(57)【要約】【課題】後端面に金属膜を用いる量子カスケードレーザに、レーザ構造体、第１電極及び第２電極と金属膜との間の短絡の可能性を低減できる構造を提供する。【解決手段】発光装置は、搭載面と搭載面の前縁から隔置された上縁を有する端面とを有するサブマウントと、前記サブマウント上に設けられる量子カスケードレーザとを備える。量子カスケードレーザは、レーザ構造体上に設けられた反射構造物を含む。反射構造物は、絶縁膜及び金属膜を含み、金属膜は、レーザ構造体の第１領域における第１面上の第１縁と、第１領域における第２面上の第２縁とを有する。絶縁膜は、第１領域における第１面上の第１縁と、第１領域における第２面上の第２縁とを有する。絶縁膜は、金属膜の第１縁及び第２縁とレーザ構造体との間に位置する。サブマウントの搭載面は、量子カスケードレーザのレーザ構造体の第２領域を支持する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光装置であって、
導電層を搭載する搭載面と、該搭載面の前縁から隔置された上縁を有する端面とを有するサブマウントと、
前記サブマウントの前記搭載面及び前記前縁上に設けられる量子カスケードレーザと、
を備え、
前記量子カスケードレーザは、
第１軸の方向に延在する導波路メサと前記導波路メサを搭載する基板とを含み、前記導波路メサを終端させる第１端面、並びに前記第１軸の方向に交差する第２軸の方向に配列された第１面及び第２面を有するレーザ構造体と、
前記レーザ構造体の前記第１面上に設けられた第１電極と、
前記レーザ構造体の前記第２面上に設けられた第２電極と、
前記レーザ構造体上に設けられた反射構造物と、
を含み、
前記レーザ構造体は、前記第１軸の方向に配列された第１領域、第２領域、及び第３領域を含み、前記第１領域は、前記第１端面を含み、前記第３領域は、前記第１領域と前記第２領域との間に設けられ、前記サブマウントの前記搭載面は、前記量子カスケードレーザの前記レーザ構造体の前記第２領域を支持し、
前記反射構造物は、絶縁膜及び金属膜を含み、
前記金属膜は、前記第１領域における前記第１面上の第１縁と、前記第１領域における前記第２面上の第２縁とを有し、前記金属膜は、前記第１電極、前記第２電極及び前記第１端面上を該金属膜の前記第１縁から該金属膜の前記第２縁まで延在し、
前記絶縁膜は、前記第１領域における前記第１面上の第１縁と、前記第１領域における前記第２面上の第２縁とを有すると共に、前記第１端面に接触を成して該絶縁膜の前記第１縁から該絶縁膜の前記第２縁まで延在し、前記絶縁膜は、前記金属膜の前記第１縁及び前記第２縁と前記レーザ構造体との間に位置する、発光装置。
【請求項２】
前記サブマウントの前記端面は、前記第１軸に交差する基準面に沿って延在しており、
前記量子カスケードレーザは、前記基準面を越えて突出していない、請求項１に記載された発光装置。
【請求項３】
前記レーザ構造体は、前記第１端面の反対側の第２端面を含み、
前記サブマウントは、前記搭載面より突出する突起を有し、
前記サブマウントの前記突起は、前記量子カスケードレーザの前記第２端面を位置決めしている、請求項１又は請求項２に記載された発光装置。
【請求項４】
前記第２電極は、前記基板に接触を成しており、前記第１端面の下端から離れた縁を有する、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載された発光装置。
【請求項５】
前記サブマウントは、前記搭載面の前記前縁に位置する段差と、前記端面の前記上縁から該段差の下端まで前記第１軸の方向に延在する窪面とを有し、
前記段差は、前記搭載面から前記窪面に延在する側端面を有し、
前記窪面は、前記量子カスケードレーザの前記反射構造物から離れている、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載された発光装置。
【請求項６】
前記サブマウントの前記導電層は、前記段差の前記側端面上に設けられる、請求項５に記載された発光装置。
【請求項７】
前記サブマウントは、前記第１軸及び前記第２軸に交差する第３軸の方向に延在すると共に前記搭載面を終端させる一又は複数の溝を有しており、
前記サブマウントは、前記第１軸の方向に配列された第１領域、第２領域、及び第３領域を含み、前記第１領域は、前記端面を含み、前記第２領域は、前記搭載面を含み、前記第３領域は前記溝を含み、前記第３領域は、前記第１領域と前記第２領域との間に設けられ、
前記サブマウントの前記第１領域及び前記第２領域は、前記量子カスケードレーザを支持する、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載された発光装置。
【請求項８】
前記量子カスケードレーザの前記第２電極を前記導電層に固定する半田材を更に備える、請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載された発光装置。
【請求項９】
前記半田材は、ＡｕＳｎ、Ｓｎ、ＳｎＰｂ、ＡｇＳｎ、Ｉｎ、及び銀ペーストのいずれかを含む、請求項８に記載された発光装置。
【請求項１０】
前記サブマウントは、ＡｌＮ、ＣｕＷ、ＣｕＭｏ、及びダイヤモンドのいずれかを含む、請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載された発光装置。
【請求項１１】
前記サブマウントを搭載すると共に前記サブマウントにダイボンドされたキャリアを更に備える、請求項１〜請求項１０いずれか一項に記載された発光装置。
【請求項１２】
前記キャリアは、Ｃｕ、ＣｕＷ、Ｆｅ合金、及び真鍮のいずれかを含む、請求項１１に記載された発光装置。
【請求項１３】
前記絶縁膜は、ＳｉＯ２、ＳｉＯＮ、ＳｉＮ、アルミナ、ＢＣＢ、及びポリイミドのいずれかを含む、請求項１〜請求項１２いずれか一項に記載された発光装置。
【請求項１４】
前記金属膜はＡｕを含む、請求項１〜請求項１３のいずれか一項に記載された発光装置。
【請求項１５】
量子カスケードレーザであって、
第１軸の方向に延在する導波路メサと前記導波路メサを搭載する基板とを含み、前記導波路メサを終端させる第１端面、並びに前記第１軸の方向に交差する第２軸の方向に配列された第１面及び第２面を有するレーザ構造体と、
前記レーザ構造体の前記第１面上に設けられた第１電極と、
前記レーザ構造体の前記第２面上に設けられた第２電極と、
前記レーザ構造体上に設けられた反射構造物と、
を含み、
前記レーザ構造体は、前記第１軸に配列された第１領域、第２領域、及び第３領域を含み、前記第１領域は、前記第１端面を含み、前記第３領域は、前記第１領域と前記第２領域との間に設けられ、
前記反射構造物は、絶縁膜及び金属膜を含み、
前記金属膜は、前記第１領域における前記第１面上の第１縁と、前記第１領域における前記第２面上の第２縁とを有し、前記金属膜は、前記第１電極、前記第２電極及び前記第１端面上において該金属膜の前記第１縁から該金属膜の前記第２縁まで前記絶縁膜上を延在し、
前記絶縁膜は、前記第１領域における前記第１面上の第１縁と、前記第１領域における前記第２面上の第２縁とを有すると共に前記金属膜の前記第１縁及び前記第２縁と前記レーザ構造体の間に位置し、前記絶縁膜は、前記第１端面に接触を成して該絶縁膜の前記第１縁から該絶縁膜の前記第２縁まで延在する、量子カスケードレーザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、量子カスケードレーザ、及び量子カスケードレーザを含む発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
