第1平面形状的重心通过并且与上述第1二维光栅的至少1边平行的线非对称，上述第2凹部的开口端的第2平面形状为，关于在上述第2平面形状的重心通过并且与上述第2二维光栅的全部的边平行的线分别对称，上述激光具有与上述第2凹部的上述光栅间隔对应的发光波长并且从上述内部区域在与上述活性层大致垂直的方向上被放出。2.如权利要求1所述的面发光量子级联激光器，上述第1凹部的上述光栅间隔是上述第2凹部的上述光栅间隔的2倍。3.如权利要求1或2所述的面发光量子级联激光器，还具备：上部电极，设置在上述内部区域中的未设置上述第1凹部的部分以及上述外周区域中的未设置上述第2凹部的部分；第2半导体层，设置在上述活性层的面中的、设置有上述第1半导体层的面的相反侧的面上；以及下部电极，设置在上述第2半导体层的面中的、上述活性层一侧的相反侧的面上。4.如权利要求1或2所述的面发光量...

【专利技术属性】
技术研发人员：斋藤真司，角野努，桥本玲，金子桂，甲斐康伸，
申请(专利权)人：株式会社东芝，
类型：发明
国别省市：日本,JP