量子カスケードレーザー（QCL）は、中遠赤外波長帯における高品質な光源であり、小型、軽量、高い電光変換効率など多くの利点を有し、センシング、通信、防衛などの分野で重要な応用展望を持っています。メタルオーガニック化学気相成長（MOCVD）技術はより効率的なエピタキシャル成長方法として、急速に拡大する市場需要を満たすためにQCLに適したMOCVDエピタキシャル成長技術の開発が求められています。本稿では、全構造をMOCVD技術でエピタキシャル成長させたQCLを報告し、従来の「二重フォノン共鳴」アクティブ領域構造を「単一フォノン共鳴と連続状態抽出の結合」構造に改訂することで電子の熱逃避を減少させ、デバイスの温度特性を改善しました。この構造に対してさらにアクティブ領域のドーピング濃度を変更し、異なるドーピング濃度がデバイス性能に与える影響を比較しました。キャビティ長8 mm、平均リッジ幅約6.7 μmの高ドープアクティブ領域デバイスは20 ℃で連続出力3.43 Wに達し、中心波長は約4.6 μm、電光変換効率は13.1％に達しました。8 mmキャビティ長の低ドープアクティブ領域デバイスは20 ℃で連続出力2.73 Wに達し、中心波長は約4.5 μm、閾値電流はわずか0.56 A、ピーク電光変換効率は15.6％に達しました。デバイスの出力パワーと電光変換効率は、これまで報告されたMOCVD製造のQCLよりも著しく向上しています。この結果は、MOCVDが高出力QCLの成長能力を完全に備えており、QCL技術の進展を促進するうえで重要な意義を持つことを示しています。

量子カスケードレーザー;中赤外;高出力;メタルオーガニック化学気相成長