非特許文献１は、量子カスケードレーザを開示する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】Applied.  Physics  Letters,  vol.89,  251119,  2006
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
後端面に金属膜を用いる反射構造は、量子カスケードレーザに、低いしきい値電流及び後端面からの放熱を提供できる。しかし、量子カスケードレーザの導波路メサが後端面に到達しており、後端面に接触を成す金属膜は、コア層、並びにコア層上及び下のクラッド層に電気的な短絡を引き起こす。後端面に金属膜が接触を成すことを回避するために、後端面と金属膜との間に絶縁膜を設けることができる。
【０００５】
量子カスケードレーザは、レーザ構造体内に導波路メサを含むと共に、レーザ構造体を間に備える第１電極及び第２電極を用いてレーザ構造体内の導波路メサにキャリアを供給する。
【０００６】
後端面に絶縁膜及び金属膜の順の配列を形成する構造は、量子カスケードレーザへの電気の印加により短絡することがある。発明者の観察によれば、絶縁体及び金属の堆積物が、レーザ構造体上の第１電極及び第２電極上に形成されており、偶発的に、堆積物がレーザ構造体上の第１電極及び第２電極を短絡させている。
【０００７】
本発明の一側面は、後端面に金属膜を用いる量子カスケードレーザに、レーザ構造体、第１電極及び第２電極と金属膜との間の短絡の可能性を低減できる構造を提供することを目的とし、またサブマウント及び該サブマウントに搭載された量子カスケードレーザを含む発光装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一側面に係る発光装置は、導電層を搭載する搭載面と、該搭載面の前縁から隔置された上縁を有する端面とを有するサブマウントと、前記サブマウントの前記搭載面及び前記前縁上に設けられる量子カスケードレーザと、を備え、前記量子カスケードレーザは、第１軸の方向に延在する導波路メサと前記導波路メサを搭載する基板とを含み、前記導波路メサを終端させる第１端面、並びに前記第１軸の方向に交差する第２軸の方向に配列された第１面及び第２面を有するレーザ構造体と、前記レーザ構造体の前記第１面上に設けられた第１電極と、前記レーザ構造体の前記第２面上に設けられた第２電極と、前記レーザ構造体上に設けられた反射構造物と、を含み、前記レーザ構造体は、前記第１軸の方向に配列された第１領域、第２領域、及び第３領域を含み、前記第１領域は、前記第１端面を含み、前記第３領域は、前記第１領域と前記第２領域との間に設けられ、前記サブマウントの前記搭載面は、前記量子カスケードレーザの前記レーザ構造体の前記第２領域を支持し、前記反射構造物は、絶縁膜及び金属膜を含み、前記金属膜は、前記第１領域における前記第１面上の第１縁と、前記第１領域における前記第２面上の第２縁とを有し、前記金属膜は、前記第１電極、前記第２電極及び前記第１端面上を該金属膜の前記第１縁から該金属膜の前記第２縁まで延在し、前記絶縁膜は、前記第１領域における前記第１面上の第１縁と、前記第１領域における前記第２面上の第２縁とを有すると共に、前記第１端面に接触を成して該絶縁膜の前記第１縁から該絶縁膜の前記第２縁まで延在し、前記絶縁膜は、前記金属膜の前記第１縁及び前記第２縁と前記レーザ構造体との間に位置する。
【０００９】
本発明の別側面に係る量子カスケードレーザは、第１軸の方向に延在する導波路メサと前記導波路メサを搭載する基板とを含み、前記導波路メサを終端させる第１端面、並びに前記第１軸の方向に交差する第２軸の方向に配列された第１面及び第２面を有するレーザ構造体と、前記レーザ構造体の前記第１面上に設けられた第１電極と、前記レーザ構造体の前記第２面上に設けられた第２電極と、前記レーザ構造体上に設けられた反射構造物と、を含み、前記レーザ構造体は、前記第１軸の方向に配列された第１領域、第２領域、及び第３領域を含み、前記第１領域は、前記第１端面を含み、前記第３領域は、前記第１領域と前記第２領域との間に設けられ、前記反射構造物は、絶縁膜及び金属膜を含み、前記金属膜は、前記第１領域における前記第１面上の第１縁と、前記第１領域における前記第２面上の第２縁とを有し、前記金属膜は、前記第１電極、前記第２電極及び前記第１端面上において該金属膜の前記第１縁から該金属膜の前記第２縁まで前記絶縁膜上を延在し、前記絶縁膜は、前記第１領域における前記第１面上の第１縁と、前記第１領域における前記第２面上の第２縁とを有すると共に前記金属膜の前記第１縁及び前記第２縁と前記レーザ構造体の間に位置し、前記絶縁膜は、前記第１端面に接触を成して該絶縁膜の前記第１縁から該絶縁膜の前記第２縁まで延在する。
【００１０】
本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。
【発明の効果】
【００１１】
以上説明したように、本発明のいくつの側面によれば、後端面に金属膜を用いる量子カスケードレーザに、レーザ構造体、第１電極及び第２電極と金属膜との間の短絡の可能性を低減できる構造を提供でき、また、サブマウント及び該サブマウントに搭載された量子カスケードレーザを含む発光装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本実施形態に係る発光装置を模式的に示す図面である。
【図２】図２は、本実施形態に係る発光装置の量子カスケードレーザの反射端部を模式的に示す一部破断図である。
【図３】図３は、図２に示されたＩＩＩａ−ＩＩＩａ線及びＩＩＩｂ−ＩＩＩｂ線に沿ってとられた断面を示す図面である。
【図４】図４は、本実施形態に係る発光装置の量子カスケードレーザの出射端部を模式的に示す一部破断図である。
【図５】図５は、本実施形態に係る量子カスケードレーザを作製する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。
【図６】図６は、本実施形態に係る量子カスケードレーザを作製する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。
【図７】図７は、本実施形態に係る量子カスケードレーザを作製する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。
【図８】図８は、本実施形態に係る量子カスケードレーザを作製する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。
【図９】図９は、実施例１に係る発光装置を模式的に示す断面図である。
【図１０】図１０は、実施例１に係る発光装置及び量子カスケードレーザを模式的に示す平面面である。
【図１１】図１１は、実施例２に係る発光装置及び量子カスケードレーザを模式的に示す断面図である。
【図１２】図１２は、実施例２に係る発光装置及び量子カスケードレーザを模式的に示す平面図である。
【図１３】図１３は、実施例３に係る発光装置及び量子カスケードレーザを模式的に示す断面図である。
【図１４】図１４は、実施例３に係る発光装置及び量子カスケードレーザを模式的に示す平面図である。
【図１５】図１５は、実施例４に係る発光装置及び量子カスケードレーザを模式的に示す断面図である。
【図１６】図１６は、実施例４に係る発光装置及び量子カスケードレーザを模式的に示す平面図である。
【図１７】図１７は、実施例５に係る発光装置及び量子カスケードレーザを模式的に示す断面図である。
