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公開番号2024088950
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-07-03
出願番号2022204011
出願日2022-12-21
発明の名称面発光レーザ装置
出願人国立大学法人京都大学,スタンレー電気株式会社
代理人デロイトトーマツ弁理士法人
主分類H01S 5/183 20060101AFI20240626BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】フォトニック結晶面発光レーザ素子の発振閾値電流及び駆動電流の上昇が抑制され、かつ安定した発振モードを有し、ビーム品質に優れたフォトニック結晶面発光レーザ装置を提供する。
【解決手段】面発光レーザ素子と、面発光レーザ素子が載置され、当該素子に接続された実装基板と、面発光レーザ素子と実装基板とを接合し、実装基板による面発光レーザ素子の歪みを緩和させる導電性の素子接合部材とを有する。面発光レーザ素子は、透光性の素子基板と、素子基板上の第1の半導体層と、第1の半導体層上の活性層と、活性層上に設けられ、第1の半導体層とは反対導電型の第2の半導体層と、第1又は第2の半導体層に含まれ、面内において2次元的な周期性で配された空孔を備える空孔層と、第2の半導体層上に設けられ、反射面を有する光反射層と、を備え、素子基板の第1の半導体層側と反対の面側に光出射面を有する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
面発光レーザ素子と、
前記面発光レーザ素子が載置され、前記面発光レーザ素子に電気的に接続された実装基板と、
前記面発光レーザ素子と前記実装基板とを接合し、前記実装基板による前記面発光レーザ素子の歪みを緩和させる導電性接合材からなる素子接合部材と、を備え、
前記面発光レーザ素子は、
透光性の素子基板と、
前記素子基板上に設けられた第１の半導体層と、
前記第１の半導体層上に設けられた活性層と、
前記活性層上に設けられ、前記第１の半導体層とは反対導電型の第２の半導体層と、
前記第１の半導体層又は前記第２の半導体層に含まれ、前記活性層に平行な面内において２次元的な周期性を有して配された空孔を備えるフォトニック結晶層である空孔層と、
前記第２の半導体層上に設けられ、反射面を有する光反射層と、を備え、
前記素子基板の前記第１の半導体層を設けた面と反対の面側に光出射面を有する、面発光レーザ装置。
続きを表示（約 1,200 文字）【請求項２】
前記面発光レーザ素子の前記空孔層の空孔周期をＰＣ
２
、前記面発光レーザ素子を前記素子接合部材により前記実装基板に接合する前の前記空孔層の空孔周期をＰＣ
１
としたとき、空孔周期の変化量ΔＰＣ＝ＰＣ
２
－ＰＣ
１
は±０．０４％以内である請求項１に記載の面発光レーザ装置。
【請求項３】
前記面発光素子と前記実装基板との間で働く熱応力σが、σ≦１００（ＭＰａ）を満たす請求項１に記載の面発光レーザ装置。
【請求項４】
前記実装基板は基材と前記基材上に設けられた導電層とを有し、前記基材はダイヤモンドであり、前記素子接合部材は金属ナノ粒子を含む請求項１に記載の面発光レーザ装置。
【請求項５】
前記実装基板は基材と前記基材上に設けられた導電層とを有し、前記基材はグラファイト積層板である請求項１に記載の面発光レーザ装置。
【請求項６】
前記グラファイト積層板は、複数のグラファイト板が熱伝導率の面内異方性に応じて互いに異なる向きで積層されたグラファイト積層板である請求項５に記載の面発光レーザ装置。
【請求項７】
前記空孔層は、前記空孔層内に定在する光を前記空孔層と直交する方向へ回折させる回折面を有し、
前記回折面により回折された第１の回折光と、前記回折面により回折され、前記反射面により反射された第２の回折光との位相差をθ（deg）、前記第１の回折光の波長をλ、前記回折面から前記反射面までの結晶層の平均屈折率をｎ
ａｖｅ
、０以上の整数をｍとしたとき、前記回折面及び前記反射面間の離間距離ｄｒは、以下の式で表され、
TIFF
2024088950000005.tif
11
161
前記位相差θは、
TIFF
2024088950000006.tif
9
161
を満たす請求項１に記載の面発光レーザ装置。
【請求項８】
