(57)【要約】【課題】３−４μｍの中赤外域の波長可変な量子カスケードレーザの提供。【解決手段】本発明のレーザは、活性域の温度を正確に調整できるように、迅速な加熱によりレーザの調整が可能な構成とした。本発明は、多色エミッターを備えた量子カスケードレーザ、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）又は分布帰還（ＤＦＢ）レーザに適用できる。本発明のレーザは、活性域又は格子などの温度制御すべき部品の近くに加熱抵抗器が組込まれて、熱の発散を局所的に制御するように前記抵抗器に可変電流が注入される。多エミッターレーザでは、エミッター区分毎に抵抗器が配されて、それぞれのエミッター区分の温度、すなわち波長が調整される。同様に、多区分分布反射器（ＤＢＲ）レーザでは、抵抗器によりそれぞれ格子、すなわち光学キャビティの波長が調整される。【選択図】図３
2015056660.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板（１１）、活性域（１２）、クラッド層（１３）、絶縁層（１５）及びクラッド層（１３）の上面に接するか又は上方に位置して活性域（１２）に電流を注入する主電極（１８ａ）を備えた波長可変半導体レーザであって、
前記主電極（１８ａ）とは別に前記レーザに電流を注入する従電極（１８ｂ）、及び
活性域（１２）の温度に影響する位置に配されて、従電極（１８ｂ）に連結された抵抗路（１４）を更に備えていることを特徴とする波長可変半導体レーザ。
【請求項２】
抵抗路（１４）は、従電極（１８ｂ）と活性域（１２）及び主電極（１８ａ）との間、又は従電極（１８ｂ）と主電極（１８ａ）の間に伸長していることを特徴とする請求項１に記載の波長可変半導体レーザ。
【請求項３】
抵抗路（１４）は、クラッド層（１３）中に位置し、所定の抵抗値を有する区分から成るか又は含んでいることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の波長可変半導体レーザ。
【請求項４】
主電極（１８ａ）とクラッド層（１３）の間にコンタクト域（１７ａ）、及び
従電極（１８ｂ）とクラッド層（１３）の間にコンタクト域（１７ｂ）を更に含むことを特徴とする請求項３に記載の波長可変半導体レーザ。
【請求項５】
２つ又はそれ以上の従電極（２８ｂ、２８ｃ；３８ｂ、３８ｃ）、及び
前記従電極（２８ｂ、２８ｃ；３８ｂ、３８ｃ）から電流を注入される２つ又はそれ以上の抵抗路（２４ａ、２４ｂ；３４ａ、３４ｂ）を更に含むことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の波長可変半導体レーザ。
【請求項６】
２つ又はそれ以上の従電極（２８ｂ、２８ｃ）、及び該従電極から電流を注入される抵抗路（２４ａ、２４ｂ）は、主電極（２８ａ）に対して対称に配置されていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の波長可変半導体レーザ。
【請求項７】
従電極（１８ｂ）は活性域（１２）よりも短いことを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の波長可変半導体レーザ。
【請求項８】
ブラッグ反射器（５４ｂ、５４ｃ）が、分布ブラッグ反射器として活性域（５２）に埋込まれてことを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の波長可変半導体レーザ。
【請求項９】
中赤外域において作動する量子カスケードレーザ（ＱＣＬ）を含んで構成されることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の波長可変半導体レーザ。
【請求項１０】
中赤外域において作動する垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）を含んで構成されることを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の波長可変半導体レーザ。
【請求項１１】