【図１８】図１８は、実施例５に係る発光装置及び量子カスケードレーザを模式的に示す平面図である。
【図１９】図１９は、実施例６に係る発光装置及び量子カスケードレーザを模式的に示す断面図である。
【図２０】図２０は、実施例７に係る発光装置及び量子カスケードレーザを模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
いくつかの具体例を記述する。
【００１４】
具体例に係る発光装置は、（ａ）導電層を搭載する搭載面と、該搭載面の前縁から隔置された上縁を有する端面とを有するサブマウントと、（ｂ）前記サブマウントの前記搭載面及び前記前縁上に設けられる量子カスケードレーザと、を備え、前記量子カスケードレーザは、第１軸の方向に延在する導波路メサと前記導波路メサを搭載する基板とを含み、前記導波路メサを終端させる第１端面、並びに前記第１軸の方向に交差する第２軸の方向に配列された第１面及び第２面を有するレーザ構造体と、前記レーザ構造体の前記第１面上に設けられた第１電極と、前記レーザ構造体の前記第２面上に設けられた第２電極と、前記レーザ構造体上に設けられた反射構造物と、を含み、前記レーザ構造体は、前記第１軸の方向に配列された第１領域、第２領域、及び第３領域を含み、前記第１領域は、前記第１端面を含み、前記第３領域は、前記第１領域と前記第２領域との間に設けられ、前記サブマウントの前記搭載面は、前記量子カスケードレーザの前記レーザ構造体の前記第２領域を支持し、前記反射構造物は、絶縁膜及び金属膜を含み、前記金属膜は、前記第１領域における前記第１面上の第１縁と、前記第１領域における前記第２面上の第２縁とを有し、前記金属膜は、前記第１電極、前記第２電極及び前記第１端面上を該金属膜の前記第１縁から該金属膜の前記第２縁まで延在し、前記絶縁膜は、前記第１領域における前記第１面上の第１縁と、前記第１領域における前記第２面上の第２縁とを有すると共に、前記第１端面に接触を成して該絶縁膜の前記第１縁から該絶縁膜の前記第２縁まで延在し、前記絶縁膜は、前記金属膜の前記第１縁及び前記第２縁と前記レーザ構造体との間に位置する。
【００１５】
発光装置によれば、サブマウントは、端面の上縁から隔置された搭載面を有しており、搭載面は、レーザ構造体の第２領域を支持すると共に第３領域を支持しない。この結果、量子カスケードレーザの反射構造物の金属膜を搭載面上の導電層から離すことができる。
【００１６】
量子カスケードレーザは、共振器のための反射構造物をレーザ構造体上に有する。反射構造物は金属膜及び絶縁膜を含み、金属膜及び絶縁膜は、第１領域の第１面及び第２面上にも設けられる。
【００１７】
具体的には、反射構造物の金属膜は、第１端面上の主部分と、第１領域の第１面及び第２面上にそれぞれ位置する第１部分及び第２部分とを含む構造を有し、該主部分に連続的に繋がる第１部分及び第２部分の形成により、金属膜の主部分に所望の厚みを提供できる。
【００１８】
また、絶縁膜は、金属膜の第１縁及び第２縁とレーザ構造体の間に位置すると共に第１端面に接触を成す。絶縁膜は、第１端面上において第１端面に接触を成す主部分と、該主部分に繋がり第１領域の第１面及び第２面上にそれぞれ位置する第１部分及び第２部分とを含む構造を有する。該主部分に連続的に繋がる第１部分及び第２部分の形成により、主部分に加えて第１部分及び第２部分にも所望の厚みを提供して、金属膜が第１端面に接触しないようにできる。
【００１９】
さらに、絶縁膜は、第１面及び第２面上において、金属膜の第１縁及び第２縁とレーザ構造体の間に設けられて、金属膜が絶縁膜の第１縁及び第２縁を覆うことを避けることができ、これによって、確実に、反射構造物の金属膜を量子カスケードレーザの第１電極及び第２電極から離すことができる。
【００２０】
具体例に係る量子カスケードレーザは、（ａ）第１軸の方向に延在する導波路メサと前記導波路メサを搭載する基板とを含み、前記導波路メサを終端させる第１端面、並びに前記第１軸の方向に交差する第２軸の方向に配列された第１面及び第２面を有するレーザ構造体と、（ｂ）前記レーザ構造体の前記第１面上に設けられ第１電極と、（ｃ）前記レーザ構造体の前記第２面上に設けられ第２電極と、（ｄ）前記レーザ構造体上に設けられた反射構造物と、を含み、前記レーザ構造体は、前記第１軸に配列された第１領域、第２領域、及び第３領域を含み、前記第１領域は、前記第１端面を含み、前記第３領域は、前記第１領域と前記第２領域との間に設けられ、前記反射構造物は、絶縁膜及び金属膜を含み、前記金属膜は、前記第１領域における前記第１面上の第１縁と、前記第１領域における前記第２面上の第２縁とを有し、前記金属膜は、前記第１電極、前記第２電極及び前記第１端面上において該金属膜の前記第１縁から該金属膜の前記第２縁まで前記絶縁膜上を延在し、前記絶縁膜は、前記第１領域における前記第１面上の第１縁と、前記第１領域における前記第２面上の第２縁とを有すると共に前記金属膜の前記第１縁及び前記第２縁と前記レーザ構造体の間に位置し、前記絶縁膜は、前記第１端面に接触を成して該絶縁膜の前記第１縁から該絶縁膜の前記第２縁まで連続する。
【００２１】
量子カスケードレーザによれば、共振器のための反射構造物がレーザ構造体上に設けられる。反射構造物は金属膜及び絶縁膜を含み、金属膜及び絶縁膜は、第１領域の第１面及び第２面上にも設けられる。
【００２２】
具体的には、反射構造物の金属膜は、第１端面上の主部分と、第１領域の第１面及び第２面上にそれぞれ位置する第１部分及び第２部分とを含む構造を有し、該主部分に連続的に繋がる第１部分及び第２部分の形成により、金属膜の主部分に所望の厚みを提供できる。
【００２３】
また、絶縁膜は、金属膜の第１縁及び第２縁とレーザ構造体の間に位置すると共に第１端面に接触を成す。絶縁膜は、第１端面上において第１端面に接触を成す主部分と、該主部分に繋がり第１領域の第１面及び第２面上にそれぞれ位置する第１部分及び第２部分とを含む構造を有する。該主部分に連続的に繋がる第１部分及び第２部分の形成により、主部分に加えて第１部分及び第２部分にも所望の厚みを提供して、金属膜が第１端面に接触しないようにできる。
【００２４】
さらに、絶縁膜は、第１面及び第２面上において、金属膜の第１縁及び第２縁とレーザ構造体の間に設けられて、金属膜が絶縁膜の第１縁及び第２縁を覆うことを避けることができ、これによって、反射構造物の金属膜を量子カスケードレーザの第１電極及び第２電極から離すことができる。
【００２５】
具体例に係る発光装置では、前記サブマウントの前記端面は、前記第１軸の方向に交差する基準面に沿って延在しており、前記量子カスケードレーザは、前記基準面を越えて突出していない。
【００２６】
発光装置によれば、量子カスケードレーザは基準面に対して後退して、意図しない損傷の可能性を低減する。
【００２７】
具体例に係る発光装置では、前記レーザ構造体は、前記第１端面の反対側の第２端面を含み、前記サブマウントは、前記搭載面より突出する突起を有し、前記サブマウントの前記突起は、前記量子カスケードレーザの前記第２端面を位置決めしている。
【００２８】
発光装置によれば、量子カスケードレーザの第２端面を位置決めは、第２端面の位置をサブマウントに対して正確に決めることを可能にする。
【００２９】
具体例に係る発光装置では、前記第２電極は、前記基板に接触を成しており、前記第１端面の下端から離れた縁を有する。
【００３０】
発光装置によれば、第２電極は、第１端面まで延在していなくてもよい。
【００３１】