前記空孔層は、主空孔及び前記主空孔よりもサイズ及び深さが小なる副空孔を含む空孔セットが格子点の各々に配された多重格子構造を有する請求項１に記載の面発光レーザ装置。
【請求項９】
前記空孔層は、前記空孔層の光路長が１波長未満の厚さを有する請求項１ないし８のいずれか一項に記載の面発光レーザ装置。
【請求項１０】
前記空孔層は、主空孔及び前記主空孔よりもサイズ及び深さが小なる副空孔を含む空孔セットが格子点の各々に配された多重格子構造を有し、
前記空孔層の深さ方向における前記副空孔の重心位置が前記主空孔の重心位置よりも前記活性層側にある、請求項１ないし８のいずれか一項に記載の面発光レーザ装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、面発光レーザ装置、特にフォトニック結晶面発光レーザ素子を有する面発光レーザ装置に関する。
続きを表示（約 1,400 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、フォトニック結晶（ＰＣ：Photonic Crystal）を用いた、フォトニック結晶面発光レーザ（Photonic-Crystal Surface-Emitting Laser）の開発が進められている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、２次元的な周期性を有する空孔をガイド層に形成した後、空孔の開口上部に所定の面方位のファセットを有する凹部を形成し、マストランスポートによって凹部を平坦化することで、均一なサイズ及び均一な屈折率周期を有するフォトニック結晶層を形成することについて開示されている。
【０００４】
また、非特許文献１には、フォトニック結晶面発光レーザの回折光の定式化と、フォトニック結晶層において回折されてフォトニック結晶層に垂直な方向に発せられる回折放射波プロファイルなどが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特許７１０１３７０号公報
【非特許文献】
【０００６】
Y. Liang et al.: Phys.Rev. B vol.84, 195119 (2011)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、フォトニック結晶面発光レーザ素子を回路基板やヒートシンク上に実装した場合に、フォトニック結晶面発光レーザ素子に応力が生じ、発振閾値電流が上昇して発光効率が低下する、また発振モードが不安定になるという問題があった。
【０００８】
特に、連続通電駆動（ＣＷ駆動）する場合には、フォトニック結晶面発光レーザ素子に内在する歪みによって駆動電流が増加し、電力変化効率が低下するとともに、発熱量も増加するため十分な出力を得ることができなくなる、また発振モードが不安定になるという問題があった。
【０００９】
本願発明は、フォトニック結晶面発光レーザ素子の発振閾値電流及び駆動電流の上昇が抑制され、かつ安定した発振モードを有し、ビーム品質に優れたフォトニック結晶面発光レーザ装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の１実施態様による面発光レーザ装置は、
面発光レーザ素子と、
前記面発光レーザ素子が載置され、前記面発光レーザ素子に電気的に接続された実装基板と、
前記面発光レーザ素子と前記実装基板とを接合し、前記実装基板による前記面発光レーザ素子の歪みを緩和させる導電性接合材からなる素子接合部材と、を備え、
前記面発光レーザ素子は、
透光性の素子基板と、
前記素子基板上に設けられた第１の半導体層と、
前記第１の半導体層上に設けられた活性層と、
前記活性層上に設けられ、前記第１の半導体層とは反対導電型の第２の半導体層と、
前記第１の半導体層又は前記第２の半導体層に含まれ、前記活性層に平行な面内において２次元的な周期性を有して配された空孔を備えるフォトニック結晶層である空孔層と、
前記第２の半導体層上に設けられ、反射面を有する光反射層と、を備え、
前記素子基板の前記第１の半導体層を設けた面と反対の面側に光出射面を有している。
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

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