請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載の波長可変半導体レーザを複数含むことを特徴とする多エミッターレーザ。
【請求項１２】
請求項１ないし請求項１１のいずれか１項に記載のレーザを製造する方法であって、
半導体基板（１１）上に活性域を成長させる工程、
前記活性域をマスクで覆いエッチングする工程、
エッチングされた前記活性域を囲むように絶縁半導体層（１５）を成長させる工程、
前記活性域及び絶縁半導体層上にクラッド層（１３）を蒸着する工程、
クラッド層（１３）に所定の深さのトレンチ（１６）をエッチングして、クラッド層（１３）を２つの島とする工程、及び
それぞれのクラッド層の島に電極を覆う工程を含むことを特徴とするレーザの製造方法。
【請求項１３】
活性域（１２）は、ｎ−ドープされたＩｎＰであり、
絶縁半導体層（１５）はＩｎＰ：Ｆｅであり、
クラッド層（１３）はｎ−ドープされ、且つ
電極（１８ａ、１８ｂ）は金属で、好ましくは金であることを特徴とする請求項１２に記載のレーザの製造方法。
【請求項１４】
請求項１ないし請求項１２のいずれか１項に記載のレーザを操作する方法であって、
主注入電流が主電極（１８ａ；２８ａ；３８ａ）により送出され
従注入電流が少なくとも１つの従電極（１８ｂ、１８ｃ；２８ｂ、２８ｃ；３８ｂ、３８ｃ）より送出され、且つ
前記従電極より電流を注入される抵抗路（１４；２４ａ、２４ｂ；３４ａ、３４ｂ）の加熱を制御してレーザの周波数を調整するために、前記従注入電流が調整されることを特徴とするレーザの操作方法。
【請求項１５】
前記主注入電流と前記従注入電流との比率は、所望のレーザ出力及び調整される周波数が得られ、且つ／又は光学モード相が調整されるように選択されることを特徴とする請求項１４に記載のレーザの操作方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザ、特に中赤外域、すなわち波長３〜１４μｍにおいて可変の量子カスケードレーザ（ＱＣＬｓ）に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザの活性域近辺の温度を正確に制御することにより、波長が効果的に調整できる。多数の分子の基本共振波長が中赤外域にあるので、中赤外域のセンサへの適用に重要な役割を果たしている。この１０年間、量子カスケードレーザ（ＱＣＬｓ）が最も頻繁に使われ、種々のスペクトル領域において効率的な光源である。特許文献１及び特許文献２にその例が記載されている。中赤外のスペクトルを生成する量子カスケードレーザは特許文献３に記載されている。
【０００３】
その典型例は、分布帰還（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｆｅｅｄｂａｃｋ：ＤＦＢ）レーザ、ここでは頂部にブラッグ（Ｂｒａｇｇ）格子を有する特定の波長をすなわち単一モードで放射する量子カスケードレーザである。レーザの操作温度を変えることにより、スペクトルが限定された範囲で調整できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第７９４４９５９号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００３／０１７４７５１号明細書
【特許文献３】米国特許第８２９００１１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、レーザの波長を安定的に制御することを必要とする用途では、多数のスペクトル線が使えることが好ましい。従って、本発明の目的は、中赤外域において正確に制御された多数のスパクトル線を生成する量子カスケードレーザを考案することにある。
【０００６】
しかしながら、本発明は、あらゆる波長の量子カスケードレーザに限定されるものではなく、例えば、多色エミッターを備えた量子カスケードレーザ又は垂直共振器面発光レーザ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｃａｖｉｔｙ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｌａｓｅｒ：  ＶＣＳＥＬｓ）などのレーザにも適用できる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の主目的を達成するのに、特に中赤外域で操作される量子カスケードレーザなどのレーザを調整する新規の特徴的な技法を導入した。