具体例に係る発光装置では、前記サブマウントは、前記搭載面の前記縁に位置する段差と、前記端面の前記上縁から該段差の下端まで前記第１軸の方向に延在する窪面とを有し、前記段差は、前記搭載面から前記窪面に延在する側端面を有し、前記窪面は、前記量子カスケードレーザの前記反射構造物から離れている。
【００３２】
発光装置によれば、サブマウントの窪面は、搭載面の縁に位置する段差の側端面から端面の上縁まで第１軸の方向に延在しており、サブマウントの導電層から、量子カスケードレーザの反射構造物を離すことができる。
【００３３】
具体例に係る発光装置では、前記サブマウントの前記導電層は、前記段差の前記側端面上に設けられる。
【００３４】
発光装置によれば、導電層が段差の側端面上に設けられることで、前記搭載面上の前記半田材が前記反射構造物に到達することを確実に回避できる。
【００３５】
具体例に係る発光装置では、前記サブマウントは、前記第１軸及び前記第２軸に交差する第３軸の方向に延在すると共に前記搭載面を終端させる一又は複数の溝を有しており、前記サブマウントは、前記第１軸の方向に配列された第１領域、第２領域、及び第３領域を含み、前記第１領域は、前記端面を含み、前記第２領域は、前記搭載面を含み、前記第３領域は前記溝を含み、前記第３領域は、前記第１領域と前記第２領域との間に設けられ、前記サブマウントの前記第１領域及び前記第２領域は、前記量子カスケードレーザを支持する。
【００３６】
発光装置によれば、サブマウントの溝は、サブマウントの第１領域及び第２領域が量子カスケードレーザを支持することを可能にすると共に、サブマウントの第３領域は、量子カスケードレーザを支持しない。
【００３７】
具体例に係る発光装置は、前記量子カスケードレーザの前記第２電極を前記導電層に固定する半田材を更に備える。
【００３８】
発光装置によれば、導電層上の半田材が、反射構造物から離される。
【００３９】
具体例に係る発光装置では、前記半田材は、ＡｕＳｎ、Ｓｎ、ＳｎＰｂ、ＡｇＳｎ、Ｉｎ、及び銀ペーストのいずれかを含む。
【００４０】
発光装置によれば、上記の半田材を使用可能である。
【００４１】
具体例に係る発光装置では、前記サブマウントは、ＡｌＮ、ＣｕＷ、ＣｕＭｏ、及びダイヤモンドのいずれかを含む。
【００４２】
発光装置によれば、上記のサブマウント材を使用可能である。
【００４３】
具体例に係る発光装置では、前記サブマウントを搭載すると共に前記サブマウントにダイボンドされたキャリアを更に備える。
【００４４】
発光装置によれば、サブマウントはキャリアにダイボンドされてもよい。
【００４５】
具体例に係る発光装置では、前記キャリアは、Ｃｕ、ＣｕＷ、Ｆｅ合金、及び真鍮のいずれかを含む。
【００４６】
発光装置によれば、上記のキャリア材を使用可能である。
【００４７】
具体例に係る発光装置及び量子カスケードレーザでは、前記絶縁膜は、ＳｉＯ２、ＳｉＯＮ、ＳｉＮ、アルミナ、ＢＣＢ、ポリイミドのいずれかを含む。
【００４８】
発光装置及び量子カスケードレーザによれば、上記の絶縁膜を使用可能である。
【００４９】
具体例に係る発光装置及び量子カスケードレーザでは、前記金属膜は金を含む。
【００５０】
発光装置及び量子カスケードレーザによれば、金属膜に金を使用可能である。
【００５１】
本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、発光装置、及び量子カスケードレーザ、並びに発光装置及び量子カスケードレーザを作製する方法に係る実施形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。
【００５２】
図１は、本実施形態に係る発光装置を模式的に示す図面である。図２は、本実施形態に係る発光装置の量子カスケードレーザの反射端部を模式的に示す一部破断図である。図３の（ａ）部は、図２に示されたＩＩＩａ−ＩＩＩａ線に沿ってとられた断面を示す図面である。図３の（ｂ）部は、図２に示されたＩＩＩｂ−ＩＩＩｂ線に沿ってとられた断面を示す図面である。図４の（ａ）部及び（ｂ）部は、本実施形態に係る発光装置の量子カスケードレーザの出射端部を模式的に示す一部破断図である。
【００５３】
図１を参照すると、発光装置１１は、量子カスケードレーザ１３及びサブマウント１５を備える。量子カスケードレーザ１３は、サブマウント１５上に設けられる。
【００５４】
図１〜図４を参照すると、量子カスケードレーザ１３は、レーザ構造体１７、第１電極１９、第２電極２１、及び反射構造物２３を含む。レーザ構造体１７は、第１軸Ａｘ１の方向に延在する導波路メサ２５、導波路メサ２５を搭載する基板２７、第１端面２９、及び第２端面３１を含む。第１端面２９及び第２端面３１は、第１軸Ａｘ１の方向に配列される。導波路メサ２５は、第１端面２９において終端しており、本実施例では、導波路メサ２５は第２端面３１から第１端面２９まで延在する。レーザ構造体１７は、第１面１７ａ及び第２面１７ｂを有しており、第１面１７ａ及び第２面１７ｂは、第１軸Ａｘ１の方向に交差する第２軸Ａｘ２の方向に配列されると共に、第１軸Ａｘ１の方向に延在する。第１電極１９及び第２電極２１は、それぞれ、レーザ構造体１７の第１面１７ａ及び第２面１７ｂ上に設けられ、具体的には、レーザ構造体１７の第１面１７ａ及び第２面１７ｂに接触を成す。レーザ構造体１７は、第１領域１７ｃ、第２領域１７ｄ、及び第３領域１７ｅを含み、第１領域１７ｃ、第２領域１７ｄ、及び第３領域１７ｅは、第１軸Ａｘ１方向に配列される。第３領域１７ｅは、第１領域１７ｃと第２領域１７ｄとの間に設けられる。第１領域１７ｃは、第１端面２９を含み、第２領域１７ｄは、第２端面３１を含むことができる。
【００５５】
反射構造物２３は、レーザ構造体１７上に設けられる。具体的には、反射構造物２３は、第１端面２９上に設けられ、第２端面３１には設けられない。反射構造物２３は、金属膜３３及び絶縁膜３５を含む。
【００５６】
金属膜３３は、第１領域１７ｃにおける第１面１７ａ上に位置する第１縁３３ａと、第１領域１７ｃにおける第２面１７ｂ上に位置する第２縁３３ｂとを有する。金属膜３３は、第１電極１９、第２電極２１及び第１端面２９上を該金属膜３３の第１縁３３ａから該金属膜３３の第２縁３３ｂまで延在する。
【００５７】
絶縁膜３５は、第１領域１７ｃにおける第１面１７ａ上に位置する第１縁３５ａと、第１領域１７ｃにおける第２面１７ｂ上に位置する第２縁３５ｂとを有すると共に、第１端面２９に接触を成して該絶縁膜３５の第１縁３５ａから該絶縁膜３５の第２縁３５ｂまで連続する。絶縁膜３５は、金属膜３３の第１縁３３ａ及び第２縁３３ｂとレーザ構造体１７との間に位置する。
【００５８】
量子カスケードレーザ１３によれば、共振器のための反射構造物２３がレーザ構造体１７上に設けられる。反射構造物２３は金属膜３３及び絶縁膜３５を含み、絶縁膜３５は、金属膜３３の第１縁３３ａ及び第２縁３３ｂとレーザ構造体１７の間に位置すると共に第１端面２９に接触を成す。反射構造物２３の金属膜３３は、第１端面２９上に設けられる主部分３３ｃと、第１領域１７ｃの第１面１７ａ及び第２面１７ｂ上にそれぞれ位置する第１部分３３ｄ及び第２部分３３ｅとを含み、該主部分３３ｃに繋がる第１部分３３ｄ及び第２部分３３ｅの形成により、金属膜３３の主部分３３ｃに所望の厚みを提供できる。
【００５９】
絶縁膜３５は、第１端面２９に接触を成す主部分３５ｃと、該主部分３５ｃに繋がっており第１領域１７ｃの第１面１７ａ及び第２面１７ｂ上にそれぞれ設けられる第１部分３５ｄ及び第２部分３５ｅとを含む。該主部分３５ｃに繋がる第１部分３５ｄ及び第２部分３５ｅの形成により、主部分３５ｃに所望の厚みを提供して、確実に、金属膜３３が第１端面２９に接触しないようにできる。絶縁膜３５が、第１面１７ａ及び第２面１７ｂ上において、金属膜３３の第１縁３３ａ及び第２縁３５ｂとレーザ構造体１７の間に設けられて、金属膜３３が絶縁膜３５の第１縁３５ａ及び第２縁３５ｂを覆うことを避けることができ、これによって、反射構造物２３の金属膜３３を量子カスケードレーザ１３の第１電極１９及び第２電極２１から離すことができる。
