[发明专利]量子级联激光器元件

说明书

本发明的量子级联激光器具备半导体基板、设置于半导体基板上的活性层、和设置于活性层的半导体基板侧的相反侧、杂质掺杂浓度小于1×10¹⁷cm^‑3的上部包覆层。活性层中含有的各单位层叠体在其子带能级结构中具有第一发光上位能级、第二发光上位能级、和至少一个发光下位能级。活性层被构成为，在各单位层叠体中，由发光层中的第一发光上位能级、第二发光上位能级、及至少一个发光下位能级中的至少两个能级间的电子跃迁生成中心波长为10μm以上的光。

技术领域

本公开涉及一种量子级联激光器元件。

背景技术

中红外波段(例如波长为5～30μm)的光已成为光谱分析技术中重要的波段。作为能够输出该波段的光的半导体激光器，量子级联激光器(QCL：Quantum Cascade Laser)元件被广为人知(例如，参照非专利文件1～5)。

(非专利文件1)Vitiello MS,Scalari G,Williams B,De Natale P.量子级联激光器：挑战的二十年。光学快报2015Feb23；23(4):5167-5182.

(非专利文件2)Michel Rochat,Daniel Hofstetter,Mattias Beck,and JeromeFaist.长波段(λ≒16μm)，室温下，基于束缚态向连续态跃迁的单频量子级联激光器.应用物理讯息2001；79:4271-73.

(非专利文件3)Fujita K,Yamanishi M,Edamura T,Sugiyama A,FurutaS.Extremely high T₀(～450K)of long-wavelength(～15μm),low-threshold-current-density quantum-cascade lasers based on the indirect pump scheme.应用物理讯息2010；97:201109.

(非专利文件4)Huang X,Charles WO,Gmachl C.低阈值的对温度不敏感的长波长(λ≒14μm)量子级联激光器.光学快报2011；19:8297-302.

(非专利文件5)Fuchs P,Semmel J,Friedl J,Hofling S,Koeth J,Worschech L,Forchel A.磷化铟上13.8μm的分布式反馈量子级联激光器.应用物理讯息2011；98:211118.

发明内容

如非专利文件1所公布的，在现有的量子级联激光器元件中，难以在中心波长为10μm以上的波段中实现高光输出效率(斜率(slope)效率)。例如，非专利文件2中，虽然公开了具有束缚态向连续态(BTC)构造的活性层的量子级联激光器元件，但是其斜率效率为20mW/A左右。或者，非专利文件3中，虽然公开了具有间接注入激发(iDP)的活性层的量子级联激光器元件，但是其斜率效率为346mW/A左右。非专利文件4中，虽然公开了具有2声子连续态(two phonon-continuum)构造的活性层的量子级联激光器元件，但是其斜率效率为375mW/A左右。非专利文件5中，虽然公开了与非专利文件1同样地具有BTC构造的活性层的量子级联激光器元件，但是其斜率效率为200mW/A左右。

因此，本公开的一方面的目的在于提供一种能够有效改善斜率效率的量子级联激光器元件。