【０００８】
第一に、温度調整によりレーザから放射される波長が迅速に変調されるように、局所的に加熱する新規な方法を開示する。
【０００９】
本発明の特定の構成の可変レーザの実現には、埋込み型ヘテロ接合が好ましい。このため、そのようなレーザの製造法も述べる。
【００１０】
更に、上述のように多数の単一モードであるが、可変スペクトルモードを達成するのに、局所的な加熱法を用いて、同一又は別の光導波路に多数のエミッターを載置してもよい。ここでも、埋込み型ヘテロ接合法を用いて、製造方法を構成してもよい。このようにして、可変波長には依存しない単一ビームが確実に放射される。追加のエッチング工程を導入することにより、個々のエミッターを処理できる。
【００１１】
本発明では、分布ブラッグ反射器（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｂｒａｇｇ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒｓ：  ＤＢＲｓ）を用いて、広範に波長が可変な量子カスケードレーザを得る新規な方法も開示する。それぞれの反射鏡（ＤＢＲ１、ＤＢＲ２  後述する）の反射率は、Δλ１及びΔλ２のモード間隔を有するくし型を示す。従って、２つの反射鏡の反射率が高いモードに対してレーザ光（ｌａｓｉｎｇ）が生成する。組込まれた抵抗によりそれぞれの反射鏡の反射率が熱的に調整され、広範に渉るバーニア効果を用いて、疑似連続的にレーザの波長の調整ができる。上述したマルチカラーエミッターの場合のように、１つ又は複数のエミッター部に関連する１つの抵抗器により、温度を調整して光学的な特性が調整できる。同様に、数個のエミッターを備えた多色レーザにおいて、個々のＤＦＢ（分布帰還）に関連する１つの抵抗器を用いて、ＤＦＢを調整して対応する波長を調整することもできる。
【００１２】
より具体的には、下記の構成により本願の課題が解決される。
【００１３】
（１）基板、活性域、クラッド層、絶縁層及び前記クラッド層の上面に接するか又は上方に位置して前記活性域に電流を注入する主電極を備えた波長可変半導体レーザであって、
前記主電極とは別に前記レーザに電流を注入する従電極、及び前記活性域の温度に影響する位置に配されて、前記従電極に連結された抵抗路を更に備えていることを特徴とする波長可変半導体レーザ。
【００１４】
（２）前記抵抗路は、前記従電極と前記活性域及び前記主電極との間、又は前記従電極と前記主電極の間に伸長していることを特徴とする前記（１）に記載の波長可変半導体レーザ。
【００１５】
（３）前記抵抗路は、前記クラッド層中に位置し、所定の抵抗値を有する区分から成るか又は含んでいることを特徴とする前記（１）又は（２）の記載の波長可変半導体レーザ。
【００１６】
（４）前記主電極と前記クラッド層の間にコンタクト域、及び前記従電極と前記クラッド層の間にコンタクト域を更に含むことを特徴とする前記（３）に記載の波長可変半導体レーザ。
【００１７】
（５）２つ又はそれ以上の従電極、及び前記従電極から電流を注入される２つ又はそれ以上の抵抗路を更に含むことを特徴とする前記（１）ないし（４）のいずれか１項に記載の波長可変半導体レーザ。
【００１８】
（６）２つ又はそれ以上の従電極、及び該従電極から電流を注入される抵抗路は、前記主電極に対して対称に配置されていることを特徴とする前記（１）ないし（５）のいずれか１項に記載の波長可変半導体レーザ。
【００１９】
（７）前記従電極は前記活性域よりも短いことを特徴とする前記（１）ないし（６）のいずれか１項に記載の波長可変半導体レーザ。
【００２０】
（８）ブラッグ反射器が、分布ブラッグ反射器として活性域に埋込まれてことを特徴とする前記（１）ないし（７）のいずれか１項に記載の波長可変半導体レーザ。
【００２１】
（９）中赤外域において作動する量子カスケードレーザ（ＱＣＬ）を含んで構成されることを特徴とする（１）ないし（８）のいずれか１項に記載の波長可変半導体レーザ。