【００６０】
図１を再び参照するとサブマウント１５は、ベース１５ａ及びベース１５ａ上の導電層１５ｂを備え、ベース１５ａは、導電層１５ｂを搭載する搭載面１５ｃと端面１５ｄとを有する、端面１５ｄは、該搭載面１５ｃの前縁１５ｅから隔置された上縁１５ｆを有する。搭載面１５ｃの前縁１５ｅ及び端面１５ｄの上縁１５ｆは、第１軸Ａｘ１の方向に配列される。
【００６１】
サブマウント１５の搭載面１５ｃは、量子カスケードレーザ１３のレーザ構造体１７の第２領域１７ｄを支持するが、量子カスケードレーザ１３のレーザ構造体１７の第３領域１７ｅを支持しない。
【００６２】
発光装置１１によれば、サブマウント１５は、端面１５ｄの上縁１５ｆから隔置された搭載面１５ｃを有しており、搭載面１５ｃは、レーザ構造体１７の第２領域１７ｄを支持すると共に第３領域１７ｅを支持しない。この結果、量子カスケードレーザ１３の反射構造物２３の金属膜３３を搭載面１５ｃ上の導電層１５ｂから離すことができる。
【００６３】
量子カスケードレーザ１３は、共振器のための反射構造物２３をレーザ構造体１７上に有する。反射構造物２３は金属膜３３及び絶縁膜３５を含み、金属膜３３及び絶縁膜３５は、第１領域１７ｃの第１面１７ａ及び第２面１７ｂ上にも設けられる。
【００６４】
具体的には、反射構造物２３の金属膜３３は、第１端面２９上に位置する主部分３３ｃと、第１領域１７ｃの第１面１７ａ及び第２面１７ｂ上にそれぞれ位置する第１部分３３ｄ及び第２部分３３ｅとを含む構造を有し、該主部分３３ｃに連続的に繋がる第１部分３３ｄ及び第２部分３３ｅの形成により、金属膜３３の主部分３３ｃに所望の厚みを提供できる。また、絶縁膜３５は、金属膜３３の第１縁３３ａ及び第２縁３３ｂとレーザ構造体１７の間に位置すると共に、第１端面２９に接触を成す。絶縁膜３５は、第１端面２９上において第１端面２９に接触を成す主部分３５ｃと、該主部分３５ｃに繋がっており第１領域１７ｃの第１面１７ａ及び第２面１７ｂ上にそれぞれ接触を成す第１部分３５ｄ及び第２部分３５ｅとを含む構造を有する。該主部分３５ｃに連続的に繋がる第１部分３５ｄ及び第２部分３５ｅの形成により、主部分３５ｃに加えて第１部分３５ｄ及び第２部分３５ｅにも所望の厚みを提供して、確実に、金属膜３３が第１端面２９に接触しないようにできる。
【００６５】
さらに、絶縁膜３５は、第１面１７ａ及び第２面１７ｂ上において、金属膜３３の第１縁３３ａ及び第２縁３３ｂとレーザ構造体１７の間に設けられて、金属膜３３が絶縁膜３５の第１縁３５ａ及び第２縁３５ｂを到達することまたは覆うことを避けることができ、これによって、確実に、反射構造物２３の金属膜３３を量子カスケードレーザ１３の第１電極１９及び第２電極２１から離すことができる。
【００６６】
絶縁膜３５は、ＳｉＯ２、ＳｉＯＮ、ＳｉＮ、アルミナ、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）、ポリイミドのうちの少なくともいずれかを含むことができる。発光装置１１によれば、上記の絶縁材を絶縁膜３５に使用可能である。これらの絶縁体は、優れた耐久性及び絶縁性を提供できる。これらの誘電体膜はスパッタやＣＶＤ、スピンコートといった成膜法を用いて容易に形成されることができる。
【００６７】
また、金属膜３３は金を含むことができる。発光装置１１によれば、金属膜３３に金を使用可能である。金膜は、例えば蒸着により形成されることができる。
【００６８】
発光装置１１は、量子カスケードレーザ１３の第２電極２１をサブマウント１５の導電層１５ｂに固定する半田材３７を更に備えることができる。発光装置１１によれば、導電層１５ｂ上の半田材３７が、反射構造物２３から離される。
【００６９】
サブマウント１５のベース１５ａは、ＡｌＮ、ＣｕＷ、ＣｕＭｏ、及びダイヤモンドのうちの少なくともいずれかを含むことができる。発光装置１１によれば、サブマウント１５は、上記のサブマウント材を使用可能である。必要な場合には、サブマウント１５は、搭載面１５ｃに絶縁性を与える絶縁膜を導電性のベース１５ａ上に備えることができる。また、半田材３７は、ＡｕＳｎ、Ｓｎ、ＳｎＰｂ、ＡｇＳｎ、Ｉｎ、及び銀ペーストのうちの少なくともいずれかを含むことができる。発光装置１１によれば、上記の半田材を使用可能である。
【００７０】
発光装置１１は、サブマウント１５を搭載するキャリア３９を更に備えることができる。サブマウント１５はキャリア３９にダイボンドされてもよい。キャリア３９は、Ｃｕ、ＣｕＷ、Ｆｅ合金、及び真鍮のいずれかを含むことができる。発光装置１１によれば、上記のキャリア材を使用可能である。
【００７１】
図２及び図３を参照すると、量子カスケードレーザ１３では、導波路メサ２５は、コア層２５ａ、下部クラッド層２５ｂ、及び上部クラッド層２５ｃを含み、コンタクト層２５ｄを更に含むことができる。量子カスケードレーザ１３は、ファブリペロ−型を有することができる。或いは、量子カスケードレーザ１３は、分布帰還型を有することができ、回折格子層２５ｅを更に含む。回折格子層２５ｅは、量子カスケードレーザ１３の発振波長を規定する周期構造を有する。本実施例では、導波路メサ２５は、下部クラッド層２５ｂ、コア層２５ａ、回折格子層２５ｅ、上部クラッド層２５ｃ、及びコンタクト層２５ｄを含み、基板２７の主面２７ａ上に順に配列される。量子カスケードレーザ１３は、導波路メサ２５の側面を埋め込み、電流ブロック層として機能する半導体埋込領域２６を含むことができ、半導体埋込領域２６は、高比抵抗のアンドープ半導体及び／又は半絶縁性半導体を備える。第１電極１９が、半導体埋込領域２６及び導波路メサ２５上に設けられ、第２電極２１が、基板２７の裏面２７ｂ上に設けられる。基板２７は、例えば導電性の半導体基板を含むことができる。
【００７２】
本実施例では、発光装置１１は、第２端面３１上に設けられた、保護膜或いは端面反射率制御膜として機能する端面膜３８を含むことができ、端面膜３８を介してレーザ光ビームＬを出射することができる。或いは、発光装置１１は、端面膜３８を備えることなく、第２端面３１から直接にレーザ光ビームＬを出射することができる。
【００７３】
量子カスケードレーザ１３では、図４の（ａ）部に示されるように、反射構造物２３の金属膜３３は、第１縁３３ａの位置において厚さＴ３３Ｕを有しており、厚さＴ３３Ｕは例えば１０ｎｍ以上である。反射構造物２３の絶縁膜３５は、第１縁３５ａの位置において厚さＴ３５Ｕを有しており、厚さＴ３５Ｕは例えば２０ｎｍ以上である。また、金属膜３３の第１縁３３ａと絶縁膜３５の第１縁３５ａとの上部間隔ＥＸＴＵは例えば１０〜１００ｎｍである。
【００７４】
図４の（ｂ）部に示されるように、反射構造物２３の金属膜３３は、第２縁３３ｂの位置において厚さＴ３３Ｄを有しており、厚さＴ３３Ｄは例えば１０ｎｍ以上である。反射構造物２３の絶縁膜３５は、第２縁３５ｂの位置において厚さＴ３５Ｄを有しており、厚さＴ３５Ｄは例えば２０ｎｍ以上である。また、金属膜３３の第２縁３３ｂと絶縁膜３５の第２縁３５ｂとの上部間隔ＥＸＴＤは例えば１０〜１００ｎｍである。
【００７５】
