[发明专利]面发光量子级联激光器

说明书

提供能够在高输出时改善光学特性的面发光量子级联激光器。面发光量子级联激光器具有半导体层叠体、上部电极、以及下部电极。半导体层叠体具有：活性层，具有产生子带间跃迁的量子阱层，并且放出红外激光；第一半导体层，设于活性层之上，并且具有凹部构成矩形光栅的光子晶体层；以及设于活性层的下方的第二半导体层。下部电极设于第二半导体层的下表面中的与上部电极重叠的区域。在俯视时，半导体层叠体具有包含光子晶体层的面发光区域、以及设有上部电极并且将面发光区域包围的电流注入区域。活性层产生子带间跃迁，能够通过二维衍射光栅产生光谐振，并且向面发光区域的垂直方向放出红外激光。

技术领域

本发明的实施方式涉及面发光量子级联激光器。

背景技术

面发光量子级联激光器在TM(Transverse Magnetic，横磁)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，作为能够在与活性层的表面大致垂直的方向上放出激光的面发光型而动作。

在电流注入部与光子晶体部处于同一区域的构造中，若为了获得高输出而提高动作电流，则芯片动作温度变高，因此光子晶体部的折射率的变化变大，光学特性降低。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2014－197659号公报

发明内容

提供能够在高输出时改善光学特性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半导体层叠体、上部电极、以及下部电极。所述半导体层叠体具有活性层，具有产生子带间跃迁的量子阱层，并且放出红外激光；第一半导体层，设于所述活性层之上，并且具有凹部构成矩形光栅的光子晶体层；以及设于所述活性层的下方的第二半导体层。所述上部电极设于所述第一半导体层的上表面。所述下部电极设于所述第二半导体层的下表面中的、至少与所述上部电极重叠的区域。在所述第一半导体层的所述上表面的一侧设有所述光子晶体层。所述凹部的开口端的平面形状关于经过所述平面形状的重心并且分别与所述矩形光栅的两个边平行的线，为非对称。在俯视时，所述半导体层叠体具有包含所述光子晶体层的面发光区域、以及从所述面发光区域的外缘以放射状朝向外侧延伸的电流注入区域。所述上部电极设于所述第一半导体层的所述上表面中的所述电流注入区域。所述活性层能够在所述电流注入区域中基于流过所述上部电极与所述下部电极之间的电流，通过所述子带间跃迁来产生增益，在所述面发光区域中基于所述二维衍射光栅来产生光谐振，并且向所述面发光区域的大致垂直方向放出所述红外激光。

附图说明

图1(a)是第一实施方式的面发光量子级联激光器的示意俯视图，图1(b)是沿着A－A线的示意主视图。

图2是第一实施方式的面发光量子级联激光器的面发光区域的示意立体图。

图3是第一实施方式的面发光量子级联激光器的二维光栅区域的示意俯视图。

图4是比较例的面发光量子级联激光器。

图5(a)是第二实施方式的面发光量子级联激光器的示意俯视图，图5(b)是沿着B－B线的示意剖面图。

图6(a)是第三实施方式的面发光量子级联激光器的示意俯视图，图6(b)是放大了M部的示意俯视图。

图7(a)是pn结型激光二极管中的波长所对应的增益·吸收或者发光光谱依赖性的曲线图，图7(b)是量子级联激光器中的波长所对应的增益·吸收或者发光光谱依赖性的曲线图。

图8(a)是量子级联激光器的电流注入时的能带图，图8(b)是零偏置时的能带图。