【００２２】
（１０）中赤外域において作動する垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）を含んで構成されることを（１）ないし（９）のいずれか１項に記載の波長可変半導体レーザ。
【００２３】
（１１）前記（１）ないし（１０）のいずれか１項に記載の波長可変半導体レーザを複数含むことを特徴とする多エミッターレーザ。
【００２４】
（１２）前記（１）ないし（１１）のいずれか１項に記載のレーザを製造する方法であって、半導体基板上に活性域を成長させる工程、前記活性域をマスクで覆いエッチングする工程、エッチングされた前記活性域を囲むように絶縁半導体層を成長させる工程、前記活性域及び前記絶縁半導体層上にクラッド層を蒸着する工程、前記クラッド層に所定の深さのトレンチをエッチングして、前記クラッド層を２つの島とする工程、及びそれぞれのクラッド層の島に電極を覆う工程を含むことを特徴とするレーザの製造方法。
【００２５】
（１３）前記活性域は、ｎ−ドープされたＩｎＰであり、前記絶縁半導体層はＩｎＰ：Ｆｅであり、前記クラッド層はｎ−ドープされ、且つ前記電極は金属で、好ましくは金であることを特徴とする前記（１２）に記載のレーザの製造方法。
【００２６】
（１４）前記（１）ないし（１１）のいずれか１項に記載のレーザを操作する方法であって、主注入電流が主電極により送出され、従注入電流が少なくとも１つの従電極より送出され、且つ前記従電極より電流を注入される抵抗路の加熱を制御してレーザの周波数を調整するために、前記従注入電流が調整されることを特徴とするレーザの操作方法。
【００２７】
（１５）前記主注入電流と前記従注入電流との比率は、所望のレーザ出力及び調整される周波数が得られ、且つ／又は光学モード相が調整されるように選択されることを特徴とする前記（１４）に記載のレーザの操作方法。
【発明の効果】
【００２８】
本発明により、中赤外域において短時間に正確に制御された多数のスペクトル線を生成する量子カスケードレーザを提供することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】埋込み型ヘテロ接合の従来の製法を示す断面図
【図２】本発明による埋込み型ヘテロ接合の製法を示す断面図
【図３】単一の組込まれた抵抗器を備えた端面発光レーザの断面図
【図４】図３に示すレーザの上面図
【図５】２つの組込まれた抵抗器を備えた端面発光レーザの断面図
【図６】図５に示すレーザの上面図
【図７】２つの非対称に配置されて組込まれた抵抗器を備えた端面発光レーザの断面図
【図８】図７に示すレーザの上面図
【図９】多数のエミッターを備えたレーザの断面図
【図１０】図９に示すレーザの上面図
【図１１】１つ又は多数の加熱電極を備えたマルチセクションレーザの断面図
【図１２】図１１に示すレーザの上面図
【図１３】抵抗器のチャネル幅と抵抗値の関係を示すグラフ
【図１４】抵抗器のチャネル幅と消費電力密度の関係を示すグラフ
【図１５】抵抗器のチャネル幅と活性域の平均温度上昇の関係を示すグラフ
【図１６】抵抗器のチャネル幅５００ｎｍの場合の２次元温度分布を示す図
【図１７】抵抗器のチャネル幅２μｍの場合の２次元温度分布を示す図
【図１８】活性域の時間による温度上昇を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００３０】
半導体レーザの放射調整に、温度による調整がしばしば使われる技法である。この技法はレーザのサブマウントの温度を制御又は変化させることにより、活性媒体又は活性域の温度を変化させてレーザの放射スペクトルに影響を与える。
【００３１】
この技法は、限界又は不利な点がある。第一の点は、時定数、すなわちレーザのサブマウントの温度により活性媒体の温度を変化させるのに要する時間が長いことである。その結果、可能な最大調整速度は、Ｈｚ域に限定され、多くに適用には遅すぎる。第二の点は、単一スペクトルモードのレーザの製造には、通常は単一確実にモード放射を得るのに、狭い活性域とする必要がある。その結果、狭い活性域の熱伝導の上昇のため、調整の振幅が限定される。
【００３２】