反射構造物２３の金属膜３３は、第１端面２９上において厚さＴ３３Ｆを有しており、厚さＴ３３Ｆは例えば５０〜２００ｎｍである。十分な大きさの厚さＴ３３Ｕ、Ｔ３３Ｄは、第１端面２９上において所望の厚さＴ３３Ｆを提供できる。また、反射構造物２３の絶縁膜３５は、第１端面２９上において厚さＴ３５Ｆを有しており、厚さＴ３５Ｆは例えば１００〜３００ｎｍである。十分な大きさの厚さＴ３５Ｕ、Ｔ３５Ｄは、第１端面２９上において所望の厚さＴ３５Ｆを提供できる。
【００７６】
図５〜図８を参照しながら、量子カスケードレーザ１３を作製する方法を説明する。理解を容易にするために、可能な場合には、量子カスケードレーザ１３に用いられた参照符号を用いて製造方法を説明する。
【００７７】
図５の（ａ）部に示されるように、基板生産物ＳＰを準備する。本実施例では、基板生産物ＳＰは、支持体（基板２７）と、支持体上を延在する複数の導波路メサ２５と、導波路メサ２５を埋め込む半導体埋込領域２６と、上部電極層（第１電極１９）の連続膜と、下部電極層（第２電極２１）の連続膜とを含む。基板生産物ＳＰは、４本のレーザバーＬＤＢを作製可能な素子アレイを含む。基板生産物ＳＰは、結晶成長、フォトリソグラフィ、エッチング、再成長といった半導体プロセスを用いて作製され、ウエハ生産物から作製される。
【００７８】
図５の（ｂ）部に示されるように、基板生産物ＳＰをへき開により分割して、レーザバーＬＤＢ１を得る。レーザバーＬＤＢ１は、１２個の素子区画を含む一次元アレイを有する。
【００７９】
図６の（ａ）部に示されるように、第１端面２９上に絶縁膜３５のための堆積を行う。所望の第１縁３５ａ及び第２縁３５ｂを得るために、上部プロテクタＰＴＵ及び下部プロテクタＰＴＤが用いられる、上部プロテクタＰＴＵ及び下部プロテクタＰＴＤは、それぞれ、レーザバーＬＤＢ１のレーザ構造体１７の第１領域を覆わないように上部プロテクタＰＴＵ及び下部プロテクタＰＴＤを位置合わせして、第１電極１９及び第２電極２１を覆う。上部プロテクタＰＴＵ及び下部プロテクタＰＴＤは、レーザバーＬＤＢ１のレーザ構造体１７の第１領域１７ｃ上の第１電極１９及び第２電極２１、並びに第１端面２９を覆わない。上部プロテクタＰＴＵ及び下部プロテクタＰＴＤをレーザバーＬＤＢ１に取り付けた後に、レーザ構造体１７の第１端面２９に向けて絶縁膜３５のためのフラックスＦ３５を提供して、絶縁膜３５の堆積を完了させる。絶縁膜３５が、第１領域１７ｃの第１電極１９上及び第２電極２１上並びに第１端面２９上に形成される。
【００８０】
図６の（ｂ）部に示されるように、上部プロテクタＰＴＵ及び下部プロテクタＰＴＤをレーザバーＬＤＢ１から取り除いて、所望の位置に第１縁３５ａ及び第２縁３５ｂを有する絶縁膜３５を含むレーザバーＬＤＢ１を得る。
【００８１】
図７の（ａ）部に示されるように、第１端面２９上に金属膜３３のための堆積を行う。所望の第１縁３３ａ及び第２縁３３ｂを得るために、上部プロテクタＰＴＵ及び下部プロテクタＰＴＤが用いられる、上部プロテクタＰＴＵ及び下部プロテクタＰＴＤが、それぞれ、レーザバーＬＤＢ１上の絶縁膜３５の第１縁３５ａ及び第２縁３５ｂを含む第１部分３５ｄ、及び第２部分３５ｅの所望の一部のエリアを覆うように、上部プロテクタＰＴＵ及び下部プロテクタＰＴＤを位置合わせして、第１電極１９及び第２電極２１並びに絶縁膜３５の端部分を覆うことで、絶縁膜３５の端部分の近くに金属が堆積されることを妨げる。上部プロテクタＰＴＵ及び下部プロテクタＰＴＤは、レーザバーＬＤＢ１のレーザ構造体１７の第１領域上において第１電極１９及び第２電極２１上の上記第１縁３５ａ及び第２縁３５ｂを含む所望の一部のエリア以外の絶縁膜３５、及び第１端面２９上の絶縁膜３５を覆わない。
【００８２】
図７の（ｂ）部に示されるように、上部プロテクタＰＴＵ及び下部プロテクタＰＴＤをレーザバーＬＤＢ１に再び取り付けた後に、レーザ構造体１７の第１端面２９に向けて金属膜３３のためのフラックスＦ３３を提供して、金属膜３３の堆積を完了させる。金属膜３３の連続膜が、第１領域１７ｃの第１面１７ａ及び第２面１７ｂ並びに第１端面２９上に形成される。
【００８３】
図８の（ａ）部に示されるように、上部プロテクタＰＴＵ及び下部プロテクタＰＴＤをレーザバーＬＤＢ１から取り除いて、絶縁膜３５上における所望の位置に第１縁３３ａ及び第２縁３３ｂを有する金属膜３３を含むレーザバーＬＤＢ１を得る。
【００８４】
必要な場合には、図８の（ｂ）部に示されるように、第２端面３１上に端面膜３８のための堆積を行う。上部プロテクタＰＴＵ及び下部プロテクタＰＴＤをレーザバーＬＤＢ１に取り付けた後に、レーザ構造体１７の第２端面３１に向けてフラックスＦ３８を提供して、堆積を完了させる。この後に、上部プロテクタＰＴＵ及び下部プロテクタＰＴＤをレーザバーＬＤＢ１から取り除いて、絶縁膜３５及び金属膜３３を含むレーザバーＬＤＢ１を得る。レーザバーＬＤＢ１を素子区画の境界において分割して、反射構造物２３を含む量子カスケードレーザ１３を得る。
【００８５】
（実施例１）
図９、図１０を参照しながら、実施例１に係る量子カスケードレーザ１３を説明する。図９は図１０のＩＸ−ＩＸ線に沿って取られた断面図である。基板２７は、導電性を有しており、例えばｎ型ＩｎＰ基板を備えることができる。中赤外のレーザ光を放出する量子カスケードレーザの半導体層の半導体材料は、ＩｎＰに近い格子定数を有する。ＩｎＰの半導体基板は、これらの半導体層に良好な結晶品質を提供できる。ＩｎＰは、中赤外光を透過可能であって、このＩｎＰ基板は下部クラッドとして使用可能である。半導体基板は、分子線エピタキシー及び有機金属気相成長といった成長法による結晶成長に用いられる。
【００８６】
下部クラッド層２５ｂ及び上部クラッド層２５ｃは、中赤外光を透過可能なｎ−ＩｎＰを備えることができ。下部クラッド層２５ｂ及び上部クラッド層２５ｃのＩｎＰは、ＩｎＰ基板に格子整合する。また、ＩｎＰは２元混晶であって、ＩｎＰ基板上に良好な結晶成長を提供できる。更に、ＩｎＰの熱伝導性は、中赤外の量子カスケートレーザに使用可能な半導体材料の中で最も大きく、ＩｎＰのクラッド層は、コア層２５ａからの良好な放熱を可能にして、量子カスケートレーザに向上された温度特性を提供できる。
【００８７】
コア層２５ａは、活性層及び注入層を含む単位構造の積層を用いており、具体的には、交互に多段に接続された活性層及び注入層を備える。活性層及び注入層の各々は、超格子構造を含み、超格子構造は、交互に積層された複数の量子井戸層及び複数のバリア層を含む。各量子井戸層は、数ナノメートル厚を有する薄膜であって、各バリア層は、量子井戸層よりも高いバンドギャップ及び数ナノメートル厚を有する薄膜である。量子カスケードレーザは、単一のキャリア、例えば電子を用いて、活性層内の伝導帯における電子のサブバンド上準位から下準位へのサブバンド間遷移によって放出される中赤外光を共振器で増幅する。サブバンド間遷移は、中赤外波長の光を提供できる。既に説明したように、コア層２５ａは、交互に配置された、超格子構造の活性層及び注入層の超格子構造から成り、注入層を経由することで、上流の活性層の伝導帯におけるサブバンド間遷移による発光をもたらした電子が、下流の活性層へスムーズに注入されて、各活性層におけるサブバン間遷移による発光が連続的に生じ、その結果、ＱＣＬとしての発振が可能になる。量子井戸層は、例えばＧａＩｎＡｓ及びＧａＩｎＡｓＰを備えることができ、バリア層はＡｌＩｎＡｓを備えることができる。これらの材料を量子井戸層及びバリア層を含む活性層の超格子構造は、例えば３〜２０μｍの中赤外波長の遷移を提供する上準位と下準位とのエネルギー差を提供できる。
【００８８】
コンタクト層２５ｄ、必要な場合に使用される。コンタクト層２５ｄは、第１電極１９に良好なオーミックコンタクトを提供できる低いバンドギャップを有すると共に、ＩｎＰ基板に格子整合可能な材料を備え、例えばｎ−ＧａＩｎＡｓを含むことができる。