本発明では、活性域に近接して放熱又は加熱域を設けることにより、レーザのサブマウント又はハウジングの温度から独立して活性域温度を局所的に上げる方法を導入した。これにより、活性域媒体温度が迅速且つ効率的に変化させることが可能となる。
【００３３】
埋込み型ヘテロ接合レーザでこの結果を得るために、後述するように、製造工程を変更した。以下の記載では、変更した製造工程の基本を説明したものであり、詳細については、当分野に通常の知識を有する者には周知のことであり、説明していない。
【００３４】
以下、図面を用いて本発明の特徴及び長所を説明する。
【００３５】
図１には、埋込み型ヘテロ接合レーザの従来の製法を示す。半導体基板１の頂部には、例えばｎ−ドープされたＩｎＰである、活性域２が形成され、その上面に活性域２に電子を注入すると共に光学的モードを活性域内に限定するｎ−クラッド層３が蒸着されている。レーザの端面を、マスク４により覆って、エッチングしてから、絶縁半導体層５、例えばＩｎＰ：Ｆｅを選択的に成長させて、絶縁層を得る。ここでは、以下の工程は省略する。
【００３６】
図２には、本発明による製造工程の一例を示す。活性域２′を成長させた後に、マスク４′を装着して直ちに端面、すなわち活性域をエッチングする。次いで、絶縁半導体層５′例えばＩｎＰ：Ｆｅを成長させる。その後、ｎ−クラッド層３′を面全体に蒸着させる。ここでも、以下の工程は省略する。
【００３７】
図１の従来法との大きな差異は、エピタキシャル再成長の工程が逆であり、ｎ−クラッド層３′が全面を覆うことであり、絶縁半導体層５′にまで及んでいることである。
【００３８】
この結果、幾つかの利点が得られる。第一に本発明による放熱的「加熱部」が挿入できる広い接触域を提供することである。また、選択的再成長の厚さを減じたことにより、層の質が向上し且つ欠陥密度が減少する。
【００３９】
上記の工程を用いて、ｎ−クラッド３′の内部に抵抗チャネルを挿入することにより放熱部を生成する。このチャネルにより活性域の温度調整が可能となる。
【００４０】
しかしながら、本発明は記載した方法に限定されるものでなく、活性域の温度を局所的に独立に調整するため、電極及び／又は特定の抵抗器を半導体レーザに追加することも含まれる。
【００４１】
以下の記載及び図面において、レーザの操作に必要な全ての構成部材（例えば、ミラー、反射防止膜など）を示していないことに留意されたい。当分野に通常の知識を有する者であれば、省略した部品をどのように配置するかまたどのように設計するかは知っている。記載を明確にするために、以下においては、従来の技術とは差異のある部品に焦点を絞って説明する。
【実施例１】
【００４２】
原則として、量子カスケードの導波路クラッド層は、高度にｎ＋ドープ域であり、それに重ねられた金属コンタクトから直接に電子が注入される。レーザのｎ−ドープ域の光学的損失を低下させるため、クラッド層の活性域に近い部分のドーピングは減ずる。クラッド層に適当なトレンチをエッチングすることにより、２つの異なった独立したコンタクトが生成される。この２つのコンタクト間の電気抵抗は、クラッドのドーピング、厚さ及び連結域の幅／長さに依存する。
【００４３】
図３には、この実施例の概念を示す。基板１１上の活性域１２は、通常はｎ−ＩｎＰであり、好ましくはＩｎＰ：Ｆｅの絶縁層１５に囲まれている。活性域１２及び絶縁層１５を覆って伸長しているのは、好ましくは低度にドープされたＩｎＰのクラッド層１３である。クラッド層１３の頂部には、高度にドープされた好ましくはｎ＋＋ドープＩｎＰの２つに分離されたコンタクト域１７ａ、１７ｂが示されている。それぞれのコンタクト域１７ａ、１７ｂは、金属、通常は金の電極１８ａ、１８ｂに覆われている。コンタクト域１７ａ、１７ｂは本発明の機能には必要ないので省略してもよい。この場合、電極１８ａ、１８ｂをトレンチ１６により２つの島に分離されたクラッド層１３に直接に載置する。対極又はカソードとしての裏面コンタクト１０は、基板１１の底面に設ける。
【００４４】
「加熱」電極又は「従」電極である電極１８ｂから活性域１２へ注入された電流の一部は、クラッド層１３の低度にドープされた区域に放散される。一方、「主」電極である電極１８ａからの電流は、ほぼ直接に活性域１２に注入される。クラッド層１３の固有抵抗があるため、従電極１８ｂから注入された電流によって、抵抗路１４に熱が生成されて活性域１２を加熱する共に絶縁層１５もある程度加熱する。この加熱により、レーザのキャビティの光学特性が変化し結果として放射波長が変化する。
【００４５】
電極１８ｂへ注入される電流を変化させることにより且つ／又は２つの電極１８ａ、１８ｂへ注入される電流の比率を変化させることによるか、又は２つの電極１８ａ、１８ｂへ印加する電圧を調整することにより、抵抗路１４を流れる電流が変化して、活性域１２の温度が変化する。その結果、レーザの放射スペクトルが調整される。この方法による注入された「加熱」電流と変化又は調整された波長との関係を表１に示す。表１に関しては、後述する。
【００４６】
抵抗路１４、すなわち「加熱域」の固有の抵抗は、製造工程中に調整できる。例えば、トレンチ１６の深さを増すか、トレンチ１６を活性域１２から遠ざけて設けるか、及び／又はトレンチ１６の幅を広げるか、又はクラッド層１３のドーピングの程度を下げることにより、この抵抗路１４、すなわち「加熱域」の抵抗が増大する。また、逆にすれば、抵抗が減少する。
【００４７】
図４は、実施例１の上面図である。過熱及びそれによるファセット１９ａ、１９ｂに近い活性域１２の損傷、いわゆる壊滅的な損傷を避けるため、図４には示していないが、従電極１８ｂの長さを対応する活性域１２の長さよりも、短くすることが好ましい。上述したように不要ではあるが、もしコンタクト域１７ｂが在る場合には、同様に短くすることが好ましい。トレンチ１６の形状及び／又はクラッド層１３のドーピングを調整しても同じ目的が達せられる。
【実施例２】
【００４８】
図５に第２の実施例を示す。２つの「加熱」又は「従」電極２８ｂ、２８ｃを備えること並びに活性域２２又は主電極２８ａを基準に両側が対称的な構造であることが実施例１との主要な差異である。ほぼ同一形状の２つのトレンチ２６ａ、２６ｂ並びにほぼ同一形状の２つ抵抗路２４ａ、２４ｂを備えている。裏面コンタクト２０、絶縁層２５及びクラッド層２３を備えた基板２１は、上述した図３、図４と同様の機能を有している。上述したように本実施例は、加熱域を２つ備えていることが異なっている。これにより、活性域２２をより均一に加熱できるとの特徴が加わる。さらに、２つの加熱域は、個別に制御可能であり多様に変化させて所望の加熱ができる。
【００４９】
図６は、第２の実施例の構成を示す図５の上面図で、主電極２８ａを中心に加熱電極２８ｂ、２８ｃが対称的に配置され、２つのトレンチ２６ａ、２６ｂが対称的に抵抗路を形成している。これらのそれぞれの２つの部材は同一又はやや異なった構造でもよい。
【実施例３】
【００５０】
図７及び図８は、第３の実施例を示す。ここでも活性域の周りに幾つかの「加熱」又は「従」電極が備えられているが、全体の構造は大きく異なり、非対称である。第一に主電極３８ａは、活性域３２の中心の上部ではなく、ずれた位置に在る。これにより、いわゆる垂直共振器レーザの垂直出窓を備えた発光窓の設計が可能となる。
【００５１】
一方の従電極３８ｂは、他の従電極３８ｃよりも主電極３８ａの近くに配置されている。その結果、主電極３８ａと従電極３８ｂとの間のトレンチ３６ａは、主電極３８ａと従電極３８ｃとの間のトレンチ３６ｂよりも狭くなっている。また、２つのトレンチ３６ａ、３６ｂは、それぞれの深さを変えて、設計の変更をしてもよい。更に、所望の加熱が可能となるように、２つの加熱域は個別に制御してもよい。
【００５２】
裏面コンタクト３０、絶縁層３５及びクラッド層３３を備えた基板３１は、上述した図３、図４と同様の機能を有している。しかしながら、本実施例では、図３、図４のコンタクト域が図示されていないことに留意すべきである。上述したように、図７、図８に示す構造の特徴は、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）発光窓用の部分の割り当て、精細な調整ができるレーザを提供することある。
【００５３】