【００８９】
回折格子層２５ｅは、量子カスケードレーザ１３に分布帰還構造を提供する。回折格子層２５ｅは、第１軸Ａｘ１の方向に延在するようにエッチングにより形成された回折格子構造を有する。回折格子構造は、周期Ｐに対応したブラッグ波長の単一モード発振を提供できる。回折格子層２５ｅは、大きい結合係数を提供できる高屈折率の半導体、例えばアンドープ又はｎ型のＧａＩｎＡｓを含むことができる。
【００９０】
半導体埋込領域２６は、量子カスケードレーザ１３に埋込ヘテロ構造を提供する。半導体埋込領域２６は、高抵抗のアンドープ又は半絶縁半導体を含む電流ブロック層として機能し、導波路メサ２５にキャリアを閉じ込める。半絶縁性半導体は、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｃｏといった遷移金属を添加したＩＩＩ−Ｖ化合物半導体であって、特にＦｅのドーパントを備えることが好ましい。遷移金属の添加によれば、半絶縁半導体は、電子に対して例えば１０５（Ωｃｍ）以上の高抵抗を提供できる。可能な場合には、半絶縁半導体に替えて、アンドープＩＩＩ−Ｖ化合物半導体を電流ブロック層に使用してもよい。アンドープまたは半絶縁の半導体埋込層は、ＩｎＰ、ＧａＩｎＡｓ、ＡｌＩｎＡｓ、ＧａＩｎＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＡｓといった化合物半導体によって提供される。これら半導体はＩｎＰに格子整合する。
【００９１】
第１電極１９及び第２電極２１は、例えばＴｉ／Ａｕ、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ、又はＧｅ／Ａｕを備えることができる。
【００９２】
必要な場合には、コア層２５ａの上に、下に、又は上下に、光閉じ込め領域を設けて、コア層２５ａへの導波光の閉じ込めを強化することができる。光閉じ込め領域は、ＩｎＰに格子整合可能な高屈折率の半導体、例えばアンドープ、ｎ型のＧａＩｎＡｓを備えることができる。
【００９３】
半導体へのｎ型導電性付与はは、Ｓｉ、Ｓ、Ｓｎ、Ｓｅといったｎ型ドーパントの添加により実現される。
【００９４】
量子カスケードレーザ１３は、半導体埋込領域２６に替えて導波路メサ２５の側面を覆う誘電体絶縁膜を備えるハイメサ構造を有することができる。誘電体絶縁膜は、電流狭窄構造として働き、ＳｉＯ２、ＳｉＯＮ、ＳｉＮといったシリコン系無機絶縁膜を備えることができる。
【００９５】
図９及び図１０を参照しながら、実施例１に係る発光装置を説明する。量子カスケードレーザ１３は、第１軸Ａｘ１方向において、反射構造物２３を備える素子後端をサブマウント１５の端面１５ｄ（マーカー）に位置合わせすることによって、基準にサブマウント１５の導電層１５ｂ上に位置合わせされる。端面１５ｄに対する前縁１５ｅの後退量ＳＢは、例えば１００〜２００ｎｍであることができる。
【００９６】
また、第１電極１９及び第２電極２１上において十分な厚さの絶縁膜３５及び金属膜３３を得るために、第１領域１７ｃの長さ、第１長Ｌ１は、例えば１００ｎｍ以下であることができ、第１電極１９及び第２電極２１上において十分な被覆量の絶縁膜３５及び金属膜３３を得るために、第１長Ｌ１は、例えば２０ｎｍ以上であることができる。
【００９７】
サブマウント１５では、搭載面１５ｃの前縁１５ｅは、端面１５ｄの上縁１５ｆから後退量ＳＢだけ後退して、端面１５ｄと前縁１５ｅの間に位置する窪みを有する。本実施例では、サブマウント１５は、搭載面１５ｃの前縁１５ｅに位置する段差ＳＴＰと、端面１５ｄの上縁１５ｆから段差ＳＴＰの下端まで第１軸Ａｘ１の方向に延在する窪面１５ｇとを有する。段差ＳＴＰは、搭載面１５ｃから窪面１５ｇに延在する側端面１５ｈを有する。窪面１５ｇは、量子カスケードレーザ１３の反射構造物２３から離れている。
【００９８】
発光装置１１によれば、サブマウント１５の窪面１５ｇは、搭載面１５ｃの前縁１５ｅに位置する段差ＳＴＰの側端面１５ｈから端面１５ｄの上縁１５ｆまで第１軸Ａｘ１の方向に延在しており、サブマウント１５の導電層１５ｂから、量子カスケードレーザ１３の反射構造物２３を離すことができる。第２電極２１を固定する半田材３７の縁と反射構造物２３の第２縁（第２縁３３ｂ及び第２縁３５ｂ）との間隔（第３領域１７ｅの幅）は、確実な絶縁を得るために、例えば１０ｎｍ以上であることができ、適切なキャリア経路、サブマウント１５と量子カスケードレーザ１３との接合力、及び／又はサブマウントのための放熱経路を提供するために、例えば１００ｎｍ以下であることができる。
【００９９】
サブマウント１５は、段差ＳＴＰは、窪面１５ｇ及び側端面１５ｈによって規定される段差ＳＴＰに替えて、搭載面１５ｃの前縁１５ｅから端面１５ｄの上縁１５ｆまで延在する傾斜面を備えることができる。
【０１００】
（実施例２）
図１１及び図１２を参照しながら、実施例２に係る発光装置を説明する。図１１は図１２のＸＩ−ＸＩ線に沿って取られた断面図である。実施例２に係る発光装置１１では、サブマウント１５は、第１軸Ａｘ１及び第２軸Ａｘ２に交差する第３軸Ａｘ３の方向に延在すると共に搭載面１５ｃを終端させる溝ＧＶを有する。溝ＧＶは、搭載面１５ｃを終端させる段差ＳＴＰと、第３軸Ａｘ３の方向に延在する壁部ＷＬＬとによって規定されており、具体的には、側端面１５ｈ、窪面１５ｇ及び壁側面１５ｉによって規定される。本実施例では、壁部ＷＬＬは、端面１５ｄを含む。
【０１０１】
サブマウント１５は、第１軸Ａｘ１方向に配列された第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２、及び第３領域Ｒ３を含み、第３領域Ｒ３は、第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２との間に設けられる。第１領域Ｒ１は、端面１５ｄを含み、第２領域は、搭載面１５ｃを含み、第３領域Ｒ３は溝ＧＶを含む。サブマウント１５の第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２は、量子カスケードレーザ１３を支持すると共に、第３領域Ｒ３は、量子カスケードレーザ１３を支持しない。
【０１０２】
発光装置１１によれば、サブマウント１５の溝ＧＶは、サブマウント１５の第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２が量子カスケードレーザ１３を支持することを可能にする。第１領域Ｒ１における量子カスケードレーザ１３の支持は、第１端面２９付近のコア層２５ａにおける発熱に放熱経路を提供する。また、同じく第１領域Ｒ１が量子カスケードレーザ１３を支持する為、第１端面２９近傍の量子カスケードレーザ１３の機械強度が向上し、振動、落下等の衝撃に対する量子カスケードレーザ１３の耐性向上も得られる。サブマウントの第３領域Ｒ３は、溝ＧＶを含み、量子カスケードレーザを支持させずに、導電層１５ｂ上の半田材３７を区分けする。具体的には、サブマウント１５の第１領域Ｒ１上の半田材３７は、金属膜３３に接触を成す一方で、絶縁膜３５により第２電極２１から絶縁される。サブマウント１５の第２領域Ｒ２上の導電層１５ｂは、半田材３７を介して第２電極２１に接続される。
【０１０３】
量子カスケードレーザ１３は、第１軸Ａｘ１方向において、反射構造物２３を備える素子後端をサブマウント１５の端面１５ｄ（マーカー）に位置合わせすることで、基準にサブマウント１５の導電層１５ｂ上に位置合わせされる。
【０１０４】
（実施例３）