図８は図７の上面図であり、加熱電極又は従電極３８ｂ、３８ｃが非対称に配置されていることを示している。この構成は、通常は上述した端面放射レーザと同じである。しかしながら、図７、図８に示すレーザは、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）として構成してもよい。その場合、例えば（垂直）出窓３９が組込まれる。
【実施例４】
【００５４】
図９は、多色／波長の端面放射レーザの構造を示す。この構成では、同じ活性域４２を通して異なった波長を放射する多数のレーザ４９ａ、４９ｂ、４９ｃ…が、共通の基板４１に載置されている。それぞれのレーザ４９ａ、４９ｂ、４９ｃ…は、主電極４７ａ、４７ｂ、４７ｃ…及び少なくとも１つの加熱又は従電極４８ａ、４８ｂ、４８ｃ…を備えている。右端にレーザ４９ｎと図示されているが、これは基板４１上のレーザの数が３つに限定されていないことを示すためである。対極又はカソードとしての裏面コンタクト４０が、基板４１の底面に装着されている。
【００５５】
それぞれのレーザが精細に調整されて個別に出力できるように、レーザは個別に制御される。各々のレーザの活性域の温度に影響を与えて、波長が調整されるように、加熱系が構成される。
【００５６】
多色／波長のレーザが分布帰還（ＤＦＢ）方式である場合には、それぞれのレーザの格子の温度を制御して波長を調整する。
【００５７】
図１０は、図９の上面図であり、多エミッター、多色レーザの構造が示されている。図には、それぞれのレーザの主電極４７ａ、４７ｂ、４７ｃ…、電極の下に配置された絶縁層／クラッド層４３ａ、４３ｂ、４３ｃ、…、加熱又は従電極４８ａ、４８ｂ、４８ｃ…及び共通の基板４１が示されている。
【実施例５】
【００５８】
図１１は、複数の分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）を備えたマルチセクションの端面発光レーザを示す。ここで、分布帰還反射器（ＤＢＲ区分）５４ｂ、５４ｃとし作動するブラッグ格子が例えば活性層５２の上端に埋込まれている。対極又はカソードとしての裏面コンタクト５０は、基板５１の底面に装着されている。
【００５９】
実施例４において記載の多エミッターレーザと同じよう見える本実施例の帰還分布レーザでは、その上端には、幾つかの主電極及び従電極が配置されている。しかしながら、本実施例のレーザは、例えば、前面ミラー、後面ミラー、位相区分などの多数の区分により構成され、各区分の温度及び駆動電流が制御されてレーザの発光波長を調整している点が大きく異なっている。
【００６０】
主電極５７ａ及び従電極５８ａは、活性域５２の温度、従って光学特性を制御し、２つの電極対５７ｂ／５８ｂ及び５７ｃ／５８ｃは、それぞれのＤＢＲ格子５４ｂ、５４ｃ従って、ミラーの特性を制御する。このようにして、活性域５２の温度並びにＤＢＲ格子５４ｂ、５４ｃの温度の変更／調整によりレーザが調整される。
【００６１】
図１２は、図１１の上面図であり、端面発光レーザの配置を示している。主電極５７ａ及び従電極又は加熱電極５８ａは、レーザの中心に位置して活性域を制御している。２対の主及び従電極５７ｂ／５８ｂ並びに５７ｃ／５８ｃは、活性域の両端に向けて位置して前面及び後面ミラーとして作動する格子を制御している。
【００６２】
図１２には、それぞれの電極５７ａ〜５７ｃ及び５８ａ〜５８ｃの下に在る絶縁／クラッド層５３ａ〜５３ｃ並びに共通の基板５１も示されている。
【００６３】
本発明は、標準的な分布帰還（ＤＦＢ）レーザに適用して更に特徴を発揮させることが多い。このようなレーザは格子を含んでいることが多いので、追加の「加熱」電極による加熱は、光学モード相（ｏｐｔｉｃａｌ  ｍｏｄｅ  ｐｈａｓｅ）を迅速に微調整、すなわち縦方向の光学モードをキャビティのモードに応じて調整することに使われて、単一モードの収率を改善しモードホッピングの危険性を減ずる。
【００６４】
以下図１３〜１８に示すグラフにつき説明する。
【００６５】
７．５μｍ幅のリッジ及び５μｍ幅の散逸域を備えた端面発光量子カスケードレーザにより測定を行った。散逸域のドーピング密度は１０１６／ｃｍ３である。この構造において、抵抗チャネルの幅を変化させて、定常温度を観察した。
【００６６】
図１３は、ドルーデモデル（Ｄｒｕｄｅ  ｍｏｄｅｌ）を用いて、抵抗チャネルの幅の関数としての散逸域又は加熱域の抵抗値（Ω）をプロットしたグラフである。
【００６７】
図１４は、注入電流が１Ａの場合の、抵抗チャネル幅の関数として散逸電力（Ｗ／ｍ３）をプロットしたグラフである。
【００６８】
図１５は、抵抗チャネル幅の関数として定常温度の増加値（絶対温度Ｔ）をプロットしたグラフである。図に示すように、抵抗チャネルの幅を２μｍから５００ｎｍへ変化させると、温度は２００Ｋまで増加することが観察された。
【００６９】
図１６及び１７は、電流１Ａを抵抗路に注入した際の２つの抵抗チャネル幅５００ｎｍ（図１６）及び２μｍ（図１７）の温度パターンを示す。
【００７０】
上述したように、本発明では活性域温度の高い変調速度、従って放射される波長の高い変調速度を得られることに特徴がある。
【００７１】
図１８には、この特徴が図示されている。サブマウント温度を瞬間的に変化させた場合において、抵抗チャネル深さが５００ｎｍの温度の過渡曲線が左側に示されている。
【００７２】
図１８の右側の曲線は、従来の設計のサブマウントの加熱の時定数（反応の遅さ）を示す。左側の曲線は、本発明のシステムの時定数を示す。サブマウントの温度を変化させた場合、本発明（左側の曲線）では、１μｓ以内に温度が２０Ｋ上昇するのに対して、従来の場合には、温度が２０Ｋ上昇するのに、３００μｓ又はそれ以上の時間を要する。このように、本発明の「加熱電極の設計」では、温度はＭＨｚの範囲で変調できるので、従来の設計では達成できないレーザ放射の広範な調整が確実となった。
【００７３】
抵抗路幅が５００ｎｍに注入した電流の関数として、２２００／ｃｍのレーザ放射の調整された値を表１に示す。
【００７４】
【表１】
2015056660.tif 000003
【００７５】
上記の機能及び種々の実施例の記載により、この分野に通常の知識を有する者であれば、本発明の趣旨及び範囲を逸脱することなく更に発展させることができる。
【符号の説明】
【００７６】
１、１′    半導体基板
２、２′    活性域
３、３′    クラッド層
４、４′    マスク
５、５′    絶縁半導体層
１０    裏面コンタクト
１１    基板
１２    活性域
１３    クラッド層
１４    抵抗路
１５    絶縁層
１６    トレンチ
１７    コンタクト域
１８    電極
１９    ファセット
２０    裏面コンタクト
２１    基板
２２    活性域
２３    クラッド層
２４    抵抗路
２５    絶縁層
２６    トレンチ
２８    電極
３０    裏面コンタクト
３１    基板
３２    活性域
３３    クラッド層
３４    抵抗路
３５    絶縁層
３６    トレンチ
３８    電極
３９    出窓
４０    裏面コンタクト
４１    基板
４２    活性域
４３    クラッド層
４７    主電極
４８    加熱又は従電極
４９    レーザ
５０    裏面コンタクト
５１    基板
５２    活性域
５３    クラッド層
５４    ＤＢＲ格子
５７    主電極
５８    従電極
【図１】
2015056660.tif 000004
【図２】
2015056660.tif 000005
【図３】
2015056660.tif 000006
【図４】
2015056660.tif 000007
【図５】
2015056660.tif 000008
【図６】
2015056660.tif 000009
【図７】
2015056660.tif 000010
【図８】
2015056660.tif 000011
【図９】
2015056660.tif 000012
【図１０】
2015056660.tif 000013
【図１１】
2015056660.tif 000014
【図１２】
2015056660.tif 000015
【図１３】
2015056660.tif 000016
【図１４】
2015056660.tif 000017
【図１５】
2015056660.tif 000018
【図１６】
2015056660.tif 000019
【図１７】
2015056660.tif 000020
【図１８】
2015056660.tif 000021