図１３及び図１４を参照しながら、実施例３に係る発光装置を説明する。図１３は図１４のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線に沿って取られた断面図である。実施例３に係る発光装置１１では、サブマウント１５は、第３軸Ａｘ３の方向に延在すると共に搭載面１５ｃを終端させる溝ＧＶと、溝ＧＶ内に設けられた一又は複数の中間壁ＭＤＷとを含む。中間壁ＭＤＷは、第３軸Ａｘ３の方向に延在すると共に量子カスケードレーザ１３を支持しない。サブマウント１５の導電層１５ｂは、中間壁ＭＤＷの上面上に設けられない。溝ＧＶ内の中間壁ＭＤＷは、サブマウント１５の第２領域Ｒ２上の半田材３７が第１領域Ｒ１上の半田材３７に偶発的に接続することを避けることができる。量子カスケードレーザ１３において発生した熱は、サブマウント１５の第２領域Ｒ２上の半田材３７及び第１領域Ｒ１上の半田材３７を介してサブマウント１５に伝わる。
【０１０５】
量子カスケードレーザ１３は、第１軸Ａｘ１方向において、反射構造物２３を備える素子後端をサブマウント１５の端面１５ｄ（マーカー）に基準にサブマウント１５の導電層１５ｂ上に位置合わせされる。
【０１０６】
（実施例４）
図１５及び図１６を参照しながら、実施例４に係る発光装置を説明する。実施例４に係る量子カスケードレーザ１３は、第２領域１７ｄと第３領域１７ｅとの境界に位置する突起物４１を備えることができる。突起物４１は、第１電極１９上に設けられ、また第３軸Ａｘ３方向において、量子カスケードレーザ１３の一側面から他側面まで延在することができる。第１軸Ａｘ１方向において、突起物４１をサブマウント１５の搭載面１５ｃの前縁１５ｅ（側端面１５ｈ）に対して位置合わせすることで、量子カスケードレーザ１３をサブマウント１５の導電層１５ｂ上に位置合わせすることが出来る。突起物４１としては、例えばＳｉＯ２、ＳｉＯＮ、ＳｉＮ、アルミナ、ＢＣＢ、ポリイミド等の誘電体等の材料を使用できる。また、ここでは一例として、素子表面上の位置合わせマーカーに突起物４１を使用する例を示したが、これには限定されず、例えば、上部電極をエッチングして形成した凹部パターン等、マーカーとして使用可能な任意の構造や材料を使用できる。しかし、必要な場合には、量子カスケードレーザ１３は、反射構造物２３を備える素子後端をサブマウント１５の端面１５ｄ（マーカー）に位置合わせすることで、サブマウント１５の導電層１５ｂ上に位置合わせされるようにしてもよい。
【０１０７】
また、サブマウント１５の端面１５ｄは基準面ＲＥＦに沿って延在する。量子カスケードレーザ１３は、基準面ＲＥＦを越えて突出していない。発光装置１１によれば、量子カスケードレーザ１３は基準面ＲＥＦに対して後退して、意図しない損傷の可能性を低減する。後退量ＳＢは、窪面１５ｇの長さから独立している。
【０１０８】
実施例４に係る突起物４１は、実施例１〜実施例３及び後置の実施例に係る量子カスケードレーザ１３に使用されることができる。
【０１０９】
（実施例５）
図１７及び図１８を参照しながら、実施例５に係る発光装置を説明する。図１７は図１８のＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ線に沿って取られた断面図である。実施例５に係る発光装置１１では、サブマウント１５は、搭載面１５ｃより突出する突起１５ｊを含む。突起１５ｊは、量子カスケードレーザ１３のコア層の高さより十分に低い高さを有し、例えば基板２７の主面２７ａの高さより低い。サブマウント１５の突起１５ｊは、第１軸Ａｘ１方向において、量子カスケードレーザ１３の第１端面２９の反対側の第２端面３１を位置決めしている。発光装置１１によれば、量子カスケードレーザ１３の第２端面３１を位置決めは、第２端面３１の位置をサブマウント１５に対して正確に決めることを可能にする。本実施例では、突起１５ｊは、端面１５ｄの反対側に位置する他端１５ｋに位置する。
【０１１０】
実施例５に係る突起１５ｊは、実施例１〜実施例３及び後置の実施例に係るサブマウント１５に使用されることができる。
【０１１１】
（実施例６）
図１０及び図１９を参照しながら、実施例６に係る発光装置を説明する。図１９は図１０のＩＸ−ＩＸ線に沿って取られた断面図である。実施例６に係る発光装置１１では、量子カスケードレーザ１３の第２電極２１は、基板２７の裏面２７ｂに接触を成しており、第１端面２９の下端２９ｄから離れた縁２１ａを有する。具体的には、第２電極２１は、レーザ構造体１７の第２領域１７ｄの第２面１７ｂ上に設けられると共に、第１領域１７ｃ及び第３領域１７ｅの第２面１７ｂ上に設けられない。発光装置１１によれば、第２電極２１は、第１端面２９まで延在していなくてもよい。
【０１１２】
第２電極２１の縁２１ａは、反射構造物２３から離れており、具体的には、反射構造物２３の絶縁膜３５の第２縁３５ｂ及び金属膜３３の第２縁３３ｂから離れている。反射構造物２３の絶縁膜３５は、レーザ構造体１７の第２面１７ｂに接触を成すと共に、絶縁膜３５は、レーザ構造体１７の第２面１７ｂ（基板２７の裏面２７ｂ）から金属膜３３を絶縁できる。第２電極２１の縁２１ａと反射構造物２３の第２縁（第２縁３３ｂ及び第２縁３５ｂ）との間隔は、確実な絶縁を得るために、例えば１０ｎｍ以上であることができ、適切なキャリア経路を提供するために、例えば１００ｎｍ以下であることができる。
【０１１３】
実施例６に係る第２電極２１は、実施例１〜実施例５及び後置の実施例に係る量子カスケードレーザ１３に使用されることができる。
【０１１４】
（実施例７）
図２０を参照しながら、実施例７に係る発光装置を説明する。実施例７に係る発光装置１１では、サブマウント１５の導電層１５ｂは、搭載面１５ｃから前縁１５ｅを経由して側端面１５ｈ上に延在する。サブマウント１５の導電層１５ｂ上の溶融半田の余剰分は、側端面１５ｈ上の導電層１５ｂに沿って流れる。側端面１５ｈ上の導電層１５ｂにより、溶融した半田材３７の余剰分が吸収される為は、量子カスケードレーザ１３とサブマウント１５の導電層１５ｂとを接合する半田材３７が反射構造物２３に到達することを回避できる。
【０１１５】
実施例７に係る第２電極２１は、実施例１〜実施例６に係る量子カスケードレーザ１３に使用されることができる。
【０１１６】
サブマウント１５及び量子カスケードレーザ１３は、実施形態において上記に記述された具体例に限定されない。
【０１１７】
本実施形態においては、サブマウント１５上の半田材３７が端面高反射のための金属膜３３に接触し難くなり、これ故に、反射構造物２３内の金属膜３３を経由する短絡を回避できる。
【０１１８】
好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。
【産業上の利用可能性】
【０１１９】
以上説明したように、本実施形態によれば、後端面に金属膜を用いる量子カスケードレーザに、レーザ構造体、第１電極及び第２電極と金属膜との間の短絡の可能性を低減できる構造を提供でき、また、サブマウント及び該サブマウントに搭載された量子カスケードレーザを含む発光装置を提供できる。
【符号の説明】
【０１２０】
１１…発光装置、１３…量子カスケードレーザ、１５…サブマウント、１７…レーザ構造体、１９…第１電極、２１…第２電極、２３…反射構造物、２５…導波路メサ、２７…基板、２９…第１端面、３１…第２端面、３３…金属膜、３５…絶縁